燈泡貫流式機(jī)組開機(jī)時(shí)間過長原因分析

胡閬，張勛

(五凌電力有限公司東坪水電廠，湖南 益陽413500)

東坪水電廠位于湖南省安化縣東坪鎮(zhèn)境內(nèi)，是資水流域的第7 個(gè)梯級電站，距離上游柘溪水電廠10 km，為柘溪水電廠的反調(diào)節(jié)電廠。壩址控制流域面積22 816 km2，多年平均流量605 m3/s。電廠裝設(shè)4 臺18 MW 燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，年設(shè)計(jì)發(fā)電量2.912 億kWh，單機(jī)額定流量330 m3/s。水庫正常蓄水位96.50 m，對應(yīng)庫容1 480萬m3，正常調(diào)節(jié)范圍庫水位最低為95.80 m，對應(yīng)庫容1 320萬m3，可調(diào)節(jié)庫容160萬m3，無調(diào)節(jié)能力。

東坪水電廠機(jī)組從熱備用狀態(tài)至空載狀態(tài)，一般開機(jī)時(shí)間約8～10 min，比同類型機(jī)組開機(jī)時(shí)間長4～5 min。由于地理位置特殊性，上游水電廠來水至該廠僅20 min 左右，該廠水庫屬于日調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)能力十分有限，當(dāng)上游電廠方式變化較大時(shí)，該廠因機(jī)組開機(jī)反應(yīng)滯后，存在水漫弧門的風(fēng)險(xiǎn)。如何縮短機(jī)組開機(jī)時(shí)間是亟待解決的問題，也是確保電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 開機(jī)時(shí)間過長原因分析

1.1 開機(jī)流程分析

在機(jī)組開機(jī)過程中，監(jiān)控系統(tǒng)檢測機(jī)組開機(jī)條件滿足后，發(fā)令打開軸承油電動(dòng)閥，軸承油流從高位油箱流向軸承，推力軸承油槽為油浸式結(jié)構(gòu)，開機(jī)過程中必須滿足將軸承油槽浸滿油，油流溢出后推動(dòng)回油管上的流量計(jì)開關(guān)，在發(fā)導(dǎo)軸承油流大于28 L/min、水導(dǎo)軸承油流大于25 L/min、推力軸承油流大于140 L/min 的條件下繼續(xù)開機(jī)流程。經(jīng)過多次觀測發(fā)現(xiàn)，機(jī)組開機(jī)過程中推力軸承油槽灌滿到溢出后推動(dòng)回油管上的流量計(jì)開關(guān)所花時(shí)間最長，一般為5 min 左右(發(fā)導(dǎo)和水導(dǎo)一般為1.5 min)。由此可見，軸承滿足油流條件的過程往往耽誤了較多的時(shí)間，從而影響了機(jī)組的開機(jī)時(shí)間。

1.2 軸承油供油分析

軸承由發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承、推力軸承(正推軸承和反推軸承)、水輪機(jī)導(dǎo)軸承組成，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重量通過軸瓦傳遞給管形座，由于軸承與轉(zhuǎn)動(dòng)部分為直接接觸的部件，大軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將在軸承及大軸的金屬表面消耗大量的動(dòng)能，損失的能量便轉(zhuǎn)化為熱量，如果不能及時(shí)散熱，其表面產(chǎn)生的熱量將使其溫度急劇上升，超過其熱穩(wěn)定極限而使軸瓦破壞，造成燒瓦事故〔1〕。

為了防止燒瓦事故的發(fā)生，一般采用軸承油循環(huán)來實(shí)現(xiàn)對軸瓦的保護(hù)〔2〕。軸承油循環(huán)冷卻系統(tǒng)通過高位油箱內(nèi)重力油流過軸承進(jìn)行冷卻，流過軸承的潤滑油又通過軸承油管集中到設(shè)置在底側(cè)的軸承后流回油箱，而在此循環(huán)過程中，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)檢測到高位油箱油位達(dá)啟泵油位(800 mm)時(shí)，啟動(dòng)1 臺軸承油泵打油，軸承油箱內(nèi)潤滑油經(jīng)軸承油泵、軸承濾油器、軸承油冷器冷卻后再次流至軸承高位油箱〔3〕。軸承油系統(tǒng)見圖1。

圖1 軸承油系統(tǒng)

可以看出，要想縮短機(jī)組開機(jī)時(shí)間，關(guān)鍵在于優(yōu)化軸承油系統(tǒng)的供油方式，縮短推力軸承油流量滿足開機(jī)條件的時(shí)間。

