康明斯發電機組水箱液位傳感器高溫報警問題分析
發布時間：2023-10-02 點擊：298
故障檢查與技術維護
康明斯發電機組水箱液位傳感器高溫報警
針對kta50-g3柴油發電機高低溫水膨脹箱頻繁出現液位低報警，導致運行人員頻繁補水的問題，康明斯公司在實際案例中經過對可能的原因進行逐步排查，最終確認根本原因為高低溫水回路存在集氣現象，在整個高低溫水系統高點增加排氣閥后，故障排除。借此康明斯發電機組高溫案例，解決一部分有類同高溫問題的用戶，可按此例方法進行故障維修。
某核電廠應急柴油發電機選用康明斯公司的kta50-g3機型（如圖1所示），輔機系統包括燃油系統、滑油系統、冷卻水系統、啟動壓空系統、進排氣系統，其中冷卻水系統分為高溫水系統和低溫水系統，高溫水主要用于冷卻柴油發電機的缸套、缸蓋、一級空冷器，低溫水系統主要用于冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠在柴油發電機系統移交生產后，頻繁出現高低溫水膨脹箱低液位報警現象，補水后很短一段時間內該現象會再次出現，造成了運行負擔。最終查明原因為水系統高點集氣，通過增加排氣閥解決了問題。
圖1 康明斯kta50-g3外形示意圖
一、發生的問題及潛在原因
核電廠應急柴油發電機主要功能為在全廠失電工況下，為廠內必要的負荷提供電源。在ap1000項目中，應急柴油發電機不提供核安全相關功能，為非核級備用柴油發電機，僅提供縱深防御相關功能，但是仍為廠內關鍵設備。每臺備用柴油發電機配備多個輔機子系統，這些子系統對于柴油發電機的運行是必須的，具體包括燃油系統、滑油系統、冷卻水系統、啟動壓空系統、進排氣系統和調速系統。
其中柴油發電機冷卻水系統的功能為：柴油發電機運行期間，通過強制循環將柴油發電機及其輔助設備的熱量傳遞到風冷散熱器，風冷散熱器再將熱量散發到大氣中去，從而使柴油發電機潤滑油及本體工作部件的工作溫度維持在安全限值之內。冷卻水系統分為高溫水和低溫水兩個系統，高溫水系統主要冷卻柴油發電機的缸套、缸蓋、一級空冷器，低溫水系統主要冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠1號機備用柴油發電機a/b在移交生產后多次出現高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警。此報警多次出現，均在備用柴油發電機啟動運行后，導致運行人員需頻繁補水，增加了運行負擔。
據初步分析，kta50-g3備用柴油發電機冷卻水系統主要包含以下幾個重要組成部分：高溫水泵、低溫水泵、風冷散熱器、恒溫閥、水處理箱、高低溫水膨脹箱、隔離閥、高溫水/滑油換熱器、高溫水電加熱器、高低溫水管路。日常熱備用期間高溫水電動泵保持運行，恒溫三通閥僅兩個閥口打開，低溫水泵為機帶泵（凸輪軸驅動），僅在柴油發電機啟動后運行，因此平常熱備用期間高溫水部分回路打循環，低溫水回路無循環，現場高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警均是在啟機后出現，可能與水系統循環有關。
首先初步判斷篩選出造成高低溫水膨脹箱頻繁報警的所有可能原因有五個：
1、高低溫水系統存在外部滲漏點或者存在溢流，平常存在少量滲漏或溢流，啟機后系統壓力升高，滲漏量增大，導致高低溫水膨脹箱液位下降；
2、高低溫水系統在柴油發電機內部存在漏點，冷卻液滲入滑油系統中；
3、高低溫水在日常取樣過程中存在大量消耗；
4、高低溫水系統中無專門的排氣閥，管路系統高點存在集氣現象，日常熱備用期間始終無法有效靜態排氣，只能通過啟動后實現動態排氣，空氣排除后，冷卻液整體容積下降，導致高低溫水膨脹箱液位下降；
5、高低溫水膨脹箱液位計故障，讀數不準確，所以導致頻繁誤報。
圖2 康明斯水位傳感器位置圖
二、低液位報警原因排查與分析
現場根據上述五種可能的原因逐一進行了排查。在每次季度試驗期間目視檢查了兩臺機高低溫水系統所有位置，發現并不存在任何滲漏或溢流現象，因此排除了第一種可能的原因。而針對第二種原因，實際上如果高溫水大量滲漏到滑油中，滑油黏度會大幅下降，從而使柴油發電機產生機械故障，嚴重時會發生拉缸抱缸，但實際上兩臺機組每次運行期間工藝參數一切正常，也無異常振動、噪聲等。觀察油底殼液位也無明顯異常變化，而跟蹤對比歷次滑油取樣分析數據，發現滑油的水分含量無異常，也無明顯異常變化。
