留金壩電站1號(hào)機(jī)組高頂油泵系統(tǒng)的運(yùn)行故障分析及處理

袁志欽 袁 宏

(1.高新分公司贛州生產(chǎn)中心，江西 贛州 341000；2.江西上猶江水電廠，江西 贛州 341000)

留金壩電站位于江西省瑞金市西北部的瑞林鎮(zhèn)，壩址在瑞金市與于都縣交界處上游200m處的河段上，位于贛江水系貢江一級(jí)支流梅江河中下游[1]。水庫(kù)正常蓄水位146.50m，是一座以發(fā)電為主，兼有水庫(kù)養(yǎng)殖、航運(yùn)等綜合效益的中型水利樞紐工程，大壩為混凝土重力壩，電站裝機(jī)容量2×10MW，為低壩徑流式水電站。1號(hào)、2號(hào)燈泡貫流式機(jī)組分別于2008年4月和7月投產(chǎn)發(fā)電，為瑞金市水力發(fā)電系統(tǒng)中的骨干電站。機(jī)組在開、停機(jī)過程中必須啟動(dòng)高頂油泵將一定的壓力油注入機(jī)組主軸與軸瓦間將大軸頂起，使水導(dǎo)軸承、徑向軸承與大軸間產(chǎn)生油膜，如此才能轉(zhuǎn)動(dòng)，否則可能會(huì)發(fā)生機(jī)組燒瓦現(xiàn)象。

1 運(yùn)行方式

機(jī)組液壓泵站低位油箱由軸承低位油箱、漏油泵系統(tǒng)、低壓油泵系統(tǒng)、高壓油頂起系統(tǒng)組成。高壓油頂起系統(tǒng)(外循環(huán)[2]過程)由高頂油泵、油濾過器、調(diào)壓閥、水導(dǎo)、發(fā)導(dǎo)及管路法蘭、安全閥、逆止閥、油泵動(dòng)力電源、控制開關(guān)、油泵壓力表、自動(dòng)化元件等組成。為增加高壓油頂起的安全系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的油壓系統(tǒng)，一套供交流380V電動(dòng)機(jī)運(yùn)行之用，一套供直流220V電動(dòng)機(jī)運(yùn)行之用(電站廠用電失去交流電情況下使用)。高頂油泵正常運(yùn)行方式有三種：自動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行、切除，兩臺(tái)泵互為備用。

高頂油泵主要是保證機(jī)組開機(jī)和停機(jī)過程在低轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)，機(jī)組軸瓦能夠建立油膜而保護(hù)軸瓦，即在開機(jī)令給出直至機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至90%Ne，和停機(jī)令給出機(jī)組轉(zhuǎn)速低于90%Ne直至機(jī)組全停的過程中啟動(dòng)投入。燈貫機(jī)組轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)的過程短，轉(zhuǎn)速變化快。高頂油泵距機(jī)組軸承較遠(yuǎn)，高頂油泵啟動(dòng)建壓有一定的延時(shí)。應(yīng)充分發(fā)揮高頂油泵系統(tǒng)的作用，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。

上位機(jī)自動(dòng)開機(jī)流程為：(開機(jī)→空轉(zhuǎn))→檢查開機(jī)條件滿足→開機(jī)令→退空氣圍帶→拔調(diào)速環(huán)鎖錠→退制動(dòng)(風(fēng)閘復(fù)歸)→退機(jī)組加熱器、除濕器→啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵→開潤(rùn)滑油電動(dòng)閥→高頂油泵啟動(dòng)(轉(zhuǎn)速上升至90%Ne高頂油泵退出)→開機(jī)組冷卻水電動(dòng)閥→技術(shù)供水泵啟動(dòng)→調(diào)速器開機(jī)令→空轉(zhuǎn)(空轉(zhuǎn)→空載)→合滅磁開關(guān)→起勵(lì)→空載(空載→發(fā)電)→投入同期裝置→發(fā)電(出口斷路器合位)→投入發(fā)電機(jī)空冷軸流風(fēng)機(jī)→機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行→開停機(jī)令復(fù)歸。