2 軸承油系統(tǒng)供油方式改造的可行性

在燈泡貫流式機(jī)組中，軸承油供油方式主要分為軸承油泵直接供油和高位重力油箱供油(簡稱間接供油)2 種方式。直接供油工況下，能夠快速將軸承油系統(tǒng)內(nèi)充滿油，較間接供油方式快捷，但這種方式下存在隱患，如果軸承油泵油流中斷則容易導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)，安全風(fēng)險(xiǎn)較大;間接供油的方式下，雖然在較短時(shí)間內(nèi)無法滿足軸承油系統(tǒng)的供油，但正因?yàn)楦呶挥拖涞挠行莘e，在軸承油泵無法供油的情況下預(yù)留了機(jī)組停機(jī)時(shí)間，有利于特殊情況下的事故處理。

為保證安全運(yùn)行，該廠采用的是間接供油方式，要更改供油方式難度非常大。通過分析計(jì)算以及模擬試驗(yàn)，認(rèn)為可以從電氣和機(jī)械2 個(gè)方面對軸承油系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，縮短機(jī)組開機(jī)時(shí)間。

3 軸承油系統(tǒng)優(yōu)化改造

3.1 機(jī)械部分

機(jī)組開機(jī)過程中，1512 軸承供油電動(dòng)閥(如圖1)全開，高位油箱內(nèi)潤滑油靠自身重力通過1512 軸承供油電動(dòng)閥流向軸承油槽，在該電磁閥前端及推力軸承油槽之間增加一段旁通管，并在旁通管上安裝1 個(gè)旁通閥1516(圖1 中虛線部分)。

通過增加旁通管給軸承供油，使得機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)下就將軸承浸滿潤滑油，從而減少了開機(jī)過程中必須先給軸承浸滿潤滑油的時(shí)間，特別是使得推力軸承油浸式結(jié)構(gòu)內(nèi)時(shí)刻充滿油〔4〕。

通過對新加旁通閥門1516 開度的適當(dāng)調(diào)整，高位油箱油位下降4 mm/min 左右，約16 L/min(高位油箱尺寸2 250 mm×1 820 mm×1 870 mm)，從而達(dá)到最佳效果。

3.2 電氣部分

對軸承油系統(tǒng)機(jī)械部分優(yōu)化改造后，新增旁通閥存在一定的開啟角度，在停機(jī)狀態(tài)下，導(dǎo)致高位油箱內(nèi)潤滑油通過旁通管流向軸承油槽，最后流回至軸承油箱。在原有開機(jī)程序中，只有開機(jī)過程中才會啟動(dòng)軸承油泵給高位油箱供油，進(jìn)行機(jī)械部分改造后，如果不啟動(dòng)軸承油泵，則經(jīng)過一段時(shí)間后高位潤滑油箱內(nèi)潤滑油將會通過旁通管全部放空，致使機(jī)組開機(jī)條件不滿足〔6〕。因此，修改了輔機(jī)控制PLC 程序，以確保潤滑高位油箱內(nèi)足夠的供油量〔5〕。即在PLC 內(nèi)增加停機(jī)狀態(tài)下啟、停軸承油泵的程序，在停機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)高位潤滑油箱油位下降到啟主用軸承油泵液位(800 mm)時(shí)，啟動(dòng)主用軸承油泵輸油150 s，經(jīng)實(shí)測，此時(shí)間正好可供1 臺泵輸油至正常液位(1 200 mm)，同時(shí)主泵自動(dòng)切換到備泵，另1 臺升格為主泵。

PLC 程序的完善，既保證了停機(jī)狀態(tài)下推力軸承油槽充滿油，又確保了高位油箱內(nèi)油量充足。

4 結(jié)語

對機(jī)組軸承油系統(tǒng)改造優(yōu)化后，軸承供油時(shí)間明顯縮短，從而縮短了開機(jī)時(shí)間。近1年的運(yùn)行實(shí)踐證明，改造后的開機(jī)時(shí)間由原來8～10 min 縮短到3～5 min，從而有效地解決了該廠機(jī)組開機(jī)時(shí)間過長的問題。

〔1〕沙錫林． 貫流式水電站〔M〕． 北京:中國水利水電出版社，1999．

〔2〕田樹棠． 貫流式水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)用技術(shù)〔M〕． 北京:中國水利水電出版社，2010．

〔3〕王庭友． 可編程控制器原理及應(yīng)用〔M〕． 北京:國防工業(yè)出版社，2005．

〔4〕龍?zhí)敚?寶珠寺電站設(shè)備運(yùn)行情況〔J〕． 四川電力技術(shù)，2000，23(A01):47-48．

〔5〕陶建民，劉建華． 燈泡貫流式機(jī)組軸承潤滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)〔J〕．西北水電，2010(03):62-66．

〔6〕毛啟華． 北津水電站1 號機(jī)組開機(jī)失敗原因分析與處理〔J〕．電力安全技術(shù)，2008(11):58-59．