水電站機(jī)組增速器油冷卻器問題淺析

摘 要：本文簡述了豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，并介紹了一例國際水電項目中增速器油冷卻器運行出現(xiàn)的問題及其分析、解決過程，指出了低水頭電站設(shè)備運行環(huán)境的特殊性和國際水電項目建設(shè)及運行維護(hù)的復(fù)雜性，為今后進(jìn)行低水頭電站水力系統(tǒng)設(shè)計的人員增加參考依據(jù)，也為從事國際工程項目執(zhí)行的工作人員提供經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：水電站；增速器；冷卻器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.135

0 引言

豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組具有運行水頭低，單位流量大，水力效率高等特點，適用于平原或河谷地區(qū)的水電資源開發(fā)[1]。但其較大的單位流量同時也帶來了較多的流道雜物，成為機(jī)組運行的不穩(wěn)定因素。

1 豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)

豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)主軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過增速器連接。由于增速器的作用，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，磁極少，體積大大縮小。這減少土建工程量，但對機(jī)組冷卻系統(tǒng)提出了更多要求。機(jī)組需要潤滑冷卻的部件，除了水導(dǎo)和發(fā)導(dǎo)，還有增速器齒輪箱。齒輪箱潤滑要求特殊，其油系統(tǒng)一般與水導(dǎo)和發(fā)導(dǎo)分開，但三者仍與發(fā)電機(jī)空冷器共用一套技術(shù)供水系統(tǒng)。

技術(shù)供水源有三種：一是城市自來水，其質(zhì)量最好，對設(shè)備幾乎無損害，但運行成本高；二是電站區(qū)域井水，質(zhì)量次之，對設(shè)備磨損較小，造價相對較高；三是流道水，質(zhì)量較差，但取水方便，造價較低。第三種水源經(jīng)過濾水器處理，一般能滿足技術(shù)供水系統(tǒng)的要求，應(yīng)用最廣泛。

2 一例增速器油冷卻器爆管問題及處理過程

2.1 冷卻器爆管情況描述

巴基斯坦真納水電項目采用8臺豎井貫流式機(jī)組。其每臺機(jī)的水導(dǎo)和發(fā)導(dǎo)共用一套油系統(tǒng)，增速器齒輪箱的油系統(tǒng)獨立。兩套油系統(tǒng)共用一套技術(shù)供水，冷卻水源為流道水。

水電站機(jī)組從2012年1月開始陸續(xù)投入商業(yè)運行。2012年10月5日，1號機(jī)的增速器油箱油量在21個小時里從正常的2.2m3下降到1.6m3。承包商發(fā)現(xiàn)后要求業(yè)主運行方停機(jī)對增速器油系統(tǒng)進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)油箱中的潤滑油疑似通過冷卻器泄漏入了水管中。對冷卻器進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)，換熱器的大部分水管都被污泥堵塞，仍然通暢的水管中有管壁破裂，潤滑油正是從裂縫中泄漏的。為減小發(fā)電損失，1號機(jī)換上備用的冷卻器，清洗增速器油系統(tǒng)并重新充油后恢復(fù)了商業(yè)運行。

事故后的一年里，3、4、6號機(jī)的增速器油冷卻器也相繼發(fā)生一樣事故。業(yè)主由此懷疑增速器油系統(tǒng)設(shè)計存在缺陷。他們在與冷卻器生產(chǎn)商德國HS COOLER公司郵件交流后，向承包商發(fā)難，認(rèn)為承包商設(shè)計中為冷卻器提供的冷卻水流量80m3/h遠(yuǎn)大于冷卻器本身的設(shè)計參數(shù)30m3/h，是造成爆管的主要原因。業(yè)主要求承包商更改技術(shù)供水設(shè)計并承擔(dān)由于該設(shè)計缺陷造成的一切損失。

2.2 油冷卻器爆管問題分析

業(yè)主的問題分析報告認(rèn)為，造成增速器油冷卻器爆管的另一個原因是技術(shù)供水源泥砂含量過大。但因為技術(shù)供水源采用流道水是主合同要求，并非承包商過錯。

