清遠(yuǎn)抽水蓄能電站油霧問(wèn)題淺析

李曉亮 趙溢豐

摘 要：清遠(yuǎn)抽水蓄能電站4臺(tái)機(jī)組于2016年8月30日全部投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組運(yùn)行狀況良好，2019年4月發(fā)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組下導(dǎo)及推力軸承均出現(xiàn)不同程度的甩油現(xiàn)象，較為嚴(yán)重的#4機(jī)組已經(jīng)導(dǎo)致了停機(jī)失敗，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。綜合分析甩油原因，清蓄人員改進(jìn)了油霧收集裝置的結(jié)構(gòu)，有效解決機(jī)組甩油問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：油霧;甩油;下導(dǎo)軸承;推力軸承;油霧收集裝置

前言

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站位于廣東省清遠(yuǎn)市的清新縣太平鎮(zhèn)境內(nèi)，地理位置處于珠江三角洲西北部，直線距廣州75km，距清遠(yuǎn)市32km，是一座日調(diào)節(jié)的純抽水蓄能電站。廠內(nèi)安裝4臺(tái)立式單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)—發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)組，單機(jī)容量（發(fā)電工況）320MW，總裝機(jī)容量1280MW。

可逆式抽水蓄能機(jī)組在啟動(dòng)、停機(jī)操作上靈活方便， 在電網(wǎng)峰荷時(shí)放水發(fā)電， 在低谷負(fù)荷時(shí)利用系統(tǒng)多余的電能抽水， 在電網(wǎng)中起到了調(diào)峰填谷的作用， 提高了整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 下導(dǎo)及推力軸承結(jié)構(gòu)及作用概述

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)為半傘式，設(shè)有上導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、推力軸承及下導(dǎo)軸承，結(jié)構(gòu)如圖1所示。推力及下導(dǎo)軸承布置在轉(zhuǎn)子下方，推力頭和軸為一體結(jié)構(gòu)，推力軸承采用彈簧簇支承結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)平衡各瓦間負(fù)荷的能力，推力瓦12塊瓦。推力軸承承受水輪發(fā)電機(jī)組所有轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量和水推力構(gòu)成的組合載荷，通過(guò)推力軸承在軸承座傳遞給下機(jī)架和混凝土基礎(chǔ)。下導(dǎo)軸承有18塊下導(dǎo)瓦，下導(dǎo)軸承將機(jī)組的徑向力傳遞給下機(jī)架，承受水輪發(fā)電機(jī)組下導(dǎo)處轉(zhuǎn)動(dòng)部分的徑向機(jī)械不平衡力和電磁不平衡力，并約束軸線徑向位移和防止軸的擺動(dòng)。下導(dǎo)及推力軸承采用外加泵+外置油冷卻器循環(huán)冷卻方式。油冷卻器和油泵布置在機(jī)墩外。

2 運(yùn)行中存在的問(wèn)題

#4機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，投入機(jī)械制動(dòng)至轉(zhuǎn)速為0的時(shí)間從40s增長(zhǎng)至90s，且有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，最長(zhǎng)幾乎到達(dá)100s。在4月下旬，水車(chē)室上方出現(xiàn)油滴，滴落至控制環(huán)、導(dǎo)葉接力器上，#10導(dǎo)葉接力器拐臂上有大量夾雜黑色顆粒的油污，隨后確認(rèn)為接地碳刷碳粉，現(xiàn)象與下導(dǎo)推力油盆內(nèi)甩油缺陷吻合。

進(jìn)入#4機(jī)組風(fēng)洞檢查，發(fā)現(xiàn)情況與#2機(jī)組情況相似，下導(dǎo)推力油盆蓋及下機(jī)架上有片狀油污，下導(dǎo)推力油盆底座上有點(diǎn)狀油滴，機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)板上有油印，空冷器接水槽有積油，現(xiàn)象與下導(dǎo)推力油盆外甩油缺陷吻合。

3 甩油存在的危害

機(jī)組下導(dǎo)推力油盆甩油缺陷有以下危害與風(fēng)險(xiǎn)：

（1）甩油后推力油槽油量減少，會(huì)直接導(dǎo)致下導(dǎo)瓦、推力瓦的冷卻效果降低，瓦溫、油溫將逐漸升高，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

（2）甩出的油進(jìn)入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子內(nèi)部，油霧和制動(dòng)器閘板粉塵長(zhǎng)期吸附在轉(zhuǎn)子磁極和定子線棒上，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的散熱效果。

（3）大量的油污會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)線棒等絕緣造成腐蝕，使其絕緣性能下降，加速老化，極易造成發(fā)電機(jī)線圈短路或擊穿;對(duì)電力線路造成腐蝕，破壞絕緣，威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）油滴附著在機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)板上，起到潤(rùn)滑作用，影響制動(dòng)時(shí)間;浸潤(rùn)在制動(dòng)器的毛刷上，在機(jī)組制動(dòng)過(guò)程中會(huì)起火冒煙，存在著嚴(yán)重的安全隱患。

