甘再PH2水電站燈泡貫流式機(jī)組潤滑油系統(tǒng)運行方式及其缺陷分析

胡曉東

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰611833)

1 概述

甘再PH2水電站項目是柬埔寨第一個大型水電站項目，也是外國公司在柬埔寨開發(fā)的最大的水電工程，同時也是中國水電建設(shè)集團(tuán)第一個境外BOT水電站項目和目前中國在柬埔寨最大的投資項目，具有發(fā)電、灌溉、防洪等多項功能。

甘再PH2水電站1#～3#機(jī)組為燈泡貫流式機(jī)組，水輪機(jī)型號為GZTF07B－WP－275，發(fā)電機(jī)型號為SFWG3100－36/3260;機(jī)組為兩支點雙懸臂布置，水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)同用一根軸，額定功率為3.1 MW，額定轉(zhuǎn)速166.7 r/min，額定流量52.472 m3/s，額定水頭6.8 m。

2 潤滑油系統(tǒng)功能

2.1 軸承低壓潤滑油系統(tǒng)

甘再PH2水電站三臺3.1 MW燈泡貫流式機(jī)組采用臥軸兩支點懸臂布置，共設(shè)兩個軸承，即水輪機(jī)徑向軸承和發(fā)電機(jī)組合軸承。水導(dǎo)徑向軸承和發(fā)電機(jī)組合軸承均為動靜壓結(jié)合式油膜軸承，軸承使用的潤滑油為L－TSA46汽輪機(jī)油。

甘再PH2水電站3.1 MW燈泡貫流式機(jī)組軸承潤滑油系統(tǒng)采用強(qiáng)迫外循環(huán)冷卻方式，由高位油箱(高程31 m)、低位油箱(廊道高程6.3 m)、高位油箱供油泵(安裝于低位油箱)、油冷卻器(廊道高程6.3 m)、管路電動球閥(高程16 m)、流量開關(guān)等組成。潤滑油系統(tǒng)循環(huán)路徑為:高位油箱→水導(dǎo)軸承、發(fā)電機(jī)徑向軸承→低位油箱→油泵加壓→油冷卻器→高位油箱。

軸承供油系統(tǒng)的作用:一是在軸承間或滑動部分間形成油膜，以潤滑油內(nèi)部的摩擦代替固體干摩擦，從而減少設(shè)備的發(fā)熱和磨損，延長設(shè)備壽命，保證設(shè)備的性能和安全，即潤滑作用;二是散熱作用，潤滑油潤滑軸承后，摩擦產(chǎn)生的熱量由潤滑油帶走，熱油分兩路經(jīng)管道匯入低位油箱，低位油箱上的油泵將熱油泵出并經(jīng)冷卻器冷卻后送至高位油箱，以此循環(huán)往返。

2.2 高壓油頂起裝置

高壓油頂起系統(tǒng)安裝有2臺高壓油泵(安裝于低位油箱)，油泵額定壓力20 MPa，一臺主用，一臺備用。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組啟動或停機(jī)過程中轉(zhuǎn)速低于95%額定轉(zhuǎn)速時，軸承作靜壓運行，此時由高壓油泵供給高壓油至軸瓦下部的油囊形成油膜，將主軸頂起，避免在低速時油膜破裂導(dǎo)致燒壞軸瓦。機(jī)組停機(jī)時高壓油頂起裝置的即時投入，可以克服因機(jī)組在低轉(zhuǎn)速區(qū)時的不安全因素，可以減小因潤滑油中斷引起的事故停機(jī)時對軸承的損壞程度。