承包商請設(shè)計院和主機(jī)制造商分析事故原因。設(shè)計院表示技術(shù)供水流量參數(shù)是由主機(jī)制造商提供。主機(jī)制造商認(rèn)為80m3/h的供水量是初步設(shè)計時的估算值，因HS COOLER冷卻器換熱效率高，30m3/h的供水量已能滿足油的冷卻要求，所以應(yīng)以HS COOLER的參數(shù)為準(zhǔn)調(diào)節(jié)技術(shù)供水閥門開度，降低供水量。主機(jī)制造商的意見無異于讓承包商承認(rèn)設(shè)計有缺陷，要承擔(dān)經(jīng)濟(jì)損失。

承包商仔細(xì)研究了HS COOLER的冷卻器，并與同類型的國產(chǎn)冷卻器比較，發(fā)現(xiàn)同等換熱功率下，國產(chǎn)冷卻器的體積要大得多。原因是HS COOLER的換熱裝置很精密，管路多而小，易堵塞。其次，HS COOLER冷卻器要求水源是清潔水。實際流道取水盡管經(jīng)過了濾水器處理，但清潔度還是達(dá)不到清潔水的標(biāo)準(zhǔn)。最后，HS COOLER冷卻器的最大工作水壓為1.0MPa，是實際工作總壓（勢能頭+速度頭+壓能頭）的2倍。在這種情況下，冷卻器爆管絕對不會是因為冷卻水流量過大，只能歸咎于水源質(zhì)量。

2.3 問題處理方案

基于以上分析，承包商向業(yè)主澄清：80m3/h的冷卻水設(shè)計流量是基于為冷卻潤滑油需要的換熱量算得，實際選用的冷卻器換熱效率高，冷卻水需求流量下降，但不會低到30m3/h，因為冷卻器技術(shù)要求冷卻水為清潔水，實際用的流道水因帶有大量雜質(zhì)會導(dǎo)致?lián)Q熱效率低于設(shè)計值；80m3/h的冷卻水流量不會導(dǎo)致爆管，因為實際由水泵產(chǎn)生的總壓最多為0.5MPa，僅為冷卻器設(shè)計值的1/2，不足以引起爆管；同類型的小龍門水電站采用清潔水作為技術(shù)供水源，運行6年多了也沒發(fā)生過爆管事故；損壞的冷卻器拆解后發(fā)現(xiàn)，大部分水管都被污泥堵塞，表明用含砂量過高的流道水作為技術(shù)供水源才是導(dǎo)致冷卻器爆管的原因，而這并非承包商過錯。

根治問題的辦法是更換技術(shù)供水源。但水源改造應(yīng)由業(yè)主另行招標(biāo)，周期太長，無法防止短期內(nèi)可能發(fā)生的爆管事故。調(diào)節(jié)技術(shù)供水閥門降低供水量的辦法可能會導(dǎo)致潤滑油溫過高，影響增速器安全運行。承包商因此提出在每臺機(jī)組月維護(hù)時用空壓機(jī)對冷卻器進(jìn)行沖洗的臨時方案，這樣可以在不影響發(fā)電的前提下防止冷卻器堵塞爆管，也可以檢驗承包商的分析是否正確。

2.4 臨時方案效果

業(yè)主起初不接受承包商的臨時方案，承包商則自行派人幫助業(yè)主運行方定期清理增速器油冷卻器。從2014年初至今，冷卻器再也沒有發(fā)生爆管事故。業(yè)主看到了效果，遂接受了承包商的分析和做法，不再提設(shè)計缺陷的事情。技術(shù)供水源改造招標(biāo)則啟動進(jìn)行中。

3 結(jié)語

低水頭電站設(shè)備運行環(huán)境具有其特殊性。國際水電項目建設(shè)及運行維護(hù)，因當(dāng)?shù)厝宋囊蛩氐挠绊懚訌?fù)雜性。在國際項目執(zhí)行過程中遇到事故，既不要將歐美技術(shù)神化，也不要迷信一般情況下的經(jīng)驗，而應(yīng)具體情況具體分析。本文簡述了一例國際水電項目中增速器油冷卻器運行出現(xiàn)的問題及其分析、解決過程，為今后進(jìn)行低水頭電站水力系統(tǒng)設(shè)計的人員增加參考依據(jù)，也為從事國際工程項目執(zhí)行的工作人員提供經(jīng)驗借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]張聯(lián)升.豎井貫流式水輪機(jī)的特點和應(yīng)用[J].小水電，2014（03）：14-16.

作者簡介：楊銘 （1982-），男，湖北宜昌人，碩士，工程師，主要從事國際水電及新能源項目工程管理工作。