800 MW水輪發(fā)電機(jī)組高壓油減載系統(tǒng)報(bào)警原因淺析

劉 斌，劉 釗，諶裕嘉

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

水輪發(fā)電機(jī)組高壓油減載系統(tǒng)主要作用是在推力瓦面與鏡板之間建立油膜，防止推力軸承在機(jī)組低速運(yùn)行狀態(tài)下潤(rùn)滑條件惡化[1]。因此，高壓油減載系統(tǒng)是保障具有金屬推力瓦的大型水輪發(fā)電機(jī)組安全啟停的重要裝置[2]。高壓油減載系統(tǒng)可能發(fā)生的故障主要有高壓油減載系統(tǒng)壓力下降[3]、機(jī)組自動(dòng)開(kāi)機(jī)失敗[4]、機(jī)組自動(dòng)停機(jī)流程退出[5]等，嚴(yán)重故障可直接導(dǎo)致推力瓦燒毀。本文引述的水輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)于2012年。自投運(yùn)以來(lái)，該機(jī)組高壓油減載系統(tǒng)整體運(yùn)行良好，但在開(kāi)機(jī)過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)而會(huì)發(fā)出高壓油頂起系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警雖不影響機(jī)組正常運(yùn)行，但會(huì)給監(jiān)屏人員正常運(yùn)行管理帶來(lái)干擾?，F(xiàn)場(chǎng)多次對(duì)高壓油減載系統(tǒng)進(jìn)行檢查，各管路接頭、壓力表、傳感器、過(guò)濾器以及信號(hào)傳輸通道等均未發(fā)現(xiàn)異常，但運(yùn)行過(guò)程中報(bào)警現(xiàn)象還是時(shí)有發(fā)生，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步深入分析，其原因終于查明，本文就此問(wèn)題予以分析。

1 高壓油系統(tǒng)運(yùn)行及報(bào)警情況

該機(jī)組高壓油減載系統(tǒng)在機(jī)組開(kāi)機(jī)前啟動(dòng)，并在機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到90%時(shí)停止運(yùn)行；在停機(jī)時(shí)會(huì)在機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到90%時(shí)投入運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組完全停機(jī)后則停止運(yùn)行。高壓油減載系統(tǒng)主要由進(jìn)油管路、進(jìn)口粗過(guò)濾器、油泵、電機(jī)、泄壓閥組、出口細(xì)過(guò)濾器、出油管路、配油環(huán)管、瓦前支管及單向閥等部件組成，具體布置見(jiàn)圖1所示。

整套高壓油減載系統(tǒng)控制邏輯如下。

1)2臺(tái)高壓油泵運(yùn)行方式為一主一備，備用泵僅在主用泵出現(xiàn)故障后啟動(dòng)。

圖1 高壓油減載系統(tǒng)布置示意圖

2)判斷油泵是否正常運(yùn)行的條件。油泵出口壓力開(kāi)關(guān)、電機(jī)溫度及總管流量開(kāi)關(guān)三者必須同時(shí)滿足要求；若油泵出口壓力開(kāi)關(guān)、電機(jī)溫度或總管流量開(kāi)關(guān)任何一個(gè)出現(xiàn)異常，則判斷該泵故障，將發(fā)出故障信號(hào)并立即停運(yùn)，同時(shí)啟動(dòng)備用泵。

3)當(dāng)高壓油系統(tǒng)壓力低于總管壓力開(kāi)關(guān)值7.5 MPa時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)出高壓油頂起系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)。

在該機(jī)組開(kāi)機(jī)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到80%左右時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)而會(huì)發(fā)出高壓油頂起系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)，且基本發(fā)生在汛期，即氣溫相對(duì)較高的時(shí)間段。為便于分析，調(diào)取了開(kāi)機(jī)過(guò)程中高壓油系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警時(shí)的截圖，如圖2所示。

由圖2可以清晰地看到：2017-09-23日機(jī)組開(kāi)機(jī)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速接近80%，高壓油壓力變?yōu)?.32 MPa，低于總管壓力開(kāi)關(guān)值7.5 MPa時(shí)，高壓油頂起系統(tǒng)就發(fā)出了報(bào)警信號(hào)。查詢歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)機(jī)過(guò)程中，系統(tǒng)壓力低于總管壓力開(kāi)關(guān)值的情況雖然比較少見(jiàn)，但總會(huì)在一定工況下出現(xiàn)。

圖2 “高壓油頂起系統(tǒng)報(bào)警”時(shí)趨勢(shì)分析截圖

2 報(bào)警原因深入分析

總管壓力開(kāi)關(guān)值一直保持在7.5 MPa，但開(kāi)機(jī)過(guò)程中高壓油頂起系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)卻是不定時(shí)的，只在特定的時(shí)間段內(nèi)或運(yùn)行工況下發(fā)出，于是可以斷定高壓油系統(tǒng)壓力與油溫、水頭存在一定關(guān)系。為進(jìn)一步梳理高壓油系統(tǒng)壓力在運(yùn)行過(guò)程中的變化規(guī)律，從2016年1月開(kāi)始，查看了該機(jī)組54次開(kāi)機(jī)過(guò)程中的高壓油系統(tǒng)最低壓力，得到圖3、圖4。