對第三種原因，經過調研跟蹤每次取樣過程，發現每次取樣的水量較少，基本在500ml左右，取樣頻度為3個月，而高低溫水系統的總容積均在2m3以上，取樣的量對于整體容量來說微不足道，因此不是頻繁報警的主要原因。針對第五個原因，每次報警時檢查測量實際水位發現液位計讀數準確，與實際液位相符，液位計接線正常準確，因此第五個可能原因也已排除。
至此只剩下第四個原因，因每次水系統補水活動不可避免地會進入部分空氣，高低溫水系統管路中會殘留大量空氣，最后空氣集中在整個系統的最高點位置。整個高低溫水系統基本為封閉系統，僅高低溫水膨脹箱有氣口與大氣聯通（圖3為高低溫水膨脹箱外形圖），在熱備用期間，低溫水回路及高溫水部分回路未進行循環，無法有效將管路內部的空氣排放至大氣，而在柴油發電機啟機運行后，高溫水和低溫水系統有效打循環，部分空氣通過膨脹箱氣口排放至大氣，整個水系統容積減少，膨脹箱液位降低。因此，每次備用柴油發電機a運行之后均會出現膨脹箱液位低報警。
圖3 高低溫水膨脹箱外形示意圖
三、問題處理
基本判斷得出了唯一可能的原因后，該核電廠通過設計變更在整個柴油發電機高低溫水系統的高點，也就是屋頂散熱器處增加了排氣閥，在每次補水期間通過打開排氣閥徹底排出系統中的空氣。增加排氣閥后，通過一年多的觀察，發現高低溫水膨脹箱液位頻繁報警的現象不再出現，問題已解決。
通過增加排氣閥后的長期觀察，確認該核電廠高低溫水膨脹箱頻繁出現液位報警的原因為管路系統高點存在集氣現象，日常熱備用期間始終無法有效靜態排氣，每次柴油發電機啟動后高低溫水充分循環，實現了動態排氣，空氣排除后，冷卻液整體容積下降，導致高低溫水膨脹箱液位下降。后來類似的情況也出現在該核電廠小型輔助柴油發電機冷卻水管路中，在冬季啟機前投入冷卻水回路電加熱器后機體溫度未上升，無法達到暖機效果。
經檢查，自管路高點開始加熱器另一側溫度無法正常上升，檢查管路高點集氣，排氣后問題解決。因此，該問題一定程度上具有普遍意義，從減輕核電廠運行人員負擔的角度來看，可在柴油發電機冷卻水回路高點增加排氣設施。
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某核電廠應急柴油發電機選用康明斯公司的kta50-g3機型（如圖1所示），輔機系統包括燃油系統、滑油系統、冷卻水系統、啟動壓空系統、進排氣系統，其中冷卻水系統分為高溫水系統和低溫水系統，高溫水主要用于冷卻柴油發電機的缸套、缸蓋、一級空冷器，低溫水系統主要用于冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠在柴油發電機系統移交生產后，頻繁出現高低溫水膨脹箱低液位報警現象，補水后很短一段時間內該現象會再次出現，造成了運行負擔。最終查明原因為水系統高點集氣，通過增加排氣閥解決了問題。
圖1 康明斯kta50-g3外形示意圖
一、發生的問題及潛在原因
核電廠應急柴油發電機主要功能為在全廠失電工況下，為廠內必要的負荷提供電源。在ap1000項目中，應急柴油發電機不提供核安全相關功能，為非核級備用柴油發電機，僅提供縱深防御相關功能，但是仍為廠內關鍵設備。每臺備用柴油發電機配備多個輔機子系統，這些子系統對于柴油發電機的運行是必須的，具體包括燃油系統、滑油系統、冷卻水系統、啟動壓空系統、進排氣系統和調速系統。
其中柴油發電機冷卻水系統的功能為：柴油發電機運行期間，通過強制循環將柴油發電機及其輔助設備的熱量傳遞到風冷散熱器，風冷散熱器再將熱量散發到大氣中去，從而使柴油發電機潤滑油及本體工作部件的工作溫度維持在安全限值之內。冷卻水系統分為高溫水和低溫水兩個系統，高溫水系統主要冷卻柴油發電機的缸套、缸蓋、一級空冷器，低溫水系統主要冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠1號機備用柴油發電機a/b在移交生產后多次出現高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警。此報警多次出現，均在備用柴油發電機啟動運行后，導致運行人員需頻繁補水，增加了運行負擔。
