燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)潤滑油系統(tǒng)可靠性設(shè)計

張鑫

（四川嘉陵江桐子壕航電開發(fā)有限公司，四川 武勝 638400）

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，過流能力強(qiáng)、過流通道水力損失小、效率高，是目前開發(fā)低水頭水力資源首選的發(fā)電機(jī)組類型。由于其特殊結(jié)構(gòu)，需配置較多的輔助設(shè)備，其中最重要的是潤滑油系統(tǒng)，機(jī)組軸承及推力瓦潤滑用油必須采用循環(huán)的供油方式，運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)組必須保證潤滑供油不能中斷，如中斷供油在很短的時間內(nèi)將會導(dǎo)致軸承及推力瓦燒毀，這類事故是燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)在豐水季節(jié)非正常長期停運(yùn)的主要原因之一。我國每年均有多臺機(jī)組發(fā)生同類型的事故，事故處理時間一般均在30d以上，對電站產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。而造成這類事故發(fā)生的根本原因是潤滑油的控制、保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計不合理導(dǎo)致。

一、概述

可靠的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組潤滑油監(jiān)控系統(tǒng)是避免機(jī)組軸瓦、軸承燒毀事故發(fā)生最主要的技術(shù)措施。通過分析研究可知，設(shè)計1套可靠的潤滑油監(jiān)控系統(tǒng)可避免因潤滑油系統(tǒng)故障而導(dǎo)致燒軸瓦、軸承事故的發(fā)生。

二、燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)潤滑油系統(tǒng)可靠性設(shè)計

（一）潤滑油泵控制電路及系統(tǒng)自動監(jiān)測裝置設(shè)計可靠性分析

1.潤滑油泵控制電路可靠性設(shè)計分析

為了保證機(jī)組可靠連續(xù)供油，目前燈泡貫流式水輪機(jī)均配置2臺潤滑油油泵，1臺主用1臺備用。為了便于操作，減少常規(guī)控制回路出現(xiàn)故障的概率，在保證安全的前提下盡量簡化控制回路，一般采用“手動”和“自動”控制，正常情況下采用“自動控制”方式，由機(jī)組輔助設(shè)備的PLC程序控制或是機(jī)組LCU中的PLC程序控制。只有在自動控制系統(tǒng)故障或調(diào)試時采用“手動”控制方式?！白詣印笨刂苹芈房煽啃栽O(shè)計顯得十分重要，目前“自動”控制回路主要有2種設(shè)計電路，1種是采用一個PLC輸出繼電器控制油泵的啟停，1種是采用2個PLC輸出繼電器分別控制油泵的啟停。

2.潤滑油控制、監(jiān)視系統(tǒng)及自動化配置可靠性分析

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)潤滑油系統(tǒng)自動化元件的配置及其工作的可靠性是確保機(jī)組潤滑油系統(tǒng)正常工作的硬件條件，由于到目前為止我國還沒有關(guān)于燈泡貫流式水電站自動化配置方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。設(shè)計院大部分是根據(jù)主機(jī)廠的標(biāo)準(zhǔn)配置來設(shè)計，這就導(dǎo)致了燈泡貫流水輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)的監(jiān)視與控制的自動化元件配置，在不同廠家之間相差較大，有的機(jī)組采用配置自動化元件過多，有的機(jī)組配置自動化元件過少，從保證潤滑油系統(tǒng)安全可靠的前提下，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面考慮單機(jī)容量在4MW及以上的機(jī)組潤滑油系統(tǒng)自動化按表1所示要求進(jìn)行配置。

（二）潤滑油系統(tǒng)控制、監(jiān)測程序設(shè)計可靠性分析

1.潤滑油泵控制程序

潤滑油系統(tǒng)中的潤滑油泵在機(jī)組啟動開始至機(jī)組停止的過程中是連續(xù)工作的，在各種工況下至少要保護(hù)1臺潤滑油泵連接運(yùn)行將經(jīng)潤滑回油箱的油輸送至高位油箱。為確保油泵長周期可靠運(yùn)行，2臺油泵應(yīng)采取定期自動輪換的方式運(yùn)行。

