發(fā)電機(jī)雙流密封油系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐優(yōu)化

摘要：密封油異常引起的發(fā)電機(jī)事故時(shí)有發(fā)生，甚至?xí)驓浔鴵p毀發(fā)電機(jī)。鑒于此，為避免人因失誤等，根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際案例，論證空側(cè)密封油泵入口母管兩個(gè)隔離閥減為一個(gè)、壓差閥的彈簧螺桿設(shè)旋出至極限位的閉鎖裝置、氫側(cè)回油箱增設(shè)緊急排油通道、壓差閥空側(cè)信號(hào)管增裝總隔離閥、兩個(gè)壓差閥油壓信號(hào)管改為相互獨(dú)立的方式總計(jì)五種優(yōu)化措施，以期提升安全性。

關(guān)鍵詞：密封油系統(tǒng);人因失誤;優(yōu)化;安全性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM611" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）24-0066-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.016

0" " 引言

某火電廠為2×600 MW單元制汽輪發(fā)電機(jī)組，采用水氫氫冷卻方式，配置典型的雙流密封油系統(tǒng)（圖1），向發(fā)電機(jī)軸伸（勵(lì)端和汽端）提供空側(cè)和氫側(cè)兩路密封油，防氫氣外逸，避免空氣侵入，同時(shí)潤(rùn)滑和冷卻密封瓦?？諅?cè)油經(jīng)空側(cè)密封油泵（正常交流泵運(yùn)行、直流泵備用）、主壓差閥、冷油器、濾網(wǎng)及空側(cè)瓦后，與潤(rùn)滑油一起回流至空側(cè)回油箱，部分油再至空側(cè)泵，構(gòu)成空側(cè)油的正常通流路徑。同時(shí)，空側(cè)油還設(shè)備用壓差閥，正常由汽機(jī)主油泵供油，主油泵停運(yùn)后由高壓備用密封油泵供油;備用壓差閥還設(shè)一路低壓潤(rùn)滑油作備用油源。氫側(cè)油經(jīng)氫側(cè)密封油泵、冷油器、濾網(wǎng)、壓力平衡閥、氫側(cè)瓦回油至消泡箱，再至氫側(cè)回油箱，最后至氫側(cè)泵，構(gòu)成氫側(cè)密封油的正常通流路徑。

正常運(yùn)行空側(cè)交流油泵，由主壓差閥自動(dòng)跟蹤氫壓以保持0.084 MPa油氫壓差。當(dāng)壓差降至0.056 MPa，備用壓差閥自投（第一備用油源）以維持該壓差。當(dāng)壓差降至0.035 MPa，空側(cè)直流油泵自啟（第二備用油源）以維持0.084 MPa壓差。

由平衡閥調(diào)節(jié)氫側(cè)油壓與空側(cè)油壓平衡，防止相互竄油。氫側(cè)回油箱是氫側(cè)油源，也起到隔離機(jī)內(nèi)高壓和機(jī)外壓力的重要功能[1]。箱內(nèi)設(shè)補(bǔ)、排油的浮球閥自動(dòng)調(diào)節(jié)油位，補(bǔ)油來(lái)自空側(cè)泵出口，排油至空側(cè)油泵入口側(cè)?？梢?jiàn)，空側(cè)與氫側(cè)油既獨(dú)立又互有聯(lián)系。

密封油中斷和大量進(jìn)密封油是密封油威脅發(fā)電機(jī)安全的兩種主要異常情況[2]。密封油中斷，會(huì)造成大量漏氫、氫爆，甚至損毀發(fā)電機(jī)，近幾年不乏其例，危害最大。發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)密封油，會(huì)腐蝕發(fā)電機(jī)繞組絕緣[3]和轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán);油吸附于鐵芯、通風(fēng)孔等會(huì)引起過(guò)熱;還會(huì)降低氫純，增加鼓風(fēng)損耗[2]等。預(yù)控密封油異常，一直是電廠風(fēng)險(xiǎn)管控、隱患治理的重點(diǎn)。

1" " 空側(cè)密封油泵入口母管兩個(gè)隔離閥減為一個(gè)