3 潤滑油系統(tǒng)的運行方式

3.1 潤滑油系統(tǒng)的運行方式

潤滑油系統(tǒng)設(shè)有高位油箱，可保證進(jìn)入軸承的潤滑油壓穩(wěn)定、供油流量充足持續(xù)。其運行方式為:機(jī)組開機(jī)令后，主用油泵啟動，潤滑油供油總電動球閥打開向機(jī)組水導(dǎo)、發(fā)電機(jī)組合軸承供油，供油管路上流量開關(guān)檢測到流量正常后向上位機(jī)發(fā)流量正常信號。機(jī)組正常運行時，主用油泵不間斷運行向高位油箱供油，將油位控制在溢流面與正常油面之間;若主用油泵發(fā)生故障、流量減少、高位油箱油位降低時，高位油箱油位過低報警信號判斷主用油泵有故障，須及時投入備用油泵，以保證機(jī)組潤滑油供應(yīng)正常。溢油通過溢流管排至低位油箱，若因其他故障使高位油箱油位低于油位下限，啟動備用油泵，兩臺油泵同時向高位油箱供油，直至油位達(dá)到正常油位后停止備用油泵，主用油泵繼續(xù)運行。

為防止機(jī)組軸承潤滑油溫度過低，在低位油箱、高位油箱設(shè)有溫度計、加熱器。當(dāng)高、低位油箱油溫小于10℃時投入加熱器，大于15℃時退出加熱器;當(dāng)?shù)蛪河凸苈烦隹谟蜏卮笥?5℃時報警。

3.2 高壓油頂起裝置的運行方式

高壓油頂起裝置由廠用交流電源供電。在機(jī)組起動或停機(jī)時，機(jī)組轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的95%時投入。高壓油泵的自動開/停由監(jiān)控系統(tǒng)控制，當(dāng)主泵啟動30 s后還未達(dá)到壓力開關(guān)動作值時，立即啟動備用泵。主備用泵的切換采用手動切換方式。在機(jī)組開機(jī)準(zhǔn)備時投入高壓油頂起，壓力開關(guān)動作并經(jīng)延時判為高壓油頂起正常。正常停機(jī)時，在停機(jī)令后立即投入高壓油頂起，壓力開關(guān)動作延時判斷高壓油頂起正常，直至機(jī)組完全停止轉(zhuǎn)動并延時3 min后退出高壓油頂起。

4 潤滑油系統(tǒng)存在的缺陷及其改進(jìn)方法

4.1 低位油箱存在的問題

4.1.1 低位油箱容積偏小

低位油箱的容積應(yīng)滿足高位油箱、水導(dǎo)徑向軸承、組合軸承、管路以及正常運行放空后的容積總和。PH2電站3.1 MW燈泡貫流式機(jī)組低位油箱設(shè)計尺寸為1 600 mm×1 284 mm×1 100 mm(2.259 m3)，高位油箱設(shè)計尺寸為1 335 mm×970 mm×1 480 mm(1.916 m3)，供油管路(φ76×3.5 mm)總長約25 m，設(shè)備廠家未給出水導(dǎo)徑向軸承油室和組合軸承油室實際容積。為檢查低位油箱的實際儲油情況，通過以下實驗檢測，將低位油箱的油位加至最高油位(油位上限)，在供油管路、軸承油室、回油管、高位油箱均無油時，關(guān)閉供油總電動球閥，將低位油箱的潤滑油通過低壓油泵打至高位油箱，此時檢查發(fā)現(xiàn)高位油箱油位是最高油位(油位上限)，但處于溢流管口以下(未溢流)，距離油箱頂部約300 mm(約0.38 m3)。通過以上實驗說明低位油箱小于高位油箱溢流管口以下、供油管路、軸承油室容積之和，容易造成高位油箱最低液位不能保證機(jī)組在兩臺潤滑油泵失電或故障時能安全停機(jī)的要求。

4.1.2 低位油箱的技改措施

(1)PH2電站三臺3.1 MW燈泡貫流式機(jī)組在運行發(fā)電初期，其潤滑油系統(tǒng)多次由于高位油箱油位下下限報警信號導(dǎo)致事故停機(jī)或開機(jī)失敗。為了避免故障報警，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運行，采取了一系列應(yīng)對措施:一是在補(bǔ)充高位油箱油位時以低位油箱的油位不溢出為原則;二是降低高位油箱溢油管口的高度，讓富裕的油通過溢油管直達(dá)低位油箱，從而防止因低位油箱的油位過低在開機(jī)或停機(jī)過程中不能正常啟動高壓油頂起油泵，無法提供壓力油源的問題出現(xiàn);三是將高位油箱油位開關(guān)在原基礎(chǔ)上降低100 mm，防止高位油箱油位過低(下下限)而事故停機(jī)。經(jīng)過5個月的運行發(fā)電，因潤滑油高位油箱油位過低(下下限)而導(dǎo)致的機(jī)組事故停機(jī)的頻次大大降低。

