大型燈泡貫流式機組軸承油系統(tǒng)存在的問題及對策

呂吉平

（中電投五凌電力有限公司洪江水電廠 懷化市 418200）

1 概述

洪江水電廠位于沅江干流湖南省懷化市洪江區(qū)上游，是沅水干流15個梯級中的第8級水電廠。安裝6臺單機容量為45 MW的燈泡貫流式機組，水輪發(fā)電機組一度為我國最大、應(yīng)用水頭最高的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。其軸承油系統(tǒng)由軸承油箱，軸承油泵，高壓油頂起裝置，高壓油泵，重力油箱，冷卻器，管道系統(tǒng)，抽油霧排氣裝置，及自動控制裝置等組成，軸承包括發(fā)導(dǎo)軸承，推力軸承，水導(dǎo)軸承三部份。軸承油系統(tǒng)循環(huán)工作原理：開機令傳入LCU后，LCU檢測重力油箱油位，當(dāng)檢測到重力油箱油位正常時，啟動1臺油泵（若此時檢測出重力油箱的油位過低時，啟動兩臺油泵），軸承油箱的油在油泵的作用下通過兩臺并聯(lián)的冷卻器冷卻后，分別壓入組合軸承、水導(dǎo)軸承、重力油箱，油經(jīng)過軸承后對軸承進行冷卻，進行熱交換后的熱油在重力和油壓的作用下回到軸承油箱。被壓入重力油箱的油儲存在重力油箱中，當(dāng)油位到達高油位時溢出回到軸承油箱。

2 機組重力油箱供油系統(tǒng)改進

機組軸承油系統(tǒng)中重力油箱起著穩(wěn)定油壓和事故備用的作用，洪江水電廠投產(chǎn)初期實際運行時發(fā)現(xiàn)：由于部分電動閥門關(guān)閉不嚴(yán)，機組在停機狀態(tài)重力油箱油位不能維持，油泵不能實現(xiàn)自動補油。當(dāng)需要開機，軸承油泵啟動后，只有小部分油量（油泵出口油流量與軸承用油量的差值）進入重力油箱，需要很長時間才能滿足開機條件（低油位以上），致使開機時間過長，不能滿足《洪江水電廠并入湖南電網(wǎng)運行調(diào)度協(xié)議》規(guī)定（機組由備用狀態(tài)至空載狀態(tài)的時間為6.5 min）；重力油箱供油系統(tǒng)的部分設(shè)備布置在油箱底部，不便于對設(shè)備的巡視、操作；重力油箱供底部的盤通閥為截止閥，水平安裝，不滿足規(guī)范要求。

針對以上問題做出以下改造：

（1）更換合格電動閥后改變重力油箱供油系統(tǒng)的控制方式，即在停機狀態(tài)，由重力油箱的油位開關(guān)接點控制軸承油泵，當(dāng)重力油箱油位降至“低油位”時自動啟動1臺軸承油泵，升至“高油位”時停泵，使重力油箱油位始終維持在“低油位”以上。

（2）將重力油箱底部的管路、設(shè)備布置在油箱側(cè)面，電動閥和盤通閥由上、下分層安裝改為安裝在同一高程，便于對設(shè)備的巡視、操作。

（3）將重力油箱的盤通閥（截止閥）由水平安裝改為垂直安裝，以減少閥門的漏油量。

3 軸承油箱冷卻器的增容改造

軸承油箱冷卻器應(yīng)根據(jù)泵流量換算出冷卻器的冷卻面積，然后選擇機組冷卻器，此部分計算應(yīng)由冷卻器專業(yè)廠家完成。洪江水電廠軸承油冷卻器使用的是兩臺BLOKSMA生產(chǎn)的P200-2Z冷卻器，兩臺冷卻器設(shè)計為并聯(lián)運行。但高溫季節(jié)在正常冷卻水流量的情況下，軸承油箱油溫和機組軸瓦溫度偏高；且冷卻器時有堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致機組有強迫停運隱患，同時威脅機組的安全運行。

