官地水電站發(fā)電機(jī)高壓油泵異常切換原因分析及處理

劉 波

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都 610051)

0 引言

官地水電站位于四川省涼山州西昌市與鹽源縣交界的雅礱江上，是錦屏一、二級(jí)電站和二灘電站的中間梯級(jí)電站，裝設(shè)4臺(tái)600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)2 400 MW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量約118.7億千瓦時(shí)。4臺(tái)機(jī)組于2013年3月全部投產(chǎn)發(fā)電，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF600-60/15940，由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1 高壓油頂起系統(tǒng)介紹

官地電站發(fā)電機(jī)推力軸承配備有高壓油頂起系統(tǒng)，以便在機(jī)組起動(dòng)和停機(jī)過程中給推力軸承瓦面注入高壓油而形成油膜，防止推力軸承瓦面與境板之間非潤(rùn)滑轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生燒瓦。在正常情況開停機(jī)過程中，高壓油頂起系統(tǒng)能自動(dòng)地投入運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到機(jī)組發(fā)生蠕動(dòng)時(shí)，該系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)投入，以防止低速轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生推力軸瓦損壞事故。推力軸瓦設(shè)計(jì)為允許在事故情況下不投入高壓油頂起系統(tǒng)也能夠安全停機(jī)，不發(fā)生推力軸瓦燒瓦現(xiàn)象。

發(fā)電機(jī)高壓油頂起系統(tǒng)由高壓油頂起油泵、逆止閥、過濾器、高壓油管、管件、壓力開關(guān)和壓力表等部件組成，集成在2 250 mm×1 200 mm×1 800 mm的框內(nèi)，布置在機(jī)坑外。常壓油取自推力油槽內(nèi)，高壓油通過高壓油泵加壓后輸送至推力軸瓦，每個(gè)高壓油供油支管設(shè)置有一個(gè)單向閥，其系統(tǒng)原理見圖1。

每臺(tái)發(fā)電機(jī)高壓油頂起系統(tǒng)配備兩套單獨(dú)的油泵。油泵采用三相380 V、45 kW的全封閉式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以維持軸瓦表面具有恒定油膜所需的壓力。兩套油泵中，一套為工作油泵，另一套為備用油泵，兩套油泵能進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)切換。在工作油泵故障時(shí)，備用油泵自動(dòng)投入工作，以保持瓦面油壓。油泵起動(dòng)時(shí)間不大于5 s，即可在鏡板和軸瓦之間建立起足夠的油膜。當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，高壓油頂起系統(tǒng)在機(jī)組轉(zhuǎn)速降至90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)投入，機(jī)組停止運(yùn)行后5 s內(nèi)切除。當(dāng)機(jī)組起動(dòng)時(shí)，高壓油頂起系統(tǒng)在接到開機(jī)命令后立即投入，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)停止運(yùn)行。在機(jī)組正常運(yùn)行中，高壓油頂起系統(tǒng)由CCS系統(tǒng)控制自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常或者故障時(shí)，運(yùn)行人員也可通過CCS系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)控制及操作，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

高壓油頂起系統(tǒng)控制程序設(shè)定了4個(gè)定值，用以控制高壓油頂起系統(tǒng)正常運(yùn)行，分別為：拱起壓力18 MPa、泄流壓力最大值14 MPa、泄流壓力最小值6 MPa以及高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值10.0 MPa(返回值為8 MPa)。當(dāng)機(jī)組開機(jī)時(shí)，投入高壓油泵，高壓油系統(tǒng)頂起過程如下：高壓油泵在2～3 s內(nèi)達(dá)到拱起壓力以上，頂起轉(zhuǎn)子建立油膜，然后泄流并逐步回歸穩(wěn)定工作壓力(須在泄流壓力最大值與泄流壓力最小值之間)，并且此工作壓力須大于高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值的返回值，即判斷高壓油頂起系統(tǒng)工作正常。機(jī)組停機(jī)時(shí)，由于機(jī)組運(yùn)行過程中油膜已建立，當(dāng)高壓油泵起動(dòng)時(shí)，其出口壓力在60 s內(nèi)大于高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值， 并穩(wěn)定在高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值的返回值以上，即判斷高壓油頂起系統(tǒng)工作正常。