（5）甩出的油經(jīng)下機(jī)架落入水輪機(jī)機(jī)坑，對(duì)機(jī)坑環(huán)境造成影響，使機(jī)坑工作人員滑跌傷害。

4 原因分析

4.1內(nèi)甩油形成的原因及相應(yīng)分析如下：

在發(fā)電機(jī)下端軸高速旋轉(zhuǎn)作用下，會(huì)使下導(dǎo)推力油盆內(nèi)側(cè)擋油桶下部出現(xiàn)泵效應(yīng)，形成一個(gè)低壓區(qū)，在壓差作用下，擋油管與推力頭內(nèi)壁之間就會(huì)形成油霧，并將沿著下端軸與擋油圈的環(huán)腔間向下溢出，滴落至水車(chē)室。

東芝在油桶內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩層擋油環(huán)，起到減輕泵效應(yīng)，減少油霧產(chǎn)生的效果，由于#1、#3機(jī)組僅有零星油滴低落至控制環(huán)，此項(xiàng)設(shè)計(jì)是有效的。

由于機(jī)械結(jié)構(gòu)制造不規(guī)范和安裝不到位等原因，造成擋油管外圓與推力頭內(nèi)圓之間的徑向距離出現(xiàn)不均勻，偏靠一方的原因。當(dāng)推力頭帶動(dòng)潤(rùn)滑油高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境就類(lèi)似于偏心泵，從而使得潤(rùn)滑油產(chǎn)生周期性的壓力脈動(dòng)，不斷向上竄油，使?jié)櫥图坝挽F沿著推力頭的內(nèi)壁甩出，飛濺到發(fā)電機(jī)內(nèi)部。

4.2外甩油形成的原因及相應(yīng)分析如下：

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，下導(dǎo)推力油盆油溫會(huì)逐步升高，能到達(dá)50℃以上，導(dǎo)致其上方空氣出現(xiàn)熱膨脹現(xiàn)象，在周期性循環(huán)推力的作用下，推力頭、鏡板等旋轉(zhuǎn)部件的攪動(dòng)使?jié)櫥驮陔x心力的作用下作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，遇到擋油板時(shí)發(fā)生劇烈碰撞，在油槽上部形成泡沫及油霧。

4.3清蓄發(fā)電機(jī)下導(dǎo)推力軸承油盆基準(zhǔn)油位為下導(dǎo)瓦調(diào)整螺栓中線上方80mm，油盆蓋上設(shè)有密封刷，軸瓦上方有擋油板，油盆蓋上方有一根管路連接油霧收集裝置。

停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)油位離油盆蓋底部小于230mm，離擋油桶頂部只有150mm左右，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，油位上升至往往在130mm左右，若油霧收集裝置運(yùn)行形成的真空度不足，不能有效抑制推力頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的油面波動(dòng)和泡沫，油霧、油滴就會(huì)從擋油桶及油盆蓋溢出。

現(xiàn)將油霧收集裝置真空度調(diào)節(jié)至廠家經(jīng)驗(yàn)范圍最大值-0.4kPa，但已經(jīng)出現(xiàn)新風(fēng)量不足，不能充分冷凝油霧的情況，油霧隨著排氣排至裝置外，存在運(yùn)維人員吸入油霧、影響健康的風(fēng)險(xiǎn)。

5 解決方案

5.1更換了#4機(jī)組下導(dǎo)及推力油霧收集裝置的濾芯，采用新的過(guò)濾效果更好的濾芯。

5.2檢修過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)大量油霧在收集裝置進(jìn)口管路內(nèi)部冷凝，未進(jìn)入油箱內(nèi)，影響裝置正常工作，在進(jìn)口管路加裝油霧收集裝置排污閥，定期排空積油提高冷凝效果。

5.3考慮重新計(jì)算油位高度，油盆內(nèi)真空度后采用功率更大的抽油霧裝置電機(jī)來(lái)進(jìn)一步提高油霧收集裝置的工作效果，進(jìn)一步降低機(jī)組運(yùn)行時(shí)油盆內(nèi)油位。

6 小結(jié)

目前#4機(jī)組油霧收集裝置單獨(dú)運(yùn)行時(shí)真空度從-0.4kPa上升至-0.7kPa，機(jī)組運(yùn)行時(shí)真空度從0kPa上升至-0.4kPa，油位上升值從130mm下降至30mm，已消除甩油及油霧溢出的源頭。新濾芯冷凝充分，油霧不會(huì)隨著排氣排至裝置外，避免運(yùn)維人員吸入油霧、影響健康的風(fēng)險(xiǎn)。#4機(jī)組機(jī)械制動(dòng)時(shí)間已進(jìn)一步下降至45s。水車(chē)室和推力及下導(dǎo)油盆蓋未發(fā)現(xiàn)有較大的積油現(xiàn)象。由于抽水蓄能機(jī)組為雙向旋轉(zhuǎn)， 在處理甩油問(wèn)題時(shí)不能從一般的水輪發(fā)電機(jī)組來(lái)考慮， 希望本文能對(duì)同類(lèi)型機(jī)組的類(lèi)似問(wèn)題處理有一定的參考和借鑒作用。