上位機(jī)自動(dòng)停機(jī)流程為：有功、無功減至最低限值→跳發(fā)電機(jī)斷路器→空載→滅磁→空轉(zhuǎn)→投入高頂油泵(轉(zhuǎn)速下降至90%Ne時(shí))→調(diào)速器停機(jī)令→導(dǎo)葉全關(guān)→投制動(dòng)(轉(zhuǎn)速降至25%Ne)→轉(zhuǎn)速降至0%Ne高頂油泵退出→投空氣圍帶→投調(diào)速環(huán)鎖錠→關(guān)機(jī)組冷卻水電動(dòng)閥→停技術(shù)供水泵→關(guān)潤(rùn)滑油電動(dòng)閥→停潤(rùn)滑油泵→停發(fā)電機(jī)空冷軸流風(fēng)機(jī)→開停機(jī)令復(fù)歸。

正常停機(jī)時(shí)在機(jī)組出口開關(guān)斷開立即啟動(dòng)高頂油泵，10s內(nèi)高壓油頂起壓力正常，至調(diào)速器停機(jī)，機(jī)組轉(zhuǎn)速為0%Ne后高頂油泵，否則退出正常停機(jī)過程、退出高頂油泵，確保無高壓油頂起不正常停機(jī)，提高機(jī)組安全系數(shù)；事故停機(jī)時(shí)不論任何情況立即(非90%Ne機(jī)組轉(zhuǎn)速)啟動(dòng)高頂油泵，確保機(jī)組完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為0%Ne退出高頂油泵。高頂油泵的及時(shí)投入，可以克服因燈貫機(jī)組從90%Ne至低轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)間很短而產(chǎn)生的不利因素，特別對(duì)因潤(rùn)滑油中斷引起的事故停機(jī)大有益處，能最大限度地避免機(jī)組軸承的損壞(見圖1、圖2)。

圖1 高頂油泵系統(tǒng)

圖2 液壓泵站低位油箱

2 運(yùn)行情況

2021年2月12日，1號(hào)機(jī)組1號(hào)高頂油泵[3]不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致220V直流系統(tǒng)和1號(hào)機(jī)組出現(xiàn)停機(jī)事故等一系列問題。

a.偶發(fā)性故障。1號(hào)機(jī)組開機(jī)[4]時(shí)1號(hào)高頂油泵啟動(dòng)正常，停機(jī)時(shí)偶爾會(huì)啟動(dòng)2號(hào)備用直流高頂油泵。1號(hào)機(jī)組2號(hào)備用直流高頂油泵啟動(dòng)后，24V直流系統(tǒng)[5]瞬間“失電”，如1號(hào)機(jī)組在開機(jī)時(shí)引起“軸承潤(rùn)滑油流量中斷”，導(dǎo)致1號(hào)機(jī)組事故停機(jī)。2號(hào)備用直流高頂油泵電源取自220V蓄電池直流系統(tǒng)，2號(hào)備用直流高頂油泵啟動(dòng)電流大概是額定電流的6～8倍，備用直流高頂油泵頻繁啟動(dòng)對(duì)220V蓄電池組沖擊較大，造成部分蓄電池容量不夠、電壓偏低等現(xiàn)象。而24V直流系統(tǒng)電源取自220V蓄電池組，故出現(xiàn)瞬間“失電” 現(xiàn)象。1號(hào)機(jī)組2號(hào)備用直流高頂油泵啟動(dòng)后多次造成1號(hào)機(jī)事故停機(jī)。

b.1號(hào)機(jī)組高頂油泵不能正常運(yùn)行。壓力顯控器故障，壓力信號(hào)回路故障(已經(jīng)建立起壓力但是上位機(jī)無反饋信號(hào))，泵殼進(jìn)入空氣，油位過低，造成偶發(fā)性抽不上油，泵體內(nèi)部密封存在老化現(xiàn)象，電機(jī)沒有啟動(dòng)；設(shè)計(jì)不合理(動(dòng)力電源沒有傳輸?shù)诫姍C(jī))，造成泵體設(shè)計(jì)存在缺陷，油管法蘭處存在滲油，管路有沙眼。

