張河灣電站3號機組油壓系統(tǒng)油混水的原因分析及處理

趙雪鵬，李永杰

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

1 概述

張河灣公司調(diào)速器/球閥油壓系統(tǒng)由1個集油箱、1個調(diào)速器壓力油罐、1個球閥壓力油罐、3臺壓力油泵（BP46號透平油約10 450 L）、電磁閥及管路閥門、透平油冷卻系統(tǒng)等裝置組成，正常運行壓力6.2～6.4 MPa。油壓系統(tǒng)用戶包括導(dǎo)葉接力器、球閥接力器、球閥工作密封接力器、球閥旁通液壓閥、蝸殼均壓閥、調(diào)相壓水供氣閥、調(diào)相壓水補氣閥、調(diào)相回水排氣閥、蝸殼均壓閥等液壓設(shè)備。

圖1 集油箱前視圖

2 油混水情況介紹

2020年03月14日，班組巡檢人員進行機組的日常巡視，發(fā)現(xiàn)3號機組集油箱蓋板外沿有不明原因銹蝕，打開3號機集油箱蓋板，發(fā)現(xiàn)蓋板下表面有凝結(jié)水滴，同時檢查集油箱頂部也有明顯水滴，懷疑3號機組集油箱發(fā)生油混水。用油樣瓶取底部油樣，現(xiàn)場外觀檢查，3號機組油水分層明顯，進行油化驗，水分含量為189 mg/L，根據(jù)GB/T 7596-2017《電廠運行中礦物渦輪機油質(zhì)量》3.2條中要求水分≤100 mg/L，油質(zhì)明顯超標(biāo)。經(jīng)現(xiàn)場綜合分析確認：3號機集油箱內(nèi)部發(fā)生油混水，具體原因不明。

圖2 集油箱頂部水滴

3 水分來源分析

3.1 原因分析

確認發(fā)生油混水后，張河灣公司異常重視，組織人力物力等積極分析水分來源及處理措施。經(jīng)現(xiàn)場具體分析，來源可能有以下3個方面：

（1）3號機油罐補氣裝置壓縮空氣含水量過大，導(dǎo)致油壓系統(tǒng)水分增加。

（2）調(diào)速器液壓油冷卻系統(tǒng)存在滲漏，導(dǎo)致油壓系統(tǒng)進水。

（3）3號機油壓系統(tǒng)用戶存在反水，導(dǎo)致水分超標(biāo)。

3.2 原因排查

現(xiàn)對以上原因進行逐條分析：

（1）油壓裝置補氣裝置為一根管4臺機組共用，其中4號機組距離壓縮空氣系統(tǒng)距離最遠，1、2、4號機組均未發(fā)生明顯水分增加，且1、2、4號機組水分含量均合格，排除此原因。

（2）調(diào)速器液壓油冷卻系統(tǒng)因不符合現(xiàn)場實際運行狀況，已停用多時，相關(guān)管路及冷卻器已經(jīng)拆除，排除此原因。

（3）油壓裝置用戶主要有導(dǎo)葉接力器、球閥接力器、球閥工作密封接力器、球閥旁通液壓閥、蝸殼均壓閥、調(diào)相壓水供氣閥、調(diào)相壓水補氣閥、調(diào)相回水排氣閥等液壓設(shè)備，其中導(dǎo)葉接力器、球閥接力器、球閥工作密封接力器均為液壓油缸，無接觸水分風(fēng)險，排除接力器滲水原因；蝸殼均壓液壓閥、調(diào)相壓水供氣閥及補氣閥均為液壓球閥，操作機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)有明顯分界點，全開全關(guān)也有明顯位置指示，排除此故障點；球閥旁通閥AA523、調(diào)相回水排氣閥AA415及AA416為液壓針閥（AA415及AA416為同型號閥門），操作機構(gòu)與閥體執(zhí)行機構(gòu)通過液壓桿連接，若油與水分界面的唇形密封失效，水分有可能沿液壓桿從管道中反水至油回路中，懷疑水分由球閥旁通閥AA523或者調(diào)相回水排氣閥AA415及AA416反水至集油箱。進一步分析2個閥門結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

兩種液壓針閥在機組運行時油腔壓力均為6.2～6.4 MPa，停機時兩種閥門油腔壓力均為0 MPa，球閥旁通閥高壓側(cè)壓力為上庫水壓，正常運行及停機時為3.7 MPa，調(diào)相回水排氣閥高壓側(cè)為下庫壓力，正常運行及停機時壓力0.6 MPa。具體分析2個閥門結(jié)構(gòu)，兩種閥門管道側(cè)與油腔均有兩道相對的唇形動密封，一側(cè)密封水壓，一側(cè)密封油壓，球閥旁通閥在水壓側(cè)唇形密封失效時壓力水會順延液壓桿至油腔側(cè)，從而反水至集油箱；調(diào)相回水排氣閥兩道密封之間有法蘭面把合，法蘭面未安裝密封，在一道密封失效時油或者水會順延液壓桿至法蘭面溢出，經(jīng)現(xiàn)場檢查確認AA415及AA416無異常情況。綜上分析，初步確認集油箱水分來源為：旁通閥水壓側(cè)唇形密封失效，水分從球閥旁通閥水壓側(cè)經(jīng)液壓桿兩道唇形密封后反水至旁通閥液壓腔導(dǎo)至集油箱油混水。