1.1" " 隱患分析

#1發(fā)電機(jī)空側(cè)密封油泵入口母管現(xiàn)場(chǎng)串接兩個(gè)隔離閥（空側(cè)油箱側(cè)的為#1閥，空側(cè)油泵側(cè)的為#2閥），并且氫側(cè)回油箱排油管接于兩隔離閥之間，如圖2所示。一次檢修后啟密封油系統(tǒng)，采取逐步試運(yùn)的方案。即在空側(cè)泵、主壓差閥、高壓備用油、氫側(cè)泵置停運(yùn)、隔離狀態(tài)，先打開(kāi)空側(cè)低壓備用油，通過(guò)備用壓差閥對(duì)密封油系統(tǒng)注油。其間，大機(jī)油箱油位不正常降低，立即隔離該油源，但發(fā)電機(jī)已大量進(jìn)油。原因是氫側(cè)油未運(yùn)行，空側(cè)油在軸伸處向氫側(cè)大量竄油，使氫側(cè)回油箱油位升高。油位超限后，排油閥應(yīng)自動(dòng)打開(kāi)向空側(cè)排油。但注油前，為隔離其他油源，#1、#2閥均被關(guān)閉。即氫側(cè)回油箱的排油通道被隔離而不能排油，造成該油箱滿油。直至消泡箱油位超軸頸最低位，油漫過(guò)油檔與大軸間隙而溢入發(fā)電機(jī)內(nèi)。正確的操作是關(guān)閉#2閥（隔離主壓差閥和空側(cè)泵）而打開(kāi)#1閥，保持氫側(cè)回油箱至空側(cè)油箱排油通道暢通。這明顯發(fā)生了人因失誤。

1.2" " 消除方案

應(yīng)拆除空側(cè)泵入口母管#1閥：1）密封油啟動(dòng)時(shí)，正如上文分析，#1閥須保持打開(kāi)狀態(tài)，否則會(huì)造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油;2）正常運(yùn)行時(shí)，#1、#2閥應(yīng)全部打開(kāi)，確?？諅?cè)泵進(jìn)油及氫側(cè)回油箱排油通道都暢通;3）運(yùn)行中檢修空側(cè)泵或主壓差閥時(shí)，關(guān)閉#2閥即可隔離油源，而#1閥應(yīng)打開(kāi)以保證排油通道暢通;4）密封油停運(yùn)或檢修時(shí)，#1閥也應(yīng)打開(kāi)，以防發(fā)電機(jī)進(jìn)油。以上分析說(shuō)明任何工況#1閥都應(yīng)打開(kāi)，即該隔離閥未起到隔離作用。多裝閥門(mén)無(wú)謂地增加了人為誤關(guān)和閥芯脫落的風(fēng)險(xiǎn)，即增加了發(fā)電機(jī)進(jìn)油和空側(cè)泵失去油源的可能。另外，還增加了介質(zhì)流動(dòng)阻力、維護(hù)量和投資等。故拆除#1閥，可提升安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。為此，該廠#2發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)已拆除該閥。

2" " 壓差閥彈簧螺桿設(shè)旋出至極限位的閉鎖裝置

2.1" " 隱患分析

一次運(yùn)行中，#1發(fā)電機(jī)油氫壓差持續(xù)降低，于是手調(diào)主壓差閥彈簧調(diào)節(jié)螺母（旋長(zhǎng)彈簧螺桿以增加彈簧下壓力）升高油氫壓差。多次操作后，偶然發(fā)現(xiàn)螺桿幾近由螺套崩離（不到2圈的螺紋接觸）。若繼續(xù)操作，甚至設(shè)備發(fā)生振動(dòng)都可使彈簧崩離。當(dāng)即回旋幾圈，以保安全。油氫壓差持續(xù)降低，最終判定是安全閥泄漏引起的，更換后恢復(fù)正常。

主壓差閥壓力室由波紋管分隔為上腔和下腔，上腔引入氫壓（p1）信號(hào)，下腔引入空側(cè)油壓（p）信號(hào)，壓差閥可移動(dòng)零件的自重力及彈簧都產(chǎn)生向下的壓力（力之和為p2），p=p1+p2時(shí)為閥門(mén)穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)氫壓（p1）升高時(shí)，波紋管的總壓力（p1+p2）也升高，下移的波紋管帶動(dòng)壓力桿下移，主壓差閥關(guān)小，使空側(cè)瓦油量增大、油壓升高，直至p=p1+p2再平衡為止。當(dāng)機(jī)內(nèi)氫壓下降時(shí)，則相反。壓力p2基本決定油氫壓差的大小，其中彈簧力可調(diào)、自重力恒定，并且彈簧力遠(yuǎn)大于自重力，故油氫壓差的大小由彈簧力主導(dǎo)。彈簧一旦崩離，其壓力突變至0，壓力p2只剩自重力，主壓差閥開(kāi)大將使油氫壓差快速降低。即彈簧崩離會(huì)使壓差閥失去調(diào)控作用，空側(cè)油會(huì)同時(shí)失去交、直流油泵兩路油源，只剩備用壓差閥供油，這嚴(yán)重威脅主機(jī)安全。另外，彈簧崩出還可能傷及操作人員，之前山東某廠曾發(fā)生過(guò)該類(lèi)事件。