圖3 高壓油壓力與推導(dǎo)油溫之間的關(guān)系圖

圖4 高壓油壓力與水頭之間的關(guān)系圖

由圖3、圖4可以得知：

1)高壓油壓力與推導(dǎo)油溫成反相關(guān)關(guān)系，且當(dāng)油溫較高，大于36℃時(shí)，高壓油系統(tǒng)最低壓力就會(huì)低于7.5 MPa，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警；

2)高壓油壓力與水頭成正相關(guān)關(guān)系，水頭越低，高壓油壓力就越低，但只有水頭較低同時(shí)油溫較高時(shí)，高壓油壓力才可能低于7.5 MPa，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警；水頭較高，高壓油壓力就越高，但在水頭較高的情況下只要油溫足夠高，高壓油壓力也會(huì)低于7.5 MPa，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警。

于是可以得到如下結(jié)論：高壓油系統(tǒng)壓力值的大小與推導(dǎo)油溫成反相關(guān)關(guān)系，與水頭成正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)油溫對(duì)壓力的影響顯著大于水頭對(duì)壓力的影響。

水頭的高低直接決定機(jī)組所受到的軸向水推力，水頭越高，往下的水推力越大，高壓油減載系統(tǒng)所需要提供的向上的頂起壓力就會(huì)相應(yīng)增大。鑒于水頭對(duì)壓力的影響沒(méi)有油溫對(duì)壓力的影響大，本文繼續(xù)就油溫與壓力的關(guān)系作進(jìn)一步分析與探討。

高壓油減載系統(tǒng)的壓力油出口位于推力瓦面，在鏡板脫開(kāi)瓦面之前，壓力油出口是封閉的，在鏡板與推力瓦面分離后，壓力油出口就變?yōu)殚_(kāi)放式。此時(shí)，壓力油的出油速度將決定高壓油頂起系統(tǒng)的背壓。出油速度越快，瓦面堆積的高壓油就越少，則壓力越低；出油速度越慢，瓦面堆積的高壓油就越多，則壓力越高。

油的流速與運(yùn)動(dòng)粘度密切相關(guān)。本文引述的機(jī)組用油為透平油，其粘溫特性如圖5和表1。

圖5 該透平油粘溫特性曲線圖

油品溫度/℃2526272829303132333435363738394041424344運(yùn)動(dòng)粘度/cSt9388837975716864615855535048464442403937

由圖5可以得知，油溫越高，粘度越低，流速越快，反之亦然。而根據(jù)之前的分析，流速越快，高壓油系統(tǒng)的壓力就越低；流速越慢，高壓油系統(tǒng)的壓力就越高。從表1可以得知，油溫在36℃時(shí)，運(yùn)動(dòng)粘度只有53 cSt，而油溫在運(yùn)行中位值30℃時(shí)，運(yùn)動(dòng)粘度卻高達(dá)71 cSt，所以，油溫與運(yùn)動(dòng)粘度相關(guān)性是極大的，在很大程度上直接決定了油的流速，進(jìn)而間接決定了高壓油系統(tǒng)壓力。這從理論上進(jìn)一步印證了高壓油減載系統(tǒng)壓力與推導(dǎo)油溫的反相關(guān)關(guān)系。

至此，可以明確得出高壓油減載系統(tǒng)時(shí)而發(fā)出報(bào)警信號(hào)的根本原因。只要機(jī)組運(yùn)行在特定工況內(nèi)，即油槽油溫較高或水頭較低的同時(shí)油溫相對(duì)較高，開(kāi)機(jī)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)高壓油減載系統(tǒng)壓力低于7.5 MPa的情況，進(jìn)而導(dǎo)致高壓油頂起系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3 異常報(bào)警處理

針對(duì)上述異常，查詢多年的歷史運(yùn)行曲線發(fā)現(xiàn)，開(kāi)機(jī)過(guò)程中其高壓油壓力最低為7.2 MPa，最高為8.4 MPa，在此壓力范圍內(nèi)機(jī)組均能正常運(yùn)行。故其總管壓力開(kāi)關(guān)值(即報(bào)警參數(shù))宜設(shè)置在7.2 MPa以下，以免誤發(fā)報(bào)警信號(hào)。經(jīng)主機(jī)廠家計(jì)算確認(rèn)，最終將總管壓力開(kāi)關(guān)值調(diào)至6.5 MPa。調(diào)整后，機(jī)組運(yùn)行至今未再出現(xiàn)高壓油系統(tǒng)壓力報(bào)警信號(hào)。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述分析可以得知，高壓油系統(tǒng)壓力與推導(dǎo)油溫成反相關(guān)關(guān)系，與水頭成正相關(guān)關(guān)系。因此，高壓油系統(tǒng)壓力在不同油溫、不同水頭下將會(huì)有所不同，在設(shè)定高壓油系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)時(shí)應(yīng)經(jīng)過(guò)精密計(jì)算，同時(shí)應(yīng)參考系統(tǒng)所需最小壓力限值以及高壓油系統(tǒng)正常運(yùn)行壓力范圍，進(jìn)而合理設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，方能避免報(bào)警信號(hào)誤發(fā)。本文案例可供國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組參考，希望能對(duì)大型水輪發(fā)電機(jī)組高壓油頂起裝置設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行優(yōu)化有所助益[6]。