淺析塔日勒嘎水電站調速器油泵-電機組頻繁斷軸的問題分析與解決

胡龍

摘?要：塔日勒嘎水電站調速器油壓裝置油泵-電機組在兩年的運行過程中接連出現12次的斷軸問題，通過一次次問題分析檢查驗證最終發(fā)現了斷軸的根本原因，并解決了斷軸問題，希望本論文能夠對其他電站有過相同問題的油泵-電機組斷軸問題有所幫助。通過此次改造得到感悟是設備往往是機中有電，電中有機，相輔相成，相互促進。因機械結構改變起來往往比電氣改造復雜的多，而通過電氣程序改造有時可以很容易，并能很好的保護機械設備。同時對于發(fā)現的設備缺陷一定要建立隱患防患大于事后補救的思路，防止事故擴大，所以要運用好機電一體化的發(fā)展道路，能夠在設備維修保養(yǎng)中少走彎路。

關鍵詞：油泵-電機組;頻繁斷軸;機電一體化

一、緒論

塔日勒嘎水電站是位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內的水力發(fā)電站，是克孜勒蘇河中游河段開發(fā)的第一級電站，電站距離喀什市150km。電站采用引水式開發(fā)模式，配備四臺混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量5萬kW，額定水頭44m，年設計發(fā)電量1.69億kW.h。電站首臺機組于2014年9月25日并網發(fā)電，電站調速器由武漢三聯(lián)水電控制設備有限公司設計生產制造，為數字調速器，調速器型號為：PSWT-10000-16，主要控制方式有現地手動（機械手動、電手動）、現地自動和遠方自動運行方式，站內調速器油壓系統(tǒng)結構采用雙電機、雙油泵輪換啟動打壓的方式保持系統(tǒng)壓力和完成開關調速器接力器操作，正常情況調速器油泵平均1小時起泵一次，啟泵壓力為14.4MPa，一次打壓啟泵至額定壓力時間約為50-60秒，停泵額定壓力為16MPa，溢流閥動作值16.5MPa，正常情況下采用遠方自動的運行方式運行。

二、出現的主要問題和危害描述

自塔日勒嘎水電站投運以來，站內調速器油壓裝置先后12次出現調速器-油泵電機組傳動鍵斷裂問題。問題危害：在機組運行過程中調速器油壓裝置油泵電機組傳動鍵斷裂直接表現為整個調速器油壓裝置因事故低油壓使整個系統(tǒng)無法建立和保持運行壓力，從而使調速器失去對機組接力器的控制，進而失去對水輪發(fā)電機組的控制，如長時間未發(fā)現此缺陷將會使事故擴大，進而出現油泵電機發(fā)熱燒毀、油壓裝置發(fā)熱致所有密封件損壞、機組與電網解列、機組過速、機組飛逸等嚴重事事故。

三、問題的初步分析與預防

因出現該問題的時間為新疆克孜勒蘇河的汛期（6-9月），對油泵電機組全面拆解檢查周期長，如果修理時間過長嚴重影響公司的發(fā)電量和效益，所以本次查找問題首先采用小范圍分析解決和事故預防，經初步分析問題原因可能為油泵在停泵瞬間出口壓力過大，同時溢流閥開啟不及時，導致油泵出口壓力過高，有頻繁液壓反向沖擊，使齒輪泵出現嚴重二次掃膛，齒頂圓卡住，致使軸被擰斷。根據初步分析結論，我站對一臺水輪發(fā)電機組兩臺調速器油壓裝置油泵的溢流閥同時進行了更換，使用了新的溢流閥。同時更換了新的油泵和傳動軸后打壓正常。防止事故擴大預防措施：因站內調速器油壓裝置正常運行為遠方自動運行方式，油泵電機組傳動軸斷裂后無事故告警，如斷軸問題未徹底解決，而巡檢未發(fā)現此問題將導致事故擴大，會出現油泵空轉致潤滑油發(fā)熱油壓裝置密封件全部損壞漏油、電機空轉發(fā)熱燒毀、調速器事故低油壓等危險，為防止此問題，決定先用修改電氣程序的方法來預防電機長時間空轉運行而無告警，使設備有了雙重安全保障，增加程序的效果為當油泵運行超過100秒而未停泵時自動輪換為備用泵（正常啟泵時間為50-60秒），并在監(jiān)控系統(tǒng)上位機報油泵故障，從而避免事故擴大化。

四、問題的再次分析與解決

兩個月后經驗證更換過溢流閥的調速器又再次出現了油泵-電機組斷軸問題，但因為提前增加了電氣程序得以事故沒有擴大，所以得出結論問題根本原因不在油泵出口溢流閥，同時也驗證了通過電氣程序閉鎖能夠防止事故擴大化的可靠性，為電站機組在汛期能夠運行提供了保障，也為之后徹底的分析解決油泵-電機組傳動鍵斷裂故障打好了基礎。經過對調速器油壓裝置的拆分解體詳細檢查分析，總結原因有如下四點：

（1）油泵啟動頻繁，油泵軸要經受反復沖擊。

（2）原傳動長軸為扁口槽，扁口槽會隨著使用周期變長出現磨損導致扁口槽變大，油泵每次啟動都會造成泵軸扁口與傳動軸扁口撞擊，導致油泵扁軸失效斷裂。

（3）為保證油泵扁口軸強度，泵軸的硬度提高的同時也會變脆，抗沖擊力變差。

（4）長傳動軸對裝配同心度要求高，如同心度不好也會造成泵軸與傳動軸之間的偏心撞擊。

所以將改造方案定為，將原長鐘罩和長傳動軸取消，換為短鐘罩和直連聯(lián)軸器，從而將扁口油泵更換為圓軸油泵。

說明：改造后的油泵-電機組由于油泵高于液面，最不利因素是油泵吸油高度變高。針對該問題，我們將吸油口高程控制到250mm以內，另外吸油管道彎頭控制到1個以內。（齒輪泵最大吸油高度500mm，吸油管道彎頭不超過2個。）需要注意的是，蓄能器升壓到額定工作壓力后，最低油面應高于吸油濾網上端100mm左右，以充分保障油泵吸油。

如上左圖所示為改造前油泵-電機組，右圖為改造后油泵-電機組，相較而言，改造完成后的油泵-電機組具有如下優(yōu)點：

（1）油泵傳動軸為圓軸結構，可以避免扁軸結構強度問題造成的泵軸斷裂情況。

（2）電機與油泵之間的傳遞長度短，同軸度要求更低。

（3）油泵置于液面以上，檢修維護更方便。

五、改造取得的成效

通過對電站四臺機組調速器油泵-電機組技術改造后近兩年電站內再未出現斷軸問題，保障了電站水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。