布侖口－公格爾水電站機(jī)組水導(dǎo)甩油分析及處理

黃開壽，劉武超，安剛

（1.中國水電第五工程局有限公司，四川成都610225；2.新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000）

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布侖口－公格爾水電站機(jī)組水導(dǎo)甩油分析及處理

黃開壽1，劉武超1，安剛2

（1.中國水電第五工程局有限公司，四川成都610225；2.新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000）

布侖口－公格爾水電站2號機(jī)組在孤網(wǎng)運行后出現(xiàn)水導(dǎo)甩油現(xiàn)象，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計單位、設(shè)備制造廠家及安裝單位共同研究后，對2號機(jī)組水導(dǎo)甩油情況進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。通過對水導(dǎo)甩油問題的改造和處理，消除了機(jī)組運行的重大安全隱患，為同類型水電站水輪機(jī)水導(dǎo)軸承設(shè)計、檢修、改造等提供一定的參考依據(jù)。

水斗式水輪機(jī)；水導(dǎo)；孤網(wǎng)運行；甩油處理

1　前言

布侖口－公格爾水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)克州阿克陶縣境內(nèi)，是蓋孜河中游河段梯級電站中的第一級水電站，電站3臺機(jī)組于2014年6月30日成功完成72 h試運行，正式投入商業(yè)運行。2014年12月電站經(jīng)南疆電網(wǎng)指示做孤網(wǎng)運行試驗，2號機(jī)組參與了此次孤網(wǎng)運行試驗，運行時間為2 h。在孤網(wǎng)運行試驗期間機(jī)組出現(xiàn)了嚴(yán)重的振蕩現(xiàn)象，并且監(jiān)控系統(tǒng)顯示，水導(dǎo)擺度及振動超標(biāo)，水導(dǎo)瓦瓦溫上升。試驗結(jié)束后，2號機(jī)組正常運行72 h后，出現(xiàn)水導(dǎo)擺度增大，水導(dǎo)瓦瓦溫升高，水導(dǎo)油盆油位下降等現(xiàn)象。

2　概況

布侖口－公格爾水電站設(shè)置3臺單機(jī)容量67 MW水斗式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號為SF67-12/4450，水輪機(jī)型號為CJ（PV6）-L-205/6× 16.6，電站總裝機(jī)容量200MW。年平均年發(fā)電量6.7億kW·h，額定電壓10.5 kV，額定電流4 093A，額定功率因數(shù)0.90（滯后），額定水頭607m，額定轉(zhuǎn)速500 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速935 r/min。

水導(dǎo)軸承采用6塊巴氏合金瓦襯、稀油自循環(huán)潤滑軸承，其軸瓦材料為Q345C和巴氏合金。每塊瓦置于“U”型油槽內(nèi)，水導(dǎo)油盆為靜止圓形油盆，擋油圈插入水輪機(jī)大軸軸領(lǐng)內(nèi)，油冷卻器設(shè)置為外循環(huán)冷卻器，軸領(lǐng)內(nèi)設(shè)置8個直徑為10mm的小孔，在“U”型油槽下部設(shè)置1根冷卻器進(jìn)油管，上部設(shè)置1根冷卻器出油管，高溫油由小孔甩出，經(jīng)進(jìn)油管進(jìn)入外循環(huán)冷卻器冷卻后由出油管進(jìn)入“U”型油槽，對水導(dǎo)瓦進(jìn)行冷卻。

2號機(jī)組在孤網(wǎng)運行實驗之前未出現(xiàn)油位下降及瓦溫升高現(xiàn)象，商業(yè)運行正常。電廠運行人員在經(jīng)南疆電網(wǎng)指示后，未制定相應(yīng)的孤網(wǎng)運行試驗方案，便進(jìn)行了孤網(wǎng)運行試驗，長達(dá)2 h。在此期間，機(jī)組多次發(fā)生頻率、負(fù)荷的大幅振蕩，其中頻率在48~52 Hz范圍內(nèi)大幅振蕩。孤網(wǎng)運行試驗后2號機(jī)出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，將水導(dǎo)油盆油位加至停機(jī)時最高油位140mm，2號機(jī)連續(xù)運行10 d后，觀察其停機(jī)時油位下降至95mm，但甩油情況并未停止，只是甩油量有所下降，瓦溫隨之上升。