2.2" " 消除方案

為消除該隱患，適當(dāng)延長(zhǎng)彈簧螺桿的長(zhǎng)度，在螺桿末端的旋出極限位增裝金屬環(huán)（或銷(xiāo)子）。當(dāng)螺桿旋至該極限位時(shí)，通過(guò)下部螺套對(duì)金屬環(huán)的阻擋，閉鎖螺桿進(jìn)一步旋出而脫離螺套，消除彈簧崩離的隱患。需要說(shuō)明的是，上述螺桿延長(zhǎng)部分及增設(shè)的金屬環(huán)或橫向銷(xiāo)子的自重力，都由靜止的閥體承重，對(duì)壓差閥調(diào)整特性不產(chǎn)生影響。

3" " 氫側(cè)回油箱增設(shè)緊急排油通道

3.1" " 隱患分析

發(fā)電機(jī)進(jìn)油多數(shù)是消泡箱進(jìn)油量大于排油量，油位漲至軸徑最低處，油通過(guò)迷宮式油檔與轉(zhuǎn)軸的間隙溢至發(fā)電機(jī)內(nèi)。具體原因很多：例如上文1中氫側(cè)回油箱排油通道被隔離;有的電廠啟密封油時(shí)，未將氫側(cè)回油箱排油閥上部頂針旋出（強(qiáng)行關(guān)閉該閥）[4]或該閥卡澀等，都會(huì)使油箱失去自動(dòng)排油功能，致發(fā)電機(jī)進(jìn)油。實(shí)踐說(shuō)明，密封油啟、停階段發(fā)電機(jī)進(jìn)油的概率最大。該階段進(jìn)油后，可先清理進(jìn)油再啟動(dòng)，影響不大。但發(fā)電機(jī)運(yùn)行中進(jìn)油，危害很大，應(yīng)重點(diǎn)預(yù)控。其中，氫側(cè)油停運(yùn)導(dǎo)致進(jìn)油的風(fēng)險(xiǎn)最大。正常方式運(yùn)行時(shí)，平衡閥調(diào)節(jié)氫側(cè)油壓使其與空側(cè)油壓平衡，兩側(cè)油在軸伸處竄油量很少，氫側(cè)回油箱也很少發(fā)生補(bǔ)、排油。但氫側(cè)油停運(yùn)后，空側(cè)油在軸伸處會(huì)向氫側(cè)大量竄油，等同于向氫側(cè)回油箱持續(xù)補(bǔ)油。油位超限后，油箱將自動(dòng)排油，油位降至正常范圍。若上述現(xiàn)象是持續(xù)的，那么排油也將是持續(xù)的，即排油門(mén)會(huì)長(zhǎng)期在打開(kāi)狀態(tài)。其間，排油門(mén)任何異常引起排油量低于補(bǔ)油量，很快就會(huì)使發(fā)電機(jī)進(jìn)油。該期間，一旦發(fā)生補(bǔ)油門(mén)誤補(bǔ)油，即使排油門(mén)能正常排油，上述兩種方式的補(bǔ)油疊加，排油量仍可能小于總補(bǔ)油量，也可致發(fā)電機(jī)進(jìn)油。尤其是補(bǔ)、排油門(mén)均置于氫側(cè)回油箱內(nèi)部，不能直接監(jiān)控狀態(tài)，一旦油位高異常，則難以及時(shí)分析和正確處置，成為防發(fā)電機(jī)進(jìn)油的重要隱患。

