呂吉平

（中電投五凌電力有限公司洪江水電廠 懷化市 418200）

1 概述

洪江水電廠位于沅江干流湖南省懷化市洪江區(qū)上游，是沅水干流15個(gè)梯級(jí)中的第8級(jí)水電廠。安裝6臺(tái)單機(jī)容量為45 MW的燈泡貫流式機(jī)組，水輪發(fā)電機(jī)組一度為我國(guó)最大、應(yīng)用水頭最高的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。其軸承油系統(tǒng)由軸承油箱，軸承油泵，高壓油頂起裝置，高壓油泵，重力油箱，冷卻器，管道系統(tǒng)，抽油霧排氣裝置，及自動(dòng)控制裝置等組成，軸承包括發(fā)導(dǎo)軸承，推力軸承，水導(dǎo)軸承三部份。軸承油系統(tǒng)循環(huán)工作原理：開機(jī)令傳入LCU后，LCU檢測(cè)重力油箱油位，當(dāng)檢測(cè)到重力油箱油位正常時(shí)，啟動(dòng)1臺(tái)油泵（若此時(shí)檢測(cè)出重力油箱的油位過(guò)低時(shí)，啟動(dòng)兩臺(tái)油泵），軸承油箱的油在油泵的作用下通過(guò)兩臺(tái)并聯(lián)的冷卻器冷卻后，分別壓入組合軸承、水導(dǎo)軸承、重力油箱，油經(jīng)過(guò)軸承后對(duì)軸承進(jìn)行冷卻，進(jìn)行熱交換后的熱油在重力和油壓的作用下回到軸承油箱。被壓入重力油箱的油儲(chǔ)存在重力油箱中，當(dāng)油位到達(dá)高油位時(shí)溢出回到軸承油箱。

2 機(jī)組重力油箱供油系統(tǒng)改進(jìn)

機(jī)組軸承油系統(tǒng)中重力油箱起著穩(wěn)定油壓和事故備用的作用，洪江水電廠投產(chǎn)初期實(shí)際運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)：由于部分電動(dòng)閥門關(guān)閉不嚴(yán)，機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)重力油箱油位不能維持，油泵不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)油。當(dāng)需要開機(jī)，軸承油泵啟動(dòng)后，只有小部分油量（油泵出口油流量與軸承用油量的差值）進(jìn)入重力油箱，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能滿足開機(jī)條件（低油位以上），致使開機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能滿足《洪江水電廠并入湖南電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度協(xié)議》規(guī)定（機(jī)組由備用狀態(tài)至空載狀態(tài)的時(shí)間為6.5 min）；重力油箱供油系統(tǒng)的部分設(shè)備布置在油箱底部，不便于對(duì)設(shè)備的巡視、操作；重力油箱供底部的盤通閥為截止閥，水平安裝，不滿足規(guī)范要求。

針對(duì)以上問(wèn)題做出以下改造：

（1）更換合格電動(dòng)閥后改變重力油箱供油系統(tǒng)的控制方式，即在停機(jī)狀態(tài)，由重力油箱的油位開關(guān)接點(diǎn)控制軸承油泵，當(dāng)重力油箱油位降至“低油位”時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)1臺(tái)軸承油泵，升至“高油位”時(shí)停泵，使重力油箱油位始終維持在“低油位”以上。

（2）將重力油箱底部的管路、設(shè)備布置在油箱側(cè)面，電動(dòng)閥和盤通閥由上、下分層安裝改為安裝在同一高程，便于對(duì)設(shè)備的巡視、操作。

（3）將重力油箱的盤通閥（截止閥）由水平安裝改為垂直安裝，以減少閥門的漏油量。

3 軸承油箱冷卻器的增容改造

軸承油箱冷卻器應(yīng)根據(jù)泵流量換算出冷卻器的冷卻面積，然后選擇機(jī)組冷卻器，此部分計(jì)算應(yīng)由冷卻器專業(yè)廠家完成。洪江水電廠軸承油冷卻器使用的是兩臺(tái)BLOKSMA生產(chǎn)的P200-2Z冷卻器，兩臺(tái)冷卻器設(shè)計(jì)為并聯(lián)運(yùn)行。但高溫季節(jié)在正常冷卻水流量的情況下，軸承油箱油溫和機(jī)組軸瓦溫度偏高；且冷卻器時(shí)有堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組有強(qiáng)迫停運(yùn)隱患，同時(shí)威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