3　水導(dǎo)甩油原因分析

（1）孤網(wǎng)運行試驗

布侖口-公格爾水電站水輪機(jī)為立軸單轉(zhuǎn)輪六噴嘴型式，配有微機(jī)調(diào)速器，經(jīng)查閱調(diào)速器說明書得該調(diào)速器具有獨立的6套噴針電液控制系統(tǒng)和6套獨立的折向器開關(guān)量控制系統(tǒng)。該電站引水系統(tǒng)較長，額定水頭高，噴針采取的是緩慢關(guān)閉方式，關(guān)閉全程需30 s，即在轉(zhuǎn)輪和噴嘴之間安裝折向器，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)大波動或甩負(fù)荷時，利用折向器關(guān)閉或開啟來保護(hù)機(jī)組安全。噴針控制單元中噴針接力器利用PID調(diào)節(jié)，保證機(jī)組出現(xiàn)小波動時的正常調(diào)節(jié)；折向器則是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于整定值時快速開啟，小于整定值時快速關(guān)閉，保證機(jī)組大波動時的正常調(diào)節(jié)，折向器的關(guān)閉時間為2 s。

孤網(wǎng)運行試驗中影響機(jī)組短時大幅振蕩即頻率大幅變化的主要原因是負(fù)荷突變，如果機(jī)組在額定運行情況下突然甩20%的負(fù)荷，隨著轉(zhuǎn)速和頻率的上升，導(dǎo)致折向器出現(xiàn)頻繁關(guān)閉和開啟現(xiàn)象，直至機(jī)組達(dá)到新的平衡點。但是每個折向器為獨立的開關(guān)量控制系統(tǒng)，就會出現(xiàn)每個折向器關(guān)閉及開啟時間的不一致。如果機(jī)組在小負(fù)荷運行情況下，在孤網(wǎng)里突然有一臺大功率設(shè)備啟動將會給機(jī)組帶來出力的階躍。在長達(dá)2 h的孤網(wǎng)運行試驗中機(jī)組功率的調(diào)節(jié)跟不上負(fù)荷的變化，但是噴針開度調(diào)節(jié)緩慢，致使噴針開度頻繁調(diào)節(jié)。并且每個噴針為獨立電液控制系統(tǒng)，如果每個噴針開度調(diào)節(jié)出現(xiàn)不統(tǒng)一，就會產(chǎn)生每個噴針的開度不一致。

在檢修過程中發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)瓦間隙測量數(shù)據(jù)與安裝時測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了偏差。廠家設(shè)計圖紙要求水導(dǎo)瓦單邊瓦間隙為0.35~0.40mm，即安裝時6個水導(dǎo)瓦單邊瓦間隙數(shù)據(jù)均為0.37mm，檢修時測量出6個水導(dǎo)瓦單邊間隙數(shù)據(jù)分別為0.37mm、0.37mm、0.36mm、0.41mm、0.41mm、0.43mm，如圖1所示。說明4號、5號、6號水導(dǎo)瓦單邊瓦間隙數(shù)據(jù)變大，水輪機(jī)大軸處于偏心狀態(tài)。孤網(wǎng)運行過程中，每個噴針開度不一致的情況出現(xiàn)對水輪機(jī)大軸旋轉(zhuǎn)造成影響，導(dǎo)致水導(dǎo)瓦間隙變大，造成水輪機(jī)大軸偏心現(xiàn)象。在機(jī)組正常運行過程中，水導(dǎo)出現(xiàn)較大的振蕩及擺度增大，透平油經(jīng)擋油圈甩出，是造成甩油故障的重要原因。

