摘要： 针对KTA50-G3柴油发电机高低温水膨胀箱频繁出现液位低报警，导致运行人员频繁补水的问题，康明斯公司在实际案例中经过对可能的原因进行逐步排查，最终确认根本原因为高低温水回路存在集气现象，在整个高低温水系统高点增加排气阀后，故障排除。借此康明斯发电机组高温案例，解决一部分有类同高温问题的用户，可按此例方法进行故障维修。本文按问题现象、潜在原因、逐项排查与问题处理四个环节，完整呈现从五种可能原因中逐一排除、最终锁定集气这一根本原因的过程，并说明该问题在同类机组中的普遍性。
一、发生的问题及潜在原因
1. 机组背景与冷却水系统构成
（1）机组选型与辅机系统
某核电厂应急柴油发电机选用康明斯公司的KTA50-G3机型，辅机系统包括燃油系统、滑油系统、冷却水系统、启动压空系统、进排气系统，其中冷却水系统分为高温水系统和低温水系统，高温水主要用于冷却柴油发电机的缸套、缸盖、一级空冷器，低温水系统主要用于冷却滑油及二级空冷器。
（2）问题现象
该核电厂在柴油发电机系统移交生产后，频繁出现高低温水膨胀箱低液位报警现象，补水后很短一段时间内该现象会再次出现，造成了运行负担。最终查明原因为水系统高点集气，通过增加排气阀解决了问题。康明斯柴油发电机组（机型KTA50-G3）如图1所示，KTA50-G3康明斯柴油发动机三维图如图2所示。
（3）机组的功能定位
核电厂应急柴油发电机主要功能为在全厂失电工况下，为厂内必要的负荷提供电源。在AP1000项目中，应急柴油发电机不提供核安全相关功能，为非核级备用柴油发电机，仅提供纵深防御相关功能，但是仍为厂内关键设备。
（4）辅机子系统的组成
每台备用柴油发电机配备多个辅机子系统，这些子系统对于柴油发电机的运行是必须的，具体包括燃油系统、滑油系统、冷却水系统、启动压空系统、进排气系统和调速系统。
|
图1 康明斯柴油发电机组（机型KTA50-G3） |
图2 KTA50-G3康明斯柴油发动机三维图 |
2. 冷却水系统的功能与报警特征
（1）冷却水系统的功能
其中柴油发电机冷却水系统的功能为：柴油发电机运行期间，通过强制循环将柴油发电机及其辅助设备的热量传递到风冷散热器，风冷散热器再将热量散发到大气中去，从而使柴油发电机润滑油及本体工作部件的工作温度维持在安全限值之内。
（2）高温水与低温水的分工
冷却水系统分为高温水和低温水两个系统，高温水系统主要冷却柴油发电机的缸套、缸盖、一级空冷器，低温水系统主要冷却滑油及二级空冷器。
（3）报警的出现规律
该核电厂1号机备用柴油发电机A/B在移交生产后多次出现高温水或低温水膨胀水箱液位低报警。此报警多次出现，均在备用柴油发电机启动运行后，导致运行人员需频繁补水，增加了运行负担。
3. 系统组成与运行方式分析
（1）冷却水系统的主要组成
据初步分析，KTA50-G3备用柴油发电机冷却水系统主要包含以下几个重要组成部分：高温水泵、低温水泵、风冷散热器、恒温阀、水处理箱、高低温水膨胀箱、隔离阀、高温水/滑油换热器、高温水电加热器、高低温水管路。
（2）热备用期间的运行状态
日常热备用期间高温水电动泵保持运行，恒温三通阀仅两个阀口打开，低温水泵为机带泵（凸轮轴驱动），仅在柴油发电机启动后运行，因此平常热备用期间高温水部分回路打循环，低温水回路无循环。
（3）报警与循环状态的关联
现场高温水或低温水膨胀水箱液位低报警均是在启机后出现，可能与水系统循环有关。这一关联为后续排查提供了重要线索：报警并非随机出现，而是与循环状态的变化直接相关。
4. 潜在原因筛选
首先初步判断筛选出造成高低温水膨胀箱频繁报警的所有可能原因有五个：
（1）系统外部渗漏或溢流
高低温水系统存在外部渗漏点或者存在溢流，平常存在少量渗漏或溢流，启机后系统压力升高，渗漏量增大，导致高低温水膨胀箱液位下降。
（2）系统内部漏点
高低温水系统在柴油发电机内部存在漏点，冷却液渗入滑油系统中。
（3）取样消耗
高低温水在日常取样过程中存在大量消耗。
（4）系统高点集气
高低温水系统中无专门的排气阀，管路系统高点存在集气现象，日常热备用期间始终无法有效静态排气，只能通过启动后实现动态排气，空气排除后，冷却液整体容积下降，导致高低温水膨胀箱液位下降。
（5）液位计故障
高低温水膨胀箱液位计故障，读数不准确，所以导致频繁误报。
柴油发电机冷却系统循环水流向图如图3所示，水箱散热器尺寸和孔径标注图如图4所示。
|
图3 柴油发电机冷却系统循环水流向图 |
图4 水箱散热器尺寸和孔径标注图 |
二、低液位报警原因排查与分析
现场根据上述五种可能的原因逐一进行了排查。
1. 外部渗漏与溢流的排查
（1）检查方法
在每次季度试验期间目视检查了两台机高低温水系统所有位置，发现并不存在任何渗漏或溢流现象。
（2）排查结论
因此排除了第一种可能的原因。
2. 内部漏点的排查
（1）内部漏点的后果推断
针对第二种原因，实际上如果高温水大量渗漏到滑油中，滑油黏度会大幅下降，从而使柴油发电机产生机械故障，严重时会发生拉缸抱缸。
（2）运行参数与油底壳检查
但实际上两台机组每次运行期间工艺参数一切正常，也无异常振动、噪声等。观察油底壳液位也无明显异常变化。