圖1 高壓油頂起系統(tǒng)原理圖

2 設(shè)備異?，F(xiàn)象

官地電廠中控室發(fā)出1號(hào)機(jī)組停機(jī)令，1號(hào)機(jī)組自動(dòng)停機(jī)過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速降至90%時(shí)2號(hào)高壓油泵自動(dòng)啟動(dòng)開始運(yùn)行，2號(hào)高壓油泵運(yùn)行76 s后因未知故障突然停止運(yùn)行，自動(dòng)切換至1號(hào)高壓油泵運(yùn)行，1號(hào)高壓油泵運(yùn)行60 s后同樣因未知故障突然停止運(yùn)行。為了避免由于節(jié)點(diǎn)松動(dòng)、信號(hào)誤報(bào)等偶發(fā)性的原因引起高壓油泵停止運(yùn)行，導(dǎo)致可能發(fā)生發(fā)電機(jī)推力軸承瓦損壞的重大事故，運(yùn)行人員在CCS系統(tǒng)上手動(dòng)啟動(dòng)1號(hào)機(jī)2號(hào)高壓油泵，以檢查2號(hào)高壓油泵能否工作，結(jié)果2號(hào)高壓油泵啟動(dòng)后運(yùn)行正常，直到機(jī)組停機(jī)。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查及處理

在1號(hào)機(jī)組停機(jī)發(fā)電機(jī)制動(dòng)風(fēng)閘投入狀態(tài)后，手動(dòng)分別啟動(dòng)1號(hào)機(jī)1號(hào)高壓油泵、2號(hào)高壓油泵，兩臺(tái)高壓油泵均起動(dòng)運(yùn)行正常，壓力均穩(wěn)定在10 MPa左右。經(jīng)開停機(jī)過程中多次的現(xiàn)場(chǎng)檢查，高壓油泵均起動(dòng)運(yùn)行正常，對(duì)高壓油頂起裝置電機(jī)、油泵及其管路進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。高壓油泵運(yùn)行后油泵出口壓力無(wú)明顯下降，1號(hào)機(jī)高壓油頂起系統(tǒng)機(jī)械部分工作正常。對(duì)1號(hào)機(jī)組高壓油控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查，控制柜內(nèi)部接線牢固，程序檢查邏輯正確，也未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

在1號(hào)機(jī)組停機(jī)及制動(dòng)風(fēng)閘投入狀態(tài)后，將1號(hào)高壓油泵出口流量閥逆時(shí)針調(diào)整7圈，2號(hào)高壓油泵出口流量閥逆時(shí)針調(diào)整5圈后，兩臺(tái)高壓油泵出口壓力僅略微增加約0.2～0.4 MPa左右，壓力增加不明顯。目前兩臺(tái)高壓油泵出口流量閥已基本調(diào)到最大，而高壓油泵出口壓力主要由機(jī)組重量決定，與壓油泵效率有一定關(guān)系，因此在此狀態(tài)下，兩臺(tái)壓油泵出口壓力已基本無(wú)調(diào)大空間。

壓油泵出口壓力增大后，觀察1號(hào)機(jī)組停機(jī)過程中的高壓油裝置運(yùn)行情況可知，壓油泵起動(dòng)瞬間的出口壓力可達(dá)到10.0 MPa左右，壓油泵運(yùn)行一段時(shí)間后出口壓力降至8.5～9.0 MPa左右，然后隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的降低，壓油泵出口壓力逐漸增加，最后在機(jī)組轉(zhuǎn)速為0時(shí)，壓油泵出口壓力介于11～12 MPa之間。