3 運(yùn)行分析

3.1 壓力顯控器故障

1號(hào)機(jī)組停機(jī)狀態(tài)時(shí)反復(fù)對(duì)1號(hào)交流高頂油泵進(jìn)行啟動(dòng)試驗(yàn)，監(jiān)視壓力顯控器壓力指示、上位機(jī)壓力反饋情況。通過現(xiàn)地對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)停機(jī)過程中在1號(hào)交流高頂油泵運(yùn)行指示燈雖亮，而壓力顯控器無壓力指示后才啟動(dòng)2號(hào)備用直流高頂油泵，壓力指示正常。

3.2 高頂油泵電機(jī)沒有啟動(dòng)

1號(hào)機(jī)組停機(jī)試驗(yàn)，監(jiān)視1號(hào)高頂油泵的啟動(dòng)情況。在停機(jī)狀態(tài)下反復(fù)啟動(dòng)油泵，第5次發(fā)現(xiàn)1號(hào)高頂油泵電機(jī)啟動(dòng)但沒有建立起壓力，通過聽油泵的聲音判斷是空載狀態(tài)。

3.3 泵進(jìn)入了空氣

拆卸1號(hào)機(jī)組1號(hào)高頂油泵連接泵的管路，檢查確認(rèn)油泵充滿潤(rùn)滑油。再次啟動(dòng)高頂油泵，電機(jī)有轉(zhuǎn)但還是不能建壓。

3.4 泵體缺陷

對(duì)1號(hào)機(jī)組1號(hào)高頂油泵進(jìn)行檢查，油泵及管路未發(fā)現(xiàn)明顯異常。更換新泵進(jìn)一步檢查測(cè)試，開機(jī)、停機(jī)狀態(tài)下反復(fù)測(cè)試啟動(dòng)油泵是否能正常建立油壓；檢查1號(hào)機(jī)組1號(hào)高頂油泵齒輪泵時(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪泵存在質(zhì)量問題：齒輪泵轉(zhuǎn)軸間隙大、齒輪泵內(nèi)部零件磨損嚴(yán)重。

3.5 密封老化

由于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在機(jī)械及化學(xué)作用下，泵體內(nèi)部密封老化，壽命減少，存在對(duì)外漏油、滲油現(xiàn)象。

4 處 理

4.1 提交工作票

提交1號(hào)機(jī)組1號(hào)高頂油泵更換齒輪泵工作的機(jī)械工作票，切斷高頂油泵系統(tǒng)有關(guān)電源，關(guān)閉有關(guān)管路閥門，并懸掛“禁止操作 有人工作”標(biāo)志牌，辦理工作票許可手續(xù)，準(zhǔn)備工器具及需要更換的備品備件。

排空1號(hào)機(jī)組低位油箱的潤(rùn)滑油，拆卸1號(hào)交流高頂油泵，更換新齒輪泵，檢查安裝是否完好。為防止齒輪泵干摩擦，對(duì)齒輪泵注油至標(biāo)準(zhǔn)位置，進(jìn)行啟泵試驗(yàn)，檢查壓力是否合格，建壓時(shí)間是否合格。向低位油箱加油，開機(jī)試驗(yàn)。檢查1號(hào)機(jī)組1號(hào)高頂油泵運(yùn)行情況：信號(hào)傳輸正常、電源正常投入、油泵運(yùn)行狀態(tài)良好；壓力檢查：油泵運(yùn)行后短時(shí)間內(nèi)(3s)建立起壓力，高頂壓力不小于5MPa。