為此洪江水電廠在軸承油箱旁增加1個(gè)冷卻器回路，利用調(diào)速器冷卻器的出水作為新增冷卻器的冷卻水，增加整個(gè)冷卻系統(tǒng)的容量。同時(shí)做出如下規(guī)定：機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)下軸承油箱溫度超過(guò)40℃時(shí)，應(yīng)手動(dòng)投入機(jī)組軸承油輔助冷卻器；機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行軸承油箱溫度低過(guò)35℃時(shí)，應(yīng)手動(dòng)退出機(jī)組軸承油輔助冷卻器；機(jī)組在停機(jī)30 min后，應(yīng)手動(dòng)退出機(jī)組軸承油輔助冷卻器。冬季關(guān)閉機(jī)組軸承油輔助冷卻器進(jìn)、出水閥，開啟旁通閥將冷卻水改排旁通回路。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行驗(yàn)證其可以滿足機(jī)組的安全運(yùn)行要求。

由于輔助冷卻器仍需手動(dòng)控制，不能滿足無(wú)人值班要求，筆者認(rèn)為軸承油冷卻器仍有改進(jìn)空間，現(xiàn)有兩種方案：

（1）冷卻器擴(kuò)容，將原有2臺(tái)63 kW×2主冷卻器和1臺(tái)30 kW輔助冷卻器改為1臺(tái)或2臺(tái)冷卻器，冷卻器換熱銅管管徑和壁厚在一定程度上增大，且要增設(shè)排污管與反沖洗管路。冷卻器擴(kuò)容后能在一定程度上降低油溫和瓦溫，在冬季只要通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水的流量就能保持合適的油溫。

（2）如果費(fèi)用緊張，只需增加輔助冷卻器自動(dòng)控制回路即可。

4 軸承油箱增加油混水裝置

洪江水電廠軸承油冷卻器使用的是河水冷卻，換熱管易被泥沙、貝殼堵塞，汛中迎峰度夏時(shí)更為明顯，時(shí)常需要清理。由于冷卻器換熱管徑較小，清理?yè)Q熱管時(shí)尤其是清除卡在里面的貝殼對(duì)換熱銅管有一定磨損，自投產(chǎn)以來(lái)多次發(fā)生冷卻器銅管破損，導(dǎo)致軸承油流失或油箱進(jìn)水。且主軸密封處甩水也可能導(dǎo)致軸承油進(jìn)水，透平油發(fā)生乳化，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。而水比重較重，在油箱底部，巡視時(shí)極難發(fā)現(xiàn)。

為此洪江水電廠在軸承油箱底部安裝油混水裝置，軸承油一旦進(jìn)水會(huì)及時(shí)報(bào)警，提醒生產(chǎn)人員及時(shí)做出反應(yīng)。

5 軸承油系統(tǒng)控制程序改造

洪江水電廠兩臺(tái)軸承油泵同時(shí)運(yùn)行出口壓力0.46 MPa（6#機(jī)0.75 MPa），1臺(tái)油泵運(yùn)行出口壓力0.4 MPa（6#機(jī) 0.5 MPa～0.6 MPa），機(jī)組備用狀態(tài)下為能夠迅速開機(jī)，通常會(huì)保留1～2臺(tái)機(jī)軸承油泵啟動(dòng)，而此時(shí)軸承油冷卻水電動(dòng)閥并未開啟，此時(shí)軸承油冷卻器內(nèi)銅管處于單側(cè)受壓狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)間一長(zhǎng)，將會(huì)引起冷卻器及相關(guān)管路機(jī)械疲勞，甚至造成冷卻器內(nèi)銅管破裂，增加漏油及軸承油系統(tǒng)進(jìn)水機(jī)率，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

出于以上考慮，洪江水電廠作出以下改造：

（1）在啟動(dòng)兩臺(tái)軸承油泵條件中增加：檢測(cè)到“重力油箱油位低動(dòng)作”且有 “機(jī)組零轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)歸”或“開機(jī)令”時(shí)，啟動(dòng)兩臺(tái)軸承油泵；而只有“重力油箱油位低動(dòng)作”時(shí)不啟動(dòng)兩臺(tái)軸承油泵。

（2）在軸承油冷卻器供水電動(dòng)閥控制程序中增加：當(dāng)有軸承油泵啟動(dòng)且軸承油冷卻器出口有油流信號(hào)，則自動(dòng)開啟軸承油冷卻器供水電動(dòng)閥。在軸承油泵沒(méi)有運(yùn)行、軸承油泵出口無(wú)壓、軸承油冷卻器無(wú)油流且無(wú)開啟軸承油冷卻器供水電動(dòng)閥令時(shí)，則關(guān)閉軸承油冷卻器供水電動(dòng)閥。

6 軸承油系統(tǒng)油位記錄定期工作改進(jìn)