(2)為了徹底改善潤滑油系統(tǒng)存在的缺陷，防止因低位油箱的容積偏小、高位油箱存油量太少而導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)以及電網(wǎng)突然停電機(jī)組甩負(fù)荷時無潤滑油燒毀軸瓦的問題出現(xiàn)，應(yīng)在機(jī)組大修或技改時，在機(jī)組潤滑油系統(tǒng)原高、低位油箱的基礎(chǔ)上再增加一個油箱與之連通增大容積，以滿足機(jī)組安全運行的需要。

4.2 高壓油頂起裝置無備用電源

(1)高壓油頂起裝置的運行要求及存在的問題。高壓油頂起裝置在機(jī)組起動或停機(jī)時，機(jī)組轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的95%時投入。軸承作靜壓運行時，由高壓油泵供給高壓油至軸瓦下部的油囊形成油膜，將主軸頂起，避免在低速時油膜破裂導(dǎo)致燒壞軸瓦。在近6個月的運行過程中發(fā)現(xiàn)，PH2電站沒有外引備用電源，同時，由于貢布省電網(wǎng)十分薄弱，主要依靠外購越南的電力來維持日常生產(chǎn)及生活，且因電網(wǎng)的不穩(wěn)定而經(jīng)常瞬間停電，使運行中的發(fā)電機(jī)組突然甩負(fù)荷事故停機(jī)或過速，在此過程中，由于電源消失，高壓油頂起裝置無法投入運行。

(2)備用電源處理方案。針對貢布電網(wǎng)薄弱的實際情況，為應(yīng)對電網(wǎng)瞬間停電使運行中的發(fā)電機(jī)組突然甩負(fù)荷事故停機(jī)或機(jī)組過速，廠用電源消失，高壓油頂起裝置無法投入等一系列問題，避免發(fā)電機(jī)組在低速時油膜破裂導(dǎo)致燒壞軸瓦，同時增強(qiáng)機(jī)組運行的安全性，建議高壓油頂起裝置在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上再增加一臺直流電動油泵，采用二臺交流主用、一臺直流備用的高壓油泵供油方式，直流油泵可選用高壓直流電動液壓油泵。

4.3 潤滑油管路自動化元件改進(jìn)

(1)管路流量開關(guān)運行方式。

PH2電站3.1 MW燈泡貫流式機(jī)組在水導(dǎo)、正推、反推、發(fā)電機(jī)徑向軸承供油管路進(jìn)口設(shè)置了圖爾克FCT型流量開關(guān)，在總供油管路上設(shè)置了電動球閥，將流量開關(guān)信號作為開機(jī)條件，使?jié)櫥拖到y(tǒng)參與機(jī)組開機(jī)回路、機(jī)組事故停機(jī)回路以及事故報警回路，從而起到保護(hù)機(jī)組安全運行的目的。機(jī)組開機(jī)時，潤滑油系統(tǒng)根據(jù)開機(jī)令，循環(huán)油泵啟動保證高位油箱油位。當(dāng)各軸承供油管路流量達(dá)到正常流量時，流量開關(guān)向上位機(jī)發(fā)軸承油流量正常信號。一旦機(jī)組水導(dǎo)、正推、反推、發(fā)電機(jī)徑向軸承任一部位流量開關(guān)顯示不正?；蚴橇髁恐袛啵鶗斐蓹C(jī)組的開機(jī)失敗或事故停機(jī)。

通過多臺貫流式機(jī)組安裝和運行的經(jīng)驗可知，流量開關(guān)安裝在潤滑油供油管路存在一定的安全事故隱患。在機(jī)組停機(jī)時，供油總電動球閥至軸承出口均無潤滑油，開機(jī)時，從打開電動球閥到軸承出口潤滑油流量正常大約需要2 min左右的時間;如果潤滑油流速較慢或管路存在漏油，將會造成無潤滑油開機(jī)現(xiàn)象，將會有開機(jī)燒瓦的嚴(yán)重安全事故發(fā)生。