直流蓄電池組充放電試驗(yàn)[6]不符合標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)直流蓄電池進(jìn)行整組更換。2號(hào)備用高頂油泵啟動(dòng)對(duì)蓄電池造成較大影響，更換成交流泵。廠用電消失時(shí)，采用220V直流系統(tǒng)逆變的形式單獨(dú)對(duì)2號(hào)備用高頂油泵進(jìn)行供電，并監(jiān)視其運(yùn)行情況，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)“高頂壓力過低”故障信號(hào)。應(yīng)查高頂油泵是否已停止，若未停，檢查壓力達(dá)不到額定值的原因，是否油泵出口壓力表異常，檢查并倒換高頂油泵濾過器，恢復(fù)壓力；檢查自動(dòng)裝置是否動(dòng)作正常，高頂油泵是否啟動(dòng)，若未啟動(dòng)應(yīng)手動(dòng)啟動(dòng)高頂油泵，并檢查高頂油泵電源或保護(hù)是否動(dòng)作。

4.2 故障不及時(shí)處理可能產(chǎn)生的損失

一類機(jī)械事故停機(jī)延誤1h的工期損失，為年發(fā)電量(2021年計(jì)劃發(fā)電量7600萬kW·h)/8520(2021年發(fā)電小時(shí)數(shù))×發(fā)電單價(jià)×年發(fā)電次數(shù)(2021年單臺(tái)發(fā)電平均次數(shù)239)=7600萬kW·h/8520h×0.35元/(kW·h)×239次=74.62萬元；頻繁啟動(dòng)直流泵導(dǎo)致220V直流蓄電池組損壞的損失為12萬元(108節(jié)蓄電池組報(bào)價(jià))。

4.3 檢查與試驗(yàn)

a.檢查。高頂油泵運(yùn)行選擇開關(guān)正常應(yīng)在1號(hào)或2號(hào)自動(dòng)位置，如手動(dòng)運(yùn)行，在滿足條件后應(yīng)在停止位置。閥門位置正確無滲漏，管路法蘭結(jié)合面嚴(yán)密無滲漏；安全閥、逆止閥動(dòng)作可靠無異音，濾過器無堵塞；自動(dòng)裝置動(dòng)作良好，高頂油泵在開停機(jī)過程中投退正常，油泵出口壓力在正常范圍之內(nèi)；控制電源、交流動(dòng)力電源正常，備用直流高頂油泵電源投入正常，開關(guān)接觸良好。

b.試驗(yàn)。大軸盤車，投入1號(hào)及2號(hào)高頂油泵頂起大軸，啟動(dòng)高頂油泵后水導(dǎo)壓力0.6MPa ，發(fā)導(dǎo)壓力0.8MPa，安裝百分表測(cè)量各部位擺度，各軸頸處的擺度應(yīng)小于0.03mm、鏡板的端面跳動(dòng)量不應(yīng)大于0.05mm、聯(lián)軸法蘭的擺度不應(yīng)大于0.10mm、滑環(huán)處的擺度不應(yīng)大于0.30mm，大軸盤車正常后則退出高頂油泵。機(jī)組出口開關(guān)在試驗(yàn)位置，啟動(dòng)高頂油泵至手動(dòng)開機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至90%Ne，自動(dòng)退出高頂油泵；手動(dòng)停機(jī)，機(jī)組轉(zhuǎn)速降至90%Ne時(shí)高頂油泵應(yīng)能自動(dòng)投入，機(jī)組轉(zhuǎn)速為0%Ne自動(dòng)退出高頂油泵。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過留金壩電站1號(hào)機(jī)組高頂油泵的運(yùn)行分析，對(duì)高頂油泵故障進(jìn)行處理，處理后1號(hào)機(jī)組高頂油泵運(yùn)行正常，年節(jié)約成本86.62萬元。由于高頂油泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是偶發(fā)性故障問題較難分析查找，實(shí)際處理時(shí)，應(yīng)該把握處理要點(diǎn)，做好處理前準(zhǔn)備工作，制定安全防范措施。通過對(duì)1號(hào)機(jī)組高頂油泵在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析處理，提高了高頂油泵系統(tǒng)的穩(wěn)定性及運(yùn)行的可靠性，為類似設(shè)備故障的處理提供了可供參考、借鑒的經(jīng)驗(yàn)，可將此處理方法運(yùn)用到其他專業(yè)中去。