水電調(diào)速器油溫過高分析及改造

呂澤桓

摘 要：調(diào)速器油箱的油溫維持在正常范圍內(nèi)是發(fā)電機安全可靠運行的關(guān)鍵。本文結(jié)合實際案例，分析了西溪2#水輪發(fā)電機組的調(diào)速器油箱油溫過高現(xiàn)象，選用YSPG-100冷卻器進行水冷冷卻，最終通過了試驗驗證并消除了機組運行隱患。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器油箱;高油溫;YSPG-100冷卻器;分析試驗

中圖分類號：TV738文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0062-03

Abstract： Maintaining the oil temperature of the governor oil tank within the normal range is the key to the safe and reliable operation of the generator. Based on actual cases， this paper analyzes the overheating of the governor oil tank of the Xixi 2# hydro-generator unit， and selects the YSPG-100 cooler is for water-cooled cooling， which finally passes the test verification and eliminates the hidden danger of unit operation.

Keywords： governor oil tank;high oil temperature;YSPG-100 cooler;analytical test

廣東粵海飛來峽水力發(fā)電有限公司潮州樞紐分公司坐落于廣東省潮州市湘橋區(qū)韓江下游東、西溪分叉口，共有4臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，其中西溪2#機組的裝機容量為14 MW，經(jīng)西溪變電站T接并入110 kV潮州—官塘線路。調(diào)速器采用的是通用電氣水電設(shè)備（中國）有限公司（原天津阿爾斯通公司）提供法國ALSTOM公司的NEYRPIC 1500型雙調(diào)節(jié)微機調(diào)速器，由微機調(diào)節(jié)器（電氣部分）和電液隨動系統(tǒng)（機械部分）兩大部分組成。調(diào)速器油箱由鋼板焊接而成，內(nèi)裝操作油為46#汽輪機油，測溫元件采用鉑電阻測溫計（DL），安裝在調(diào)速器油箱內(nèi)。

觀察調(diào)速器油箱油溫的途徑有兩條。一是通過測溫電阻測出溫度，再傳入EC2000監(jiān)控系統(tǒng)，以此獲得調(diào)速器油箱內(nèi)的油溫，二是運行人員巡檢時通過測溫槍直接測出油溫。

1 分析與改造

1.1 缺陷描述

調(diào)速器油箱油溫過高主要會產(chǎn)生四點危害。第一，油的黏度會降低，使調(diào)速器的工作效率下降，從而可能導(dǎo)致泄漏，影響正常工作;第二，過高的油溫會引起部件的熱變形，熱膨脹系數(shù)不同的相對運動零件的間隙變小，橡膠密封件壽命減小，導(dǎo)致卡死而無法工作;第三，加速油的氧化致使油加快變質(zhì)，影響使用壽命;第四，油的空氣分離壓力降低，油中溶解空氣溢出，產(chǎn)生氣穴，導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)工作性能下降。

早在2016年，運行人員發(fā)現(xiàn)，西溪2#機組的調(diào)速器油箱油溫長期處在一個較高的溫度范圍內(nèi)，因此在對該機組進行A級檢修時對此問題進行了處理。處理方法主要是對該機組轉(zhuǎn)輪、受油器、調(diào)速器各閥組等調(diào)速器液壓系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進行解體檢修且更換了損壞的密封件，并對轉(zhuǎn)輪抗磨環(huán)及活塞桿密封進行技術(shù)改造，暫時解決了調(diào)速器油箱油溫過高的設(shè)備缺陷。

消缺投運后，隨著時間推移，該缺陷再次發(fā)生。監(jiān)控系統(tǒng)記錄及現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)，機組運行時，夏季油溫最高為51 ℃左右，冬季油溫最高為48 ℃左右;停機時，夏季油溫為32 ℃左右，冬季油溫為27 ℃左右;該臺機組調(diào)速器油泵空載-打油時間與其他3臺機組對比要短得多，按照調(diào)速器巡回檢查標準，調(diào)速器油箱油溫允許的范圍為10～55 ℃，油溫臨界于正常范圍，為了避免事故進一步蔓延而影響該機組的正常穩(wěn)定運行，要進行調(diào)速器改造。未改造前（2020年），西溪2#機組調(diào)速器油溫分布如圖1所示。