據初步分析，kta50-g3備用柴油發電機冷卻水系統主要包含以下幾個重要組成部分：高溫水泵、低溫水泵、風冷散熱器、恒溫閥、水處理箱、高低溫水膨脹箱、隔離閥、高溫水/滑油換熱器、高溫水電加熱器、高低溫水管路。日常熱備用期間高溫水電動泵保持運行，恒溫三通閥僅兩個閥口打開，低溫水泵為機帶泵（凸輪軸驅動），僅在柴油發電機啟動后運行，因此平常熱備用期間高溫水部分回路打循環，低溫水回路無循環，現場高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警均是在啟機后出現，可能與水系統循環有關。
首先初步判斷篩選出造成高低溫水膨脹箱頻繁報警的所有可能原因有五個：
1、高低溫水系統存在外部滲漏點或者存在溢流，平常存在少量滲漏或溢流，啟機后系統壓力升高，滲漏量增大，導致高低溫水膨脹箱液位下降；
2、高低溫水系統在柴油發電機內部存在漏點，冷卻液滲入滑油系統中；
3、高低溫水在日常取樣過程中存在大量消耗；
4、高低溫水系統中無專門的排氣閥，管路系統高點存在集氣現象，日常熱備用期間始終無法有效靜態排氣，只能通過啟動后實現動態排氣，空氣排除后，冷卻液整體容積下降，導致高低溫水膨脹箱液位下降；
5、高低溫水膨脹箱液位計故障，讀數不準確，所以導致頻繁誤報。
圖2 康明斯水位傳感器位置圖
二、低液位報警原因排查與分析
現場根據上述五種可能的原因逐一進行了排查。在每次季度試驗期間目視檢查了兩臺機高低溫水系統所有位置，發現并不存在任何滲漏或溢流現象，因此排除了第一種可能的原因。而針對第二種原因，實際上如果高溫水大量滲漏到滑油中，滑油黏度會大幅下降，從而使柴油發電機產生機械故障，嚴重時會發生拉缸抱缸，但實際上兩臺機組每次運行期間工藝參數一切正常，也無異常振動、噪聲等。觀察油底殼液位也無明顯異常變化，而跟蹤對比歷次滑油取樣分析數據，發現滑油的水分含量無異常，也無明顯異常變化。
對第三種原因，經過調研跟蹤每次取樣過程，發現每次取樣的水量較少，基本在500ml左右，取樣頻度為3個月，而高低溫水系統的總容積均在2m3以上，取樣的量對于整體容量來說微不足道，因此不是頻繁報警的主要原因。針對第五個原因，每次報警時檢查測量實際水位發現液位計讀數準確，與實際液位相符，液位計接線正常準確，因此第五個可能原因也已排除。
至此只剩下第四個原因，因每次水系統補水活動不可避免地會進入部分空氣，高低溫水系統管路中會殘留大量空氣，最后空氣集中在整個系統的最高點位置。整個高低溫水系統基本為封閉系統，僅高低溫水膨脹箱有氣口與大氣聯通（圖3為高低溫水膨脹箱外形圖），在熱備用期間，低溫水回路及高溫水部分回路未進行循環，無法有效將管路內部的空氣排放至大氣，而在柴油發電機啟機運行后，高溫水和低溫水系統有效打循環，部分空氣通過膨脹箱氣口排放至大氣，整個水系統容積減少，膨脹箱液位降低。因此，每次備用柴油發電機a運行之后均會出現膨脹箱液位低報警。
圖3 高低溫水膨脹箱外形示意圖
三、問題處理
基本判斷得出了唯一可能的原因后，該核電廠通過設計變更在整個柴油發電機高低溫水系統的高點，也就是屋頂散熱器處增加了排氣閥，在每次補水期間通過打開排氣閥徹底排出系統中的空氣。增加排氣閥后，通過一年多的觀察，發現高低溫水膨脹箱液位頻繁報警的現象不再出現，問題已解決。
通過增加排氣閥后的長期觀察，確認該核電廠高低溫水膨脹箱頻繁出現液位報警的原因為管路系統高點存在集氣現象，日常熱備用期間始終無法有效靜態排氣，每次柴油發電機啟動后高低溫水充分循環，實現了動態排氣，空氣排除后，冷卻液整體容積下降，導致高低溫水膨脹箱液位下降。后來類似的情況也出現在該核電廠小型輔助柴油發電機冷卻水管路中，在冬季啟機前投入冷卻水回路電加熱器后機體溫度未上升，無法達到暖機效果。
經檢查，自管路高點開始加熱器另一側溫度無法正常上升，檢查管路高點集氣，排氣后問題解決。因此，該問題一定程度上具有普遍意義，從減輕核電廠運行人員負擔的角度來看，可在柴油發電機冷卻水回路高點增加排氣設施。
柴油發電機充電的時候有什么要注意的
柴油發電機廠家500KW康明斯發電機帶靜音柴油發電機組生產完成
同步發電機的大修,期限一般2~4年
柴油發電機組電壓和頻率變化較大且功率不足的故障處理
柴油發電機組配氣機構的結構與工作過程
商業建筑配置柴油發電機為何很重要？穩定電力是先決條件
發電機壓縮空氣瓶的結構相關原理是什么？
如何安裝柴油發電機組排風系統？