為此洪江水電廠在軸承油箱旁增加1個冷卻器回路，利用調(diào)速器冷卻器的出水作為新增冷卻器的冷卻水，增加整個冷卻系統(tǒng)的容量。同時做出如下規(guī)定：機組在運行狀態(tài)下軸承油箱溫度超過40℃時，應(yīng)手動投入機組軸承油輔助冷卻器；機組長時間運行軸承油箱溫度低過35℃時，應(yīng)手動退出機組軸承油輔助冷卻器；機組在停機30 min后，應(yīng)手動退出機組軸承油輔助冷卻器。冬季關(guān)閉機組軸承油輔助冷卻器進、出水閥，開啟旁通閥將冷卻水改排旁通回路。經(jīng)過長期運行驗證其可以滿足機組的安全運行要求。

由于輔助冷卻器仍需手動控制，不能滿足無人值班要求，筆者認(rèn)為軸承油冷卻器仍有改進空間，現(xiàn)有兩種方案：

（1）冷卻器擴容，將原有2臺63 kW×2主冷卻器和1臺30 kW輔助冷卻器改為1臺或2臺冷卻器，冷卻器換熱銅管管徑和壁厚在一定程度上增大，且要增設(shè)排污管與反沖洗管路。冷卻器擴容后能在一定程度上降低油溫和瓦溫，在冬季只要通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量就能保持合適的油溫。

（2）如果費用緊張，只需增加輔助冷卻器自動控制回路即可。

4 軸承油箱增加油混水裝置

洪江水電廠軸承油冷卻器使用的是河水冷卻，換熱管易被泥沙、貝殼堵塞，汛中迎峰度夏時更為明顯，時常需要清理。由于冷卻器換熱管徑較小，清理換熱管時尤其是清除卡在里面的貝殼對換熱銅管有一定磨損，自投產(chǎn)以來多次發(fā)生冷卻器銅管破損，導(dǎo)致軸承油流失或油箱進水。且主軸密封處甩水也可能導(dǎo)致軸承油進水，透平油發(fā)生乳化，嚴(yán)重影響機組安全運行。而水比重較重，在油箱底部，巡視時極難發(fā)現(xiàn)。

為此洪江水電廠在軸承油箱底部安裝油混水裝置，軸承油一旦進水會及時報警，提醒生產(chǎn)人員及時做出反應(yīng)。

5 軸承油系統(tǒng)控制程序改造

洪江水電廠兩臺軸承油泵同時運行出口壓力0.46 MPa（6#機0.75 MPa），1臺油泵運行出口壓力0.4 MPa（6#機 0.5 MPa～0.6 MPa），機組備用狀態(tài)下為能夠迅速開機，通常會保留1～2臺機軸承油泵啟動，而此時軸承油冷卻水電動閥并未開啟，此時軸承油冷卻器內(nèi)銅管處于單側(cè)受壓狀態(tài)，運行時間一長，將會引起冷卻器及相關(guān)管路機械疲勞，甚至造成冷卻器內(nèi)銅管破裂，增加漏油及軸承油系統(tǒng)進水機率，影響機組安全運行。

出于以上考慮，洪江水電廠作出以下改造：

（1）在啟動兩臺軸承油泵條件中增加：檢測到“重力油箱油位低動作”且有 “機組零轉(zhuǎn)速復(fù)歸”或“開機令”時，啟動兩臺軸承油泵；而只有“重力油箱油位低動作”時不啟動兩臺軸承油泵。

（2）在軸承油冷卻器供水電動閥控制程序中增加：當(dāng)有軸承油泵啟動且軸承油冷卻器出口有油流信號，則自動開啟軸承油冷卻器供水電動閥。在軸承油泵沒有運行、軸承油泵出口無壓、軸承油冷卻器無油流且無開啟軸承油冷卻器供水電動閥令時，則關(guān)閉軸承油冷卻器供水電動閥。

6 軸承油系統(tǒng)油位記錄定期工作改進

為保證軸承油系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行可控在控，洪江水電廠一直堅持在周定期工作中對機組軸承油系統(tǒng)油位進行記錄、制定臺賬。通過每次對臺賬的分析比較，可以發(fā)現(xiàn)軸承油系統(tǒng)是否存在跑油或進水現(xiàn)象。在實踐中也多次通過此方法，發(fā)現(xiàn)潛在的軸承油冷卻器銅管破損故障。目前定期工作對機組油箱油位的記錄條件為：機組軸承油泵在運行狀態(tài)；重力油箱發(fā)油位高信號；發(fā)導(dǎo)、水導(dǎo)油流量滿足，軸承油腔油位滿足。