2.潤滑油系統(tǒng)保護(hù)程序

由于潤滑油系統(tǒng)對燈泡貫流式水輪機(jī)的軸瓦、軸承安全運(yùn)行起到?jīng)Q定性作用，因此當(dāng)潤滑油系統(tǒng)出現(xiàn)故障將危及到機(jī)組安全時，PLC必須啟動機(jī)組事故停機(jī)程序，將機(jī)組安全停下來，避免事故的發(fā)生。近年來發(fā)生的多次燒瓦、燒軸承事故均與機(jī)組潤滑油系統(tǒng)的保護(hù)程序不完善、不準(zhǔn)確有關(guān)系。通過對多起典型燒瓦事故的分析，經(jīng)過反復(fù)研究和論證，采用下面所述的保護(hù)程序能夠保證在PLC工作可靠的前提下，當(dāng)PLC判斷如危及機(jī)組安全時啟動事故停機(jī)程序，將機(jī)組安全停下。

3.潤滑油系統(tǒng)監(jiān)視程序

潤滑油系統(tǒng)的保護(hù)程序是在該系統(tǒng)已無法正常工作，危及到機(jī)組安全的情況下將機(jī)組安全停下來的措施。潤滑油系統(tǒng)的事故是由系統(tǒng)故障演變而來，如果及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障并及時消除故障，完全可避免潤滑油系統(tǒng)事故的發(fā)生。因此PLC應(yīng)實(shí)時監(jiān)測潤滑油系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不正常工作狀態(tài)，并將信號傳送至上位機(jī)發(fā)出相應(yīng)的語音報警信號，記錄相關(guān)事件，并按機(jī)組運(yùn)行規(guī)程要求提示、指導(dǎo)故障處理的方法，將事故控制在萌牙狀態(tài)。

（三）機(jī)組計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置對潤滑油控制系統(tǒng)可靠性影響分析

1.機(jī)組PLC配置可靠分析

目前大部分運(yùn)行的貫流式水輪發(fā)電機(jī)現(xiàn)地控制單元均采用單套PLC配置（CPU、電源模塊、開入/開出模塊、通信模塊等），這就導(dǎo)致當(dāng)PLC出現(xiàn)故障，特別是CPU死機(jī)時，出現(xiàn)潤滑油系統(tǒng)故障，PLC將無法正常工作，不能執(zhí)行相關(guān)的故障處理程序，無法提醒運(yùn)行人員進(jìn)行處理。更重要的是當(dāng)出現(xiàn)潤滑油中斷時無法啟動事故停機(jī)程序?qū)C(jī)組停下來，其后果必將造成燒軸瓦、軸承的事故。因此當(dāng)機(jī)組單機(jī)容量達(dá)4MW及以上時，在條件允許的前提下PLC應(yīng)采用2N配置的方式，2套系統(tǒng)互為備用。最基本的也要采用雙CPU配置，當(dāng)主用CPU出現(xiàn)故障時，備用CUP投入工作，并將故障信息上傳至上位機(jī)提醒運(yùn)行人員，避免事故的發(fā)生。這點(diǎn)是目前燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)監(jiān)控設(shè)計時忽視的一點(diǎn)，機(jī)組輔助設(shè)備、其他控制、保護(hù)裝置均配置了主備用裝置，相對于機(jī)組安全更重要的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中PLC更應(yīng)采取主備用的配置方式。

2.網(wǎng)絡(luò)通信及上位機(jī)配置可靠性分析

目前水電廠采用分布式控制方式，PLC與上位機(jī)大部分采用以太網(wǎng)光纖通信方式，為確保與上位機(jī)的通信可靠，及時、可靠地將PLC采集的各種實(shí)時的狀態(tài)量、故障量及事故量傳送至上位機(jī)，提醒運(yùn)行人員研判與處理，上位機(jī)與PLC的通信應(yīng)采用雙網(wǎng)絡(luò)通信，同時上位機(jī)的工作站應(yīng)采用主、備用配置方式，確保整個計算機(jī)控制系統(tǒng)2N的配置方式，提高系統(tǒng)的可靠性。

結(jié)語

可靠的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組潤滑油監(jiān)控系統(tǒng)是避免機(jī)組軸瓦、軸承燒毀事故發(fā)生最主要的技術(shù)措施。通過分析研究可知，設(shè)計一套可靠的潤滑油監(jiān)控系統(tǒng)可避免因潤滑油系統(tǒng)故障而導(dǎo)致燒軸瓦、軸承事故的發(fā)生。