(2)對管路流量開關(guān)的改進(jìn)方案。

為了避免在開機(jī)過程中由于潤滑油流速較慢或管路存在漏油造成燒瓦事故的發(fā)生，同時，更為合理的利用好流量開關(guān)信號作為開機(jī)條件，參與機(jī)組開機(jī)回路、機(jī)組事故停機(jī)回路以及事故報警回路，起到保護(hù)機(jī)組安全運行的目的，建議在水導(dǎo)、正推、反推、發(fā)電機(jī)徑向軸承回油管路上各增設(shè)一個流量開關(guān)，同時修改監(jiān)控系統(tǒng)的開機(jī)流程，將潤滑油系統(tǒng)供油管路的流量開關(guān)只作為報警信號，而不參與機(jī)組開機(jī)回路、機(jī)組事故停機(jī)回路;將潤滑系統(tǒng)回油管路上的流量開關(guān)作為開機(jī)條件，參與機(jī)組開機(jī)回路、機(jī)組事故停機(jī)回路以及事故報警回路。在開機(jī)過程至額定轉(zhuǎn)速時，潤滑油流量連續(xù)10 s小于停機(jī)流量時發(fā)事故停機(jī)令，機(jī)組在其他運行狀態(tài)時，潤滑油流量瞬間小于停機(jī)流量即發(fā)停機(jī)令。

4.4 低壓油泵控制方式的改進(jìn)

4.4.1 低壓油泵目前的控制方式

潤滑油系統(tǒng)低壓油泵主要用于低位油箱向高位油箱的供油。目前，兩臺高壓油泵一主一備，主用油泵接受開機(jī)令控制，備用油泵受高位油箱油位低報警信號的控制;機(jī)組開機(jī)時，潤滑油系統(tǒng)根據(jù)開機(jī)令，主用油泵啟動保證高位油箱油位。當(dāng)高位油箱油位降至油位低且主用油泵未啟動時，此時高位油箱油位低報警信號判斷主用油泵故障，控制備用油泵啟動，直至高位油箱油位正常停備用油泵。

4.4.2 低壓油泵控制方式的改造

鑒于高位油箱上已設(shè)置了4個油位報警磁性浮子開關(guān)，分別是油位上限、油位正常、油位下限、油位下下限，因此，可以利用這4個油位報警浮子開關(guān)修改潤滑油系統(tǒng)PLC控制程序來改變低壓油泵的控制方式。改造后的油泵控制方式為:機(jī)組在開機(jī)或運行過程中，高位油箱內(nèi)油位處于正常位置線以下投入主用油泵;油位處于油位下限位置以下且機(jī)組運行時投入備用油泵;油位在正常位置以上停備用油泵;油位處于上限位置停主備用油泵;油箱油位處于下下限位置機(jī)組事故停機(jī)。在機(jī)組正常運行時，不間斷運行主用油泵供油，使高位油箱油位控制在溢流面與正常油位之間;若油泵均正常，而是由于其他特殊故障的原因使高位油箱油位低于油位下限，則啟動備用油泵，并保持2臺油泵同時工作，直至油位達(dá)到正常油位才停備用油泵，而主用油泵繼續(xù)運行。

5 結(jié)語

柬埔寨甘再PH2水電站3×3.1 MW燈泡貫流式機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電以來，曾多次出現(xiàn)由于潤滑油系統(tǒng)故障導(dǎo)致的開機(jī)失敗或事故停機(jī)現(xiàn)象，通過筆者所述，為保證機(jī)組更加安全、穩(wěn)定運行，為電站創(chuàng)造更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益，杜絕運行設(shè)備安全事故的發(fā)生，確定更加合理可行的潤滑油自動控制方式極為重要。通過對機(jī)組潤滑油系統(tǒng)缺陷進(jìn)行技術(shù)改造，充分利用設(shè)備并發(fā)揮設(shè)備的性能，將會獲得直接的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。