洪江水電廠軸承油箱安裝在▽144.3 m高程，重力油箱安裝在▽175.0 m高程，軸承油箱的油在油泵的作用下通過兩臺并聯(lián)的冷卻器冷卻后，分別壓入組合軸承、水導(dǎo)軸承、重力油箱。被壓入重力油箱的油儲存在重力油箱中，當(dāng)油位到達高油位3100L時溢出回到軸承油箱。而從重力油箱溢出的這部分油與軸承回流至油箱的油因為在不同溫度下溢出速度不同，導(dǎo)致軸承油箱油位顯示不同。由于目前記錄油位的定期工作方式因沒有考慮溫度對軸承油箱油位的影響，記錄數(shù)據(jù)不便于分析比較，很難發(fā)現(xiàn)少量跑油等油位異常問題，筆者建議改進定期對機組油箱油位的方法，消除溫度對軸承油箱油位顯示的影響。即：機組停機，軸承油泵停止；重力油箱電動閥打開，油全部流入軸承油箱；發(fā)水導(dǎo)油流量、軸承油腔油位信號復(fù)歸。

7 增設(shè)軸承油箱固定濾油機

洪江水電廠軸承油系統(tǒng)的主要作用是為機組發(fā)導(dǎo)、水導(dǎo)、推力軸承提供潤滑與冷卻，其油質(zhì)的好壞直接影響機組的安全運行，因此需定期對軸承油進行過濾處理，但軸承油箱位于144.3 m操作廊道，每次濾油前后起吊濾油機耗費較多的人力且有較大的安全隱患。

洪江水電廠在每臺機組旁增設(shè)軸承油箱固定濾油裝置，其采用透平油專用封閉式真空濾油機TY-100（改進型）。新增固定濾油裝置運行穩(wěn)定可靠、凈油效果較好，使廠房整潔美觀，還可實現(xiàn)遠(yuǎn)方操作與監(jiān)控。

8 計劃改造項目：軸承油系統(tǒng)油位在線監(jiān)視

為實現(xiàn)遠(yuǎn)方集控，少人值守或無人值守的目標(biāo)，目前洪江水電廠已立項進行軸承油系統(tǒng)油位在線監(jiān)視改造，即在機組重力油箱、軸承油箱上利用液位傳感器將油位數(shù)據(jù)直接傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)。待改造完成后，只需與改進后定期工作油位記錄配合即可實現(xiàn)軸承油系統(tǒng)油位的精確控制，及時消除可能存在的事故穩(wěn)患，確保機組安全穩(wěn)定運行。

9 結(jié)語

與立式機組相比，燈泡貫流機組軸承油系統(tǒng)相對復(fù)雜，轉(zhuǎn)子、大軸、水輪機等轉(zhuǎn)動部件的重量全部通過軸瓦傳遞給管形座，大軸轉(zhuǎn)動時，如果軸承不能及時散熱，在其接觸表面溫度將急劇上升，造成燒瓦及大軸變形事故。為了防止此類事故，一般采用軸承油循環(huán)水冷卻系統(tǒng)來實現(xiàn)對軸瓦及大軸的保護。所以燈泡貫流機組軸承油系統(tǒng)運行情況直接影響到機組的安全運行。而洪江水電廠水輪發(fā)電機組一度為我國單機容量最大、應(yīng)用水頭最高的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。由于設(shè)計原因與新時代的自動化要求，機組的軸承油系統(tǒng)不斷地進行改造。本文通過介紹洪江水電廠軸承油系統(tǒng)運行近10年來存在問題的分析處理以及設(shè)備的改造過程，來說明如何針對大型燈泡貫流機組水電站的要求與特點，以供新建大型燈泡貫流式機組電廠與設(shè)計單位參考，選擇或設(shè)計更安全可靠的機組軸承油系統(tǒng)。