圖3 球閥旁通閥結(jié)構(gòu)圖

圖4 調(diào)相回水排氣閥結(jié)構(gòu)圖

4 3號機組油混水缺陷的處理

4.1 針對旁通閥的處理

在初步確認水分來源后，為防止集油箱水分進一步增大，張河灣公司積極抓住機組運行低谷機會，對3號機球閥旁通閥進行更換，并對更換下來的旁通閥進行打壓試驗。通過分析旁通閥具體結(jié)構(gòu)，決定對旁通閥油壓側(cè)和水壓側(cè)都進行打壓試驗。首先對旁通閥油壓側(cè)進行打壓，油壓側(cè)試驗壓力緩慢增加并逐步增加至額定壓力，旁通閥保壓無異常；繼續(xù)對旁通閥管道側(cè)進行水壓試驗，試驗壓力緩慢增加至1 MPa，旁通閥水壓側(cè)保壓不成功，且有水滴從液壓缸接頭滲出。確認故障點：球閥旁通閥液壓桿中間水壓側(cè)唇形動密封失效，反水至集油箱，導(dǎo)致3號機組油壓系統(tǒng)油混水。

4.2 針對3號機組油壓裝置的處理

在切斷水分來源后，經(jīng)對油壓裝置油混水情況分析，機組需立即退出備用，進行油過濾及油壓裝置清理，因河北南網(wǎng)2020年春節(jié)及疫情期間負荷緊張，調(diào)度不批準(zhǔn)機組轉(zhuǎn)檢修。在此情況下，經(jīng)現(xiàn)場研究確定，結(jié)合在線濾油項目預(yù)留管道，采用大型移動式濾油機，進行集油箱的在線濾油。經(jīng)15 d連續(xù)不斷的過濾，集油箱水分從189 mg/L減少至92 mg/L，基本滿足機組油壓系統(tǒng)的正常運行要求。

圖5 3號機組油壓系統(tǒng)使用在線濾油機持續(xù)進行在線濾油

5 3號機組油壓系統(tǒng)的后續(xù)處理

3號機組在2020年04月01日至07日進行D級檢修，機電二班結(jié)合檢修進行了油壓系統(tǒng)集油箱清理、電磁閥清洗檢查及電液轉(zhuǎn)換器TR10的清掃檢查、壓力油罐內(nèi)部檢查及油過濾等工作。

（1）針對集油箱本體主要進行了集油箱內(nèi)部各管路的清理、底部油泥的清理及銹蝕部件的除銹處理等工作。清掃發(fā)現(xiàn)底部油泥等在濾油機進口管以下位置依然殘存水跡，集油箱內(nèi)碳鋼且未刷漆的部件銹蝕嚴(yán)重，經(jīng)底部油泥清理及部件除銹處理后現(xiàn)場驗收合格，具備注油條件。

圖6 集油箱除銹前后對比

圖7 集油箱內(nèi)部清掃前后對比

（2）針對集油箱上安裝的電磁閥均進行了拆解檢查，對銹蝕嚴(yán)重電磁閥進行了更換；對電液轉(zhuǎn)換器TR10進行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)電液內(nèi)部磁鐵上存在明顯銹蝕點，進一步銹蝕將影響電液轉(zhuǎn)換器的運行穩(wěn)定性，會導(dǎo)致不安全事件的發(fā)生。對其進行小心清理后回裝，測量平衡電位為2.35 V，可正常運行使用。

圖8 電磁閥拆解檢查

（3）針對調(diào)速器及球閥壓力油罐的檢查，鑒于2個油罐2017年3號機組大修期間曾進行防腐刷漆，經(jīng)現(xiàn)場協(xié)商確認，采用內(nèi)窺鏡對其內(nèi)部情況進行檢查，確認油罐內(nèi)部油泥及銹蝕情況。經(jīng)檢查，油罐內(nèi)部油漆情況良好，無油泥及銹蝕，無需進一步處理。

針對油壓系統(tǒng)水分含量依然超標(biāo)的情況，機電二班在檢修第一天即開始24 h不間斷油過濾，經(jīng)5整天過濾后送油樣化驗，其水分為33 mg/L,顆粒物等級為8，較過濾前有明顯改善，符合汽輪機油運行標(biāo)準(zhǔn)，注油后終結(jié)工作票。

表1 3號機組油過濾前后主要指標(biāo)對比

6 經(jīng)驗與教訓(xùn)

通過此次3號機組油混水的處理，總結(jié)出以下經(jīng)驗與教訓(xùn)：

（1）球閥旁通液壓閥已運行10年之久，根據(jù)廠家意見，球閥旁通液壓閥終身免維護，因此電站對此閥門的維護僅限于外觀檢查以及閥門開關(guān)時間分析，維護的深度不夠，免維護的產(chǎn)品依然需要定期打壓試驗。

（2）液壓桿密封為唇形動密封，唇形密封只能作單向密封，且密封效果和壓力相關(guān)，當(dāng)旁通閥水壓側(cè)密封失效，且油壓側(cè)壓力不足時，會經(jīng)油腔反水至集油箱。

（3）針對針式液壓閥，電站將加強維護力度，采取定期的更換密封及打壓試驗，確保不再發(fā)生類似事件。

（4）對集油箱油混水的監(jiān)測存在漏洞，油混水通過巡檢發(fā)現(xiàn)，由于集油箱上油混水傳感器安裝在集油箱距底部10 cm處，未及時反饋油混水信號，下一步電站將對集油箱油混水傳感器進行改造，確保發(fā)生油混水時能第一時間發(fā)現(xiàn)。

（5）油處理方面，發(fā)生油混水時，在切斷水分來源后，采用大型移動式在線濾油機可有效降低油壓系統(tǒng)水分及顆粒物含量，有力的保證了機組的正常運行。

（6）發(fā)生油混水后液壓元件尤其是電磁閥及電液轉(zhuǎn)換器的清掃檢查十分必要，可及時除去閥芯內(nèi)部銹蝕，防止銹蝕嚴(yán)重導(dǎo)致電磁閥及電液轉(zhuǎn)換器的卡澀，避免不安全事件的發(fā)生。