3.2" " 消除方案

氫側(cè)回油箱增設(shè)箱外緊急排油通道，可作為油箱緊急排油的有效手段。用管道連接氫側(cè)泵出口和空側(cè)油泵入口母管，管道安裝隔離門(mén)，該閥正常關(guān)閉。一旦油箱油位過(guò)高，即打開(kāi)緊急排油通道（宜先關(guān)閉氫側(cè)泵再循環(huán)門(mén)以防氫側(cè)供油量不足）強(qiáng)制排油，降低油位。當(dāng)油位降至正常范圍，再關(guān)小隔離門(mén)，直至油位趨穩(wěn)為止。然后再分析、處置相關(guān)異常，合理預(yù)防發(fā)電機(jī)進(jìn)油。該廠已在#2發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)增設(shè)該緊急排油通道。選擇通道內(nèi)徑時(shí)，涉及以下條件：1）不影響氫側(cè)泵對(duì)密封瓦的最大供油量。氫側(cè)泵額定流量（4.8 m3/h）是按氫側(cè)瓦最大允許間隙和最高允許進(jìn)油溫度下，氫側(cè)瓦計(jì)算供油量再增50%油量設(shè)計(jì)的。2）管道排油能力不小于氫側(cè)油停運(yùn)后空側(cè)對(duì)氫側(cè)的軸伸竄油量。氫側(cè)油停運(yùn)后，按密封油流量公式計(jì)算，空側(cè)向氫側(cè)的竄油量小于正常氫側(cè)流量（因流道變長(zhǎng)，實(shí)際約為正常流量的2/3[1]）。3）能代替氫側(cè)回油箱自動(dòng)排油。自動(dòng)排油門(mén)內(nèi)徑為18 mm，故緊急排油管道內(nèi)徑按氫側(cè)泵出口母管（?48×4.25）內(nèi)徑尺寸的1/2（19.25 mm）選擇，可同時(shí)滿足上述條件。結(jié)合規(guī)格系列，最終選取?26.75×3.25（不銹鋼材質(zhì)）的管道。

4" " 壓差閥空側(cè)油壓信號(hào)管增裝總隔離門(mén)

4.1" " 隱患分析

廠家試驗(yàn)證實(shí)，因信號(hào)管彎道的阻尼性或含油泥、氣體等，壓力傳遞會(huì)不同步，且波紋管式壓差閥反應(yīng)靈敏，易導(dǎo)致壓差閥誤調(diào)而發(fā)生油壓波動(dòng)，習(xí)慣稱“共振”。為防共振，宜將壓差閥空側(cè)油壓信號(hào)門(mén)保持很小的開(kāi)度（僅留1/4～1/2圈，廠家要求），以降低對(duì)壓力的靈敏性，可消除共振。同時(shí)又帶來(lái)新問(wèn)題：以主壓差閥為例，當(dāng)定期試運(yùn)空側(cè)直流泵時(shí)，該泵和交流泵雙泵運(yùn)行引起壓力升高，主壓差閥自動(dòng)調(diào)節(jié)以維持正常油氫壓差。而手停直流泵后，空側(cè)油壓突然降低（壓差同步降低），壓力室下腔（油側(cè)）將向系統(tǒng)側(cè)泄壓。因該信號(hào)門(mén)開(kāi)度過(guò)小，不能快速泄油而致憋壓，使壓差閥不能快速升高壓差至正常值，差壓過(guò)低會(huì)聯(lián)鎖直流泵自啟。當(dāng)再次手停直流泵后，還重復(fù)同樣過(guò)程，即直流泵再次自啟。直流電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)對(duì)其壽命影響很大;同時(shí)，油氫壓差大幅波動(dòng)還可引起漏氫、密封瓦磨損等后果。

另外，若氫壓突升，壓差閥壓力室上腔（氫側(cè)）會(huì)下壓波紋管，也會(huì)致下腔憋壓，同樣發(fā)生上述不利現(xiàn)象。為此，在主、備用壓差閥的油壓信號(hào)門(mén)都并聯(lián)了逆止門(mén)，便于快速泄壓。

但并聯(lián)逆止門(mén)后，又派生新隱患：一次為更換備用壓差閥做隔離措施，關(guān)閉空側(cè)信號(hào)油門(mén)后，在拆除壓差閥與油壓信號(hào)管的連接法蘭時(shí)，壓力油經(jīng)逆止門(mén)后噴出，信號(hào)油壓突降。因共用油壓信號(hào)管網(wǎng)，兩個(gè)壓差閥同時(shí)誤升油氫壓差，威脅主機(jī)安全。這證明逆止門(mén)不能隔離油壓，不能運(yùn)行中更換故障的壓差閥，直接影響了發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

4.2" " 消除方案

為消除隱患，應(yīng)在壓差閥空側(cè)信號(hào)管增裝總隔離門(mén)。正常運(yùn)行中該門(mén)打開(kāi);關(guān)閉該門(mén)可徹底隔離油壓，就能在線更換壓差閥，提升可靠性。