1.2 分析原因

發(fā)現(xiàn)缺陷后，要分析問題。根據(jù)以往經(jīng)驗以及技術(shù)分析，調(diào)速器油溫升高的可能原因如下：油加熱器誤開;調(diào)速器油系統(tǒng)各部件及閥組不正常，有破損;溫度傳感器、表計損壞;液壓設(shè)備相關(guān)組件密封損壞;機組運行負荷過大;調(diào)速器油變質(zhì);油泵運行不正常，有過熱現(xiàn)象。

根據(jù)這些可能的因素逐一進行排查，運行人員通過巡視發(fā)現(xiàn)油加熱器并無誤開，溫度傳感器和儀表正常且無損壞，通過對油質(zhì)的定期化驗發(fā)現(xiàn)并沒有問題，油泵正常運行，無過熱現(xiàn)象。因為先前有過對相關(guān)密封的改造，檢修人員對以前改造的地方進行了檢查。根據(jù)運行經(jīng)驗和維修人員的檢查結(jié)果，其主要原因是部件和閥組運行時間過長，設(shè)備老舊，導(dǎo)致磨損加重，從而使閥芯、閥套的間隙加大[1]。

1.3 處理與改造

經(jīng)過檢查與分析，調(diào)速器油箱油溫過高的原因是調(diào)速器油系統(tǒng)各部件及閥組運行時間較長，使得部件磨損、設(shè)備老舊。因此，改造前期先采用清洗感壓閥組的方案，經(jīng)過清洗處理，其效果并不明顯，溫度最高仍然能達到50 ℃左右，因此必須采取有效辦法進行降溫并且不能影響水輪機組的運行。經(jīng)過討論分析，可以采用強制冷卻的方式，強制冷卻有強迫風冷和強迫水冷兩種方式[2]。

前期采用的是強迫風冷，該方式可在調(diào)速器油箱外加裝一（數(shù)）個大風扇進行強制物理降溫。但該方案只適用于臨時情況，實際運行發(fā)現(xiàn)，降溫效果略低且功率損耗略大，西溪2#機組運行時，溫度最高仍能達到45 ℃左右，達不到理想效果，因此強迫風冷并不能作為長期投入的方案使用。

而后根據(jù)機組實際情況，選用YSPG-100冷卻器，該冷卻器為強迫水冷，采用的是穩(wěn)態(tài)流設(shè)計，使冷卻管內(nèi)壁具有防污染防結(jié)垢的能力;采用內(nèi)管為奧氏體不銹鋼的雙重管結(jié)構(gòu)，增強了冷卻器內(nèi)壁的抗磨損能力和密封性。YSPG-100冷卻器的設(shè)計參數(shù)如表1所示。

改造內(nèi)容主要是調(diào)速器油泵空載排油回路，將原調(diào)速器油泵空載排油管（DN50 mm）引出調(diào)速器油箱，接至油冷卻器冷卻后再排到調(diào)速器油箱完成循環(huán)，通過YSPG-100油冷卻器對調(diào)速器油進行強迫水冷冷卻，降低油溫。其冷卻水來自冷卻供水總管。焊接與油漆方面，管道的焊接破口為單邊破口，氬弧焊打底不銹鋼焊條滿焊;油冷卻器及油管、冷卻水管管道配制焊接件需要除渣去銹，刷防銹底漆一次，面漆需要刷兩次[3]。改造后的調(diào)速器油系統(tǒng)如圖2所示。

2 試驗與投運效果

2.1 壓油裝置試驗

在完成改造后，要進行壓油裝置試驗。壓油裝置試驗分為油泵試運行試驗和密封試驗，目的在于檢驗油冷卻器改造后油泵在空載和各種壓力下的振動情況、運行情況以及檢修質(zhì)量[4]。

油泵試運行試驗需要先進行油泵裝配，而后啟動油泵控制開關(guān)，確認油泵運行正常后，空載運行1 h。隨后在1.5 MPa、3.0 MPa、4.4 MPa各油壓下進行油泵試驗，分別進行10 min。在試驗過程中，油泵應(yīng)連續(xù)運作，用油泵卸載閥的手動調(diào)節(jié)螺釘來控制試驗壓力。運行正常無異常后，在油罐內(nèi)無壓的情況下向壓力油罐送油，到達正常油位后向壓力油罐充氣至6.3 MPa額定壓力，運行1 h且油溫不得超過55 ℃，在充氣過程中對各個部位進行檢查，判斷是否漏油，若漏油則停止充氣。