為保證軸承油系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行可控在控，洪江水電廠一直堅(jiān)持在周定期工作中對(duì)機(jī)組軸承油系統(tǒng)油位進(jìn)行記錄、制定臺(tái)賬。通過(guò)每次對(duì)臺(tái)賬的分析比較，可以發(fā)現(xiàn)軸承油系統(tǒng)是否存在跑油或進(jìn)水現(xiàn)象。在實(shí)踐中也多次通過(guò)此方法，發(fā)現(xiàn)潛在的軸承油冷卻器銅管破損故障。目前定期工作對(duì)機(jī)組油箱油位的記錄條件為：機(jī)組軸承油泵在運(yùn)行狀態(tài)；重力油箱發(fā)油位高信號(hào)；發(fā)導(dǎo)、水導(dǎo)油流量滿足，軸承油腔油位滿足。

洪江水電廠軸承油箱安裝在▽144.3 m高程，重力油箱安裝在▽175.0 m高程，軸承油箱的油在油泵的作用下通過(guò)兩臺(tái)并聯(lián)的冷卻器冷卻后，分別壓入組合軸承、水導(dǎo)軸承、重力油箱。被壓入重力油箱的油儲(chǔ)存在重力油箱中，當(dāng)油位到達(dá)高油位3100L時(shí)溢出回到軸承油箱。而從重力油箱溢出的這部分油與軸承回流至油箱的油因?yàn)樵诓煌瑴囟认乱绯鏊俣炔煌瑢?dǎo)致軸承油箱油位顯示不同。由于目前記錄油位的定期工作方式因沒(méi)有考慮溫度對(duì)軸承油箱油位的影響，記錄數(shù)據(jù)不便于分析比較，很難發(fā)現(xiàn)少量跑油等油位異常問(wèn)題，筆者建議改進(jìn)定期對(duì)機(jī)組油箱油位的方法，消除溫度對(duì)軸承油箱油位顯示的影響。即：機(jī)組停機(jī)，軸承油泵停止；重力油箱電動(dòng)閥打開，油全部流入軸承油箱；發(fā)水導(dǎo)油流量、軸承油腔油位信號(hào)復(fù)歸。

7 增設(shè)軸承油箱固定濾油機(jī)

洪江水電廠軸承油系統(tǒng)的主要作用是為機(jī)組發(fā)導(dǎo)、水導(dǎo)、推力軸承提供潤(rùn)滑與冷卻，其油質(zhì)的好壞直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，因此需定期對(duì)軸承油進(jìn)行過(guò)濾處理，但軸承油箱位于144.3 m操作廊道，每次濾油前后起吊濾油機(jī)耗費(fèi)較多的人力且有較大的安全隱患。

洪江水電廠在每臺(tái)機(jī)組旁增設(shè)軸承油箱固定濾油裝置，其采用透平油專用封閉式真空濾油機(jī)TY-100（改進(jìn)型）。新增固定濾油裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠、凈油效果較好，使廠房整潔美觀，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作與監(jiān)控。

8 計(jì)劃改造項(xiàng)目：軸承油系統(tǒng)油位在線監(jiān)視

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方集控，少人值守或無(wú)人值守的目標(biāo)，目前洪江水電廠已立項(xiàng)進(jìn)行軸承油系統(tǒng)油位在線監(jiān)視改造，即在機(jī)組重力油箱、軸承油箱上利用液位傳感器將油位數(shù)據(jù)直接傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)。待改造完成后，只需與改進(jìn)后定期工作油位記錄配合即可實(shí)現(xiàn)軸承油系統(tǒng)油位的精確控制，及時(shí)消除可能存在的事故穩(wěn)患，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

9 結(jié)語(yǔ)

與立式機(jī)組相比，燈泡貫流機(jī)組軸承油系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，轉(zhuǎn)子、大軸、水輪機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重量全部通過(guò)軸瓦傳遞給管形座，大軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果軸承不能及時(shí)散熱，在其接觸表面溫度將急劇上升，造成燒瓦及大軸變形事故。為了防止此類事故，一般采用軸承油循環(huán)水冷卻系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)軸瓦及大軸的保護(hù)。所以燈泡貫流機(jī)組軸承油系統(tǒng)運(yùn)行情況直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行。而洪江水電廠水輪發(fā)電機(jī)組一度為我國(guó)單機(jī)容量最大、應(yīng)用水頭最高的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。由于設(shè)計(jì)原因與新時(shí)代的自動(dòng)化要求，機(jī)組的軸承油系統(tǒng)不斷地進(jìn)行改造。本文通過(guò)介紹洪江水電廠軸承油系統(tǒng)運(yùn)行近10年來(lái)存在問(wèn)題的分析處理以及設(shè)備的改造過(guò)程，來(lái)說(shuō)明如何針對(duì)大型燈泡貫流機(jī)組水電站的要求與特點(diǎn)，以供新建大型燈泡貫流式機(jī)組電廠與設(shè)計(jì)單位參考，選擇或設(shè)計(jì)更安全可靠的機(jī)組軸承油系統(tǒng)。