4 原因分析

根據(jù)發(fā)電機(jī)廠家提供的高壓油頂起系統(tǒng)整定值可知，拱起壓力為18 MPa、泄流壓力最大值為14 MPa、泄流壓力最小值為6 MPa。查閱官地電站整定值報(bào)告可知，現(xiàn)場(chǎng)高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值的動(dòng)作值為10.0 MPa，返回值為8.0 MPa，泄流壓力加1(泄流壓力最大值)為14.0 MPa，泄流壓力減1(泄流壓力最小值)為6.0 MPa。在監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯程序設(shè)計(jì)中，當(dāng)機(jī)組在停機(jī)過程中時(shí)，起動(dòng)高壓油泵運(yùn)行60 s以內(nèi)，高壓油泵瞬間出口壓力必須大于10.0 MPa，否則高壓油泵在運(yùn)行60 s后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切泵；當(dāng)高壓油泵運(yùn)行60 s后，高壓油泵出口壓力必須大于8.0 MPa時(shí)才運(yùn)行正常，否則高壓油泵會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切泵。

根據(jù)高壓油泵出口壓力調(diào)整前的運(yùn)行情況可知，在機(jī)組停機(jī)過程中，高壓油泵運(yùn)行啟動(dòng)瞬間出口壓力大約在10.0 MPa左右，與高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值的動(dòng)作值10.0 MPa較為接近。當(dāng)高壓油泵運(yùn)行壓力有一定波動(dòng)或者油泵出口壓力開關(guān)整定值有一定偏差時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致高壓油泵在運(yùn)行60 s后自動(dòng)切換，上述故障中的1號(hào)高壓油泵即為此種情況。當(dāng)高壓油泵運(yùn)行一段時(shí)間后，出口壓力逐步降至8.2～8.5 MPa左右，與高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值的返回值8.0 MPa較為接近，當(dāng)高壓油泵運(yùn)行壓力有一定波動(dòng)或者油泵出口壓力開關(guān)整定值有一定偏差時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致高壓油泵自動(dòng)切換，上述故障中的2號(hào)高壓油泵即為此種情況。

因此初步判斷高壓油泵運(yùn)行時(shí)出口壓力與高壓油泵出口開關(guān)整定值及返回值較為接近，在高壓油泵運(yùn)行壓力出現(xiàn)一定波動(dòng)或者高壓油泵出口開關(guān)整定值出現(xiàn)一定漂移時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致高壓油泵出現(xiàn)自動(dòng)切換等情況。

5 處理情況

將1號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)高壓油泵出口壓力開關(guān)拆除并進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)壓力開關(guān)整定值已發(fā)生一定的漂移(整定值從10.0 MPa變化至10.71 MPa，返回值從8.0 MPa變化至8.44 MPa，見圖2所示)，從而印證了對(duì)上述問題的相關(guān)分析，整定值發(fā)生漂移是導(dǎo)致高壓油泵發(fā)生自動(dòng)切泵等故障發(fā)生的直接原因。

圖2 高壓油泵出口壓力開關(guān)檢定報(bào)告

根據(jù)上述原因分析，以及為了保證發(fā)電機(jī)高壓油頂起系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，并結(jié)合哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司相關(guān)意見，將1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)高壓油頂起系統(tǒng)的高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值進(jìn)行修改，整定值從10 MPa修改為6 MPa，返回值從8 MPa修改為4 MPa，并在后續(xù)機(jī)組檢修過程中，也將其余機(jī)組的該高壓油泵出口壓力開關(guān)整定值進(jìn)行了同樣的修改。

6 結(jié)語(yǔ)

官地水電站發(fā)電機(jī)高壓油頂起系統(tǒng)高壓油泵異常切換的問題，通過上述處理，保證了高壓油頂起系統(tǒng)的正常運(yùn)行。至此，官地水電站發(fā)電機(jī)高壓油頂起系統(tǒng)未再次出現(xiàn)上述異?，F(xiàn)象，消除了設(shè)備隱患，保證了水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。