密封試驗需要將壓力油罐的所有閥門關(guān)閉，使其油位和油壓均保持在正常的工作范圍內(nèi)。經(jīng)過8 h后，油壓下降量不得大于額定油壓的4%。

以上兩個試驗表明，安裝調(diào)速器油冷卻器后，油泵試運行試驗下，油泵在各個壓強均能連續(xù)運行，在額定壓強下能夠可靠運行且油溫基本保持在35 ℃左右，符合標準要求;密封試驗進行8 h時，油壓下降量約為0.12 MPa，為額定油壓的1.9%，符合相關(guān)標準。

2.2 充油試驗

試驗前先確保轉(zhuǎn)輪室、水輪機控制環(huán)、拐臂處無人工作，流道無水壓，且導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動處無阻礙物。在調(diào)速器正常工作的情況下，將壓油裝置打到手動位置，將接力器檢修排油閥關(guān)閉，接力器鎖定拔出;再將壓油裝置打到手動位置，打開油罐的供氣閥，向系統(tǒng)逐漸充壓至正常油壓，檢查各部位是否漏油，如漏油應(yīng)停止充氣。升壓過程中，檢測導(dǎo)葉接力器能否可靠關(guān)閉導(dǎo)葉，并且通過測出接力器在投入與拔出的最低動作壓力值來檢測其動作的靈活性與可靠性。在沒有異常的情況下，將壓力升至正常工作壓力，然后將接力器全開、全關(guān)幾次，再檢查各處有無異常及滲油。

充油試驗表明，其能在設(shè)計壓力下正常關(guān)閉導(dǎo)葉，接力器能夠靈活可靠地進行投入與拔出動作，無滲油現(xiàn)象。

2.3 油冷卻器打壓試驗

為了保證YSPG-100油冷卻器能在安全穩(wěn)定的環(huán)境下工作，按照技術(shù)要求，要對該冷卻器進行打壓試驗，打壓壓力為1.25倍額定壓力，試驗時間不超過1 h。已知額定壓力為1.6 MPa，因此打壓試驗的壓力為2.0 MPa。經(jīng)過試驗，YSPG-100油冷卻器能夠在打壓壓力下穩(wěn)定運行[5]。

2.4 投運效果

試驗合格后，經(jīng)檢查，各閥門、法蘭等連接處無漏油、水情況，西溪2#機組投入運行。近3個月的運行記錄表明，運行時油溫基本穩(wěn)定控制在33 ℃左右，停機時油溫控制在22 ℃左右。在不同負荷下，西溪2#機組調(diào)速器油箱油溫的變化如圖3所示。

3 結(jié)語

本文結(jié)合實際案例，分析了直接造成調(diào)速器油箱油溫過高的原因，通過不同的方法最終決定用YSPG-100油冷卻器進行強迫水冷，觀測油溫近期的變化情況，隨后通過壓油裝置試驗、充油試驗、打壓試驗以及實際運行，確定其可靠性、安全性及經(jīng)濟性。該方案可用于處理該電站水輪機組調(diào)速器油箱油溫過高的故障，亦可作為參考，運用到其他電站。

雖然采用油冷卻器解決了調(diào)速器油溫過高的問題，但是未來還需要從根源上解決問題。運行期間，運行人員應(yīng)加強對油溫變化的觀察，做好記錄和分析，在巡查調(diào)速器油箱時注意有無噪聲;檢修人員應(yīng)注意部件的磨損情況，必要時進行更換。調(diào)速器在電站運行中是至關(guān)重要的一節(jié)，不容忽視，只有日常巡視和維護檢修上做到防微杜漸，才能保證水輪機組安全、可靠、穩(wěn)定地運行。

參考文獻：

[1]吳瑞玲.飛來峽水利樞紐3號水輪發(fā)電機組調(diào)速器油溫高故障分析及處理[J].廣東水利水電，2011（6）：76-77.

[2]孫毅.水輪機調(diào)速器設(shè)計及其選型的相關(guān)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（1）：38.

[3]倪健.水電站水輪機調(diào)速器常見故障分析及處理[J].河南水利與南水北調(diào)，2020（7）：24-25.

[4]國家能源局.燈泡貫流式水輪發(fā)電機組安裝工藝規(guī)程：DL/T 5038—2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[5]國家市場監(jiān)督管理總局，國家標準化管理委員會.水輪機調(diào)速系統(tǒng)試驗：GB/T 9652.2—2019[S].北京：中國標準出版社，2019.