該廠#2發(fā)電機(jī)密封油備用壓差閥的空側(cè)信號(hào)管已增裝該門(mén)。

5" " 壓差閥油壓信號(hào)管改為相互獨(dú)立的方式

5.1" " 隱患分析

該廠密封油主、備用壓差閥油壓信號(hào)共用信號(hào)管網(wǎng)（圖3），不利于可靠性。該管網(wǎng)除接兩個(gè)壓差閥外，還接數(shù)目不等的隔離閥、逆止閥、油壓表、變送器、壓差開(kāi)關(guān)、排污閥和儀表柜等。其中，連接用活結(jié)及法蘭達(dá)22個(gè)，再計(jì)及閥門(mén)盤(pán)根、端蓋等，總計(jì)31個(gè)易漏油的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。還有，該油壓信號(hào)管（?14×2）機(jī)械強(qiáng)度有限，作業(yè)時(shí)一旦誤踩碰，易引發(fā)泄漏。一旦泄漏，信號(hào)油壓大幅降低，兩個(gè)壓差閥會(huì)同時(shí)誤調(diào)，致油壓、油氫壓差大幅升高，易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)油等。該廠發(fā)生過(guò)同理性事件。當(dāng)時(shí)，為消除#2發(fā)電機(jī)密封油油壓波動(dòng)，決定對(duì)主壓差閥壓力室下腔排氣。但事先未按規(guī)定先降低油氫壓差[4]，而且排氣時(shí)誤將下腔排氣螺塞全部旋出（應(yīng)緩慢排氣），使下腔泄壓過(guò)快，致誤升油氫壓差達(dá)0.196 MPa，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)油至少20 L（油氫壓差過(guò)高，密封油將由氫側(cè)配油槽沿軸向沖刷油檔，部分油經(jīng)油檔與軸徑間隙進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)）。還有長(zhǎng)期運(yùn)行，信號(hào)管網(wǎng)低位或拐角易沉淀油泥、堵塞管道等。

5.2" " 消除方案

依上述分析，兩個(gè)壓差閥共用油壓信號(hào)管網(wǎng)的不利因素如下：1）共用管網(wǎng)復(fù)雜，漏油、堵塞的概率升高;2）任一漏油或堵塞，兩個(gè)壓差閥都收到假油壓信號(hào)，會(huì)同時(shí)誤調(diào)，即備用壓差閥也失去“備用”功能;3）管網(wǎng)異常，難以在線消缺，密封油可能長(zhǎng)期高參數(shù)運(yùn)行，威脅發(fā)電機(jī)安全，甚至緊急停機(jī)。故油壓信號(hào)管應(yīng)各自獨(dú)立，使備用壓差閥真正起到備用功能。另外，為保證壓差閥信號(hào)油壓相同，兩路油壓信號(hào)管應(yīng)接至主管道的同一高度。如此，當(dāng)主壓差閥信號(hào)管發(fā)生漏油等異常時(shí)，先切至備用壓差閥，再隔離主壓差閥消缺。同樣，備用壓差閥發(fā)生同類(lèi)異常，也便于消除。

6" " 結(jié)束語(yǔ)

密封油系統(tǒng)復(fù)雜隱蔽[4]，一旦異常直接威脅主機(jī)安全，應(yīng)急處置也很困難。為此，優(yōu)化系統(tǒng)，降低人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，并使系統(tǒng)便于應(yīng)急處置等，可預(yù)控發(fā)電機(jī)事故。1）消除人因失誤。拆除#1閥，徹底消除誤關(guān)該閥（或閥芯脫落）的風(fēng)險(xiǎn);壓差閥彈簧螺桿增設(shè)閉鎖裝置，徹底消除人為失誤而致彈簧崩離的隱患。2）為緊急處置創(chuàng)造條件。氫側(cè)回油箱增設(shè)箱外緊急泄油通道，為緊急預(yù)控發(fā)電機(jī)進(jìn)油提供有效手段;增設(shè)壓差閥空側(cè)信號(hào)管道總隔離門(mén)，為在線更換壓差閥等創(chuàng)造條件。3）提升系統(tǒng)可靠性。改為相互獨(dú)立油壓信號(hào)管網(wǎng)，消除兩壓差閥可能同時(shí)誤調(diào)的隱患等。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳慶軍.雙流密封油系統(tǒng)對(duì)氫氣純度的影響[J].電機(jī)技術(shù)，2017（3）：33-36.

[2] 馬士東.雙流環(huán)密封油發(fā)電機(jī)進(jìn)油原因分析及處理[J].黑龍江電力，2010，32（2）：123-124.

[3] 馬高海，劉大煒，楊宏宇，等.基于GRU模型的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障診斷[J].電力科技與環(huán)保，2022，38（6）：467-474.

[4] 韓景復(fù)，鄧少翔.雙流環(huán)密封油系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試及常見(jiàn)問(wèn)題處理[J].廣西電力，2009，32（4）：68-69.