（3）滑油取样分析
而跟踪对比历次滑油取样分析数据，发现滑油的水分含量无异常，也无明显异常变化。因此第二种原因也被排除。
3. 取样消耗的排查
（1）取样量与频度统计
对第三种原因，经过调研跟踪每次取样过程，发现每次取样的水量较少，基本在500 mL左右，取样频度为3个月。
（2）与系统总容积的对比
而高低温水系统的总容积均在2m³以上，取样的量对于整体容量来说微不足道，因此不是频繁报警的主要原因。
4. 液位计故障的排查
（1）实际水位核对
针对第五个原因，每次报警时检查测量实际水位发现液位计读数准确，与实际液位相符。
（2）接线检查
液位计接线正常准确，因此第五个可能原因也已排除。
5. 集气原因的确认
（1）补水带入空气的必然性
至此只剩下第四个原因，因每次水系统补水活动不可避免地会进入部分空气，高低温水系统管路中会残留大量空气，最后空气集中在整个系统的最高点位置。
（2）封闭系统与排气口设置
整个高低温水系统基本为封闭系统，仅高低温水膨胀箱有气口与大气联通（图3为高低温水膨胀箱外形图）。
（3）热备用期间无法静态排气
在热备用期间，低温水回路及高温水部分回路未进行循环，无法有效将管路内部的空气排放至大气。
（4）启机后动态排气导致液位下降
而在柴油发电机启机运行后，高温水和低温水系统有效打循环，部分空气通过膨胀箱气口排放至大气，整个水系统容积减少，膨胀箱液位降低。因此，每次备用柴油发电机A运行之后均会出现膨胀箱液位低报警。
康明斯水位传感器位置图如图5所示，高低温水膨胀箱外形示意图如图6所示。
|
图5 康明斯水位传感器位置图 |
图6 高低温水膨胀箱外形示意图 |
三、问题处理
1. 处理措施
（1）设计变更方案
基本判断得出了唯一可能的原因后，该核电厂通过设计变更在整个柴油发电机高低温水系统的高点，也就是屋顶散热器处增加了排气阀。
（2）排气阀的安装位置选择
排气阀的安装位置选择在系统最高点，是因为空气密度小于冷却液，补水及运行过程中带入的空气会自然向系统高点聚集。只有将排气阀设置在最高点，才能使聚集的空气有明确的排出通道；若排气阀位置偏低，高点空气仍无法排出，问题依旧存在。
（3）排气操作方式
在每次补水期间通过打开排气阀彻底排出系统中的空气。补水时打开排气阀，使空气随补水过程从高点排出，避免空气在系统内残留并在后续启机循环时集中排出。
（4）日常热备用期间的排气考虑
由于热备用期间低温水回路及高温水部分回路不参与循环，静态条件下空气难以自行汇集至排气阀，因此在设计变更后，将补水期间的主动排气作为固定操作环节纳入运行规程，使排气不再依赖启机后的动态过程。
2. 处理效果
（1）长期观察结果
增加排气阀后，通过一年多的观察，发现高低温水膨胀箱液位频繁报警的现象不再出现，问题已解决。
（2）原因确认
通过增加排气阀后的长期观察，确认该核电厂高低温水膨胀箱频繁出现液位报警的原因为管路系统高点存在集气现象，日常热备用期间始终无法有效静态排气，每次柴油发电机启动后高低温水充分循环，实现了动态排气，空气排除后，冷却液整体容积下降，导致高低温水膨胀箱液位下降。
（3）处理效果与前期判断的印证
处理效果与前期分析一致：报警出现的时机始终在启机之后，而增加排气阀后报警不再出现，说明报警的根源确实是空气在循环过程中的集中排出，而非系统存在持续的冷却液损失。
3. 同类问题的延伸
（1）小型辅助柴油发电机的类似现象
后来类似的情况也出现在该核电厂小型辅助柴油发电机冷却水管路中，在冬季启机前投入冷却水回路电加热器后机体温度未上升，无法达到暖机效果。
（2）检查与处理
经检查，自管路高点开始加热器另一侧温度无法正常上升，检查管路高点集气，排气后问题解决。
（3）问题的普遍意义
因此，该问题一定程度上具有普遍意义，从减轻核电厂运行人员负担的角度来看，可在柴油发电机冷却水回路高点增加排气设施。
（4）对同类机组的推广建议
对于其他采用封闭式冷却水系统、且热备用期间部分回路不参与循环的机组，可将高点排气设施纳入设计与改造考虑范围，并在运行规程中明确补水期间的排气操作，以减少因集气造成的液位误报和频繁补水。
总结
本文围绕KTA50-G3柴油发电机高低温水膨胀箱频繁低液位报警的排查与处理展开，完整呈现了从外部渗漏、内部漏点、取样消耗、系统集气、液位计故障五种可能原因中逐一排除、最终锁定集气这一根本原因的过程。其意义在于：膨胀箱液位下降并不一定意味着系统存在泄漏，在封闭式冷却水系统中，补水时带入的空气若无法在热备用期间静态排出，会在启机循环后集中排出，使冷却液整体容积下降，表现为液位低报警。该案例的处理方式表明，在高低温水系统高点增加排气阀，并在补水期间主动排气，可以从根本上消除这一现象。同类问题在小型辅助柴油发电机冷却水管路中也有出现，说明该问题具有一定的普遍性，在机组设计与运行维护中，将冷却水回路高点排气设施纳入考虑，有助于减少运行人员的频繁补水负担，保障机组的正常备用状态。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