圖1　水導(dǎo)瓦單邊間隙示意圖

（2）軸領(lǐng)內(nèi)腔出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象

在孤網(wǎng)運行試驗時，水導(dǎo)部位出現(xiàn)劇烈振蕩，透平油從擋油圈處甩出，使水導(dǎo)油盆內(nèi)部的油位下降、水導(dǎo)瓦瓦溫上升、油溫上升、形成油霧，油霧經(jīng)大軸補(bǔ)氣管進(jìn)入呼吸器，造成呼吸器的空氣濾芯器堵塞。在機(jī)組正常運行時，由于水輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)使軸領(lǐng)內(nèi)腔形成低壓，而此時呼吸器的空氣濾芯出現(xiàn)堵塞，不能對大軸進(jìn)行補(bǔ)氣，即產(chǎn)生負(fù)壓，使擋油圈處的油面上升，造成擋油圈的高度降低，出現(xiàn)甩油現(xiàn)象。

（3）擋油圈高度

由于機(jī)組正常運行時軸領(lǐng)的高速旋轉(zhuǎn)及透平油的粘滯性，使整個油盆內(nèi)的油出現(xiàn)劇烈的紊流現(xiàn)象，為了防止透平油甩出，廠家設(shè)計停機(jī)時水導(dǎo)油盆最大油位距擋油圈上口的高度為80mm，但是由于呼吸器的空氣濾芯堵塞造成軸領(lǐng)內(nèi)腔出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，使擋油圈處的透平油油面上升，擋油圈的高度出現(xiàn)嚴(yán)重不夠現(xiàn)象，導(dǎo)致甩油。

4　水導(dǎo)甩油處理

根據(jù)上述分析，對2號機(jī)組水導(dǎo)甩油采取下列辦法進(jìn)行解決：

（1）調(diào)整水導(dǎo)瓦間隙

根據(jù)檢修時測量的水導(dǎo)瓦單邊間隙數(shù)據(jù)對比廠家要求數(shù)據(jù)及初始安裝時測量數(shù)據(jù)，水導(dǎo)回裝時將6個水導(dǎo)瓦單邊瓦間隙均重新調(diào)整至0.37mm，使水輪機(jī)大軸重新回到中心位置。2號機(jī)組正常運行時，水導(dǎo)部位的振蕩及擺度明顯降低，對孤網(wǎng)運行試驗時對機(jī)組造成的水輪機(jī)大軸偏心問題進(jìn)行了解決。

（2）呼吸器下部設(shè)置一個Z字形彎頭

呼吸器空氣濾芯堵塞情況，是因為油霧造成，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場實際情況需在呼吸器下部使用焊接方法連接一個Z字形不銹鋼彎頭，油霧將在Z字形不銹鋼彎頭的中間平段形成油珠滑落，將不會造成呼吸器空氣濾芯的堵塞，緩解了軸領(lǐng)內(nèi)腔形成負(fù)壓的問題。

（3）加高擋油圈高度

將擋油圈高度加高有以下兩種方法：a）使用鐵片焊接在擋油圈上。b）使用耐油耐溫橡膠495膠水粘膠在擋油圈上?？紤]到此次檢修周期短，且耐油耐溫橡膠不會損傷到大軸，采用了耐油耐溫橡膠加高擋油圈高度，在原廠家設(shè)計的停機(jī)時最大油位距擋油圈上口的高度為80mm的基礎(chǔ)上加高50mm。

5　結(jié)束語

通過對水導(dǎo)甩油問題的改造和處理，消除了機(jī)組運行的重大安全隱患，保證了電站安全穩(wěn)定運行，為同類型水電站水輪機(jī)水導(dǎo)軸承設(shè)計、檢修、改造等提供一定的參考依據(jù)。

[1]張建軍.二灘水電站機(jī)組水導(dǎo)、下導(dǎo)甩油處理方法[J].四川水力發(fā)電，2002，21（1）：70-73.

[2]杜才明，龔明.沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運行異常對策[J].江西電力，2011，35（4）：52-55.

TK730.3+22

B

1672-5387（2016）02-0070-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.021

2015-06-04

黃開壽（1981-），男，工程師，從事水電站機(jī)電安裝工作。