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#機組為燈泡貫流式機組，水輪機型號為GZTF07B－WP－275，發(fā)電機型號為SFWG3100－36/3260;機組為兩支點雙懸臂布置，水輪機與發(fā)電機同用一根軸，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燈泡貫流式機組采用臥軸兩支點懸臂布置，共設(shè)兩個軸承，即水輪機徑向軸承和發(fā)電機組合軸承。水導(dǎo)徑向軸承和發(fā)電機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汽輪機油。

甘再PH2水電站3.1 MW燈泡貫流式機組軸承潤滑油系統(tǒng)采用強迫外循環(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)電機組啟動或停機過程中轉(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。機組停機時高壓油頂起裝置的即時投入，可以克服因機組在低轉(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:機組開機令后，主用油泵啟動，潤滑油供油總電動球閥打開向機組水導(dǎo)、發(fā)電機組合軸承供油，供油管路上流量開關(guān)檢測到流量正常后向上位機發(fā)流量正常信號。機組正常運行時，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。在機組起動或停機時，機組轉(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。在機組開機準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。正常停機時，在停機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組在兩臺潤滑油泵失電或故障時能安全停機的要求。

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)致事故停機或開機失敗。為了避免故障報警，確保機組安全穩(wěn)定運行，采取了一系列應(yīng)對措施:一是在補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低位油箱，從而防止因低位油箱的油位過低在開機或停機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。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)致的機組事故停機的頻次大大降低。

(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)致機組事故停機以及電網(wǎng)突然停電機組甩負荷時無潤滑油燒毀軸瓦的問題出現(xiàn)，應(yīng)在機組大修或技改時，在機組潤滑油系統(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組起動或停機時，機組轉(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)電機組突然甩負荷事故停機或過速，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)電機組突然甩負荷事故停機或機組過速，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)電機組在低速時油膜破裂導(dǎo)致燒壞軸瓦，同時增強機組運行的安全性，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

(1)管路流量開關(guān)運行方式。

PH2電站3.1 MW燈泡貫流式機組在水導(dǎo)、正推、反推、發(fā)電機徑向軸承供油管路進口設(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)信號作為開機條件，使?jié)櫥拖到y(tǒng)參與機組開機回路、機組事故停機回路以及事故報警回路，從而起到保護機組安全運行的目的。機組開機時，潤滑油系統(tǒng)根據(jù)開機令，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到正常流量時，流量開關(guān)向上位機發(fā)軸承油流量正常信號。一旦機組水導(dǎo)、正推、反推、發(fā)電機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組的開機失敗或事故停機。

通過多臺貫流式機組安裝和運行的經(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。在機組停機時，供油總電動球閥至軸承出口均無潤滑油，開機時，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現(xiàn)象，將會有開機燒瓦的嚴重安全事故發(fā)生。

(2)對管路流量開關(guān)的改進方案。

為了避免在開機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)信號作為開機條件，參與機組開機回路、機組事故停機回路以及事故報警回路，起到保護機組安全運行的目的，建議在水導(dǎo)、正推、反推、發(fā)電機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，而不參與機組開機回路、機組事故停機回路;將潤滑系統(tǒng)回油管路上的流量開關(guān)作為開機條件，參與機組開機回路、機組事故停機回路以及事故報警回路。在開機過程至額定轉(zhuǎn)速時，潤滑油流量連續(xù)10 s小于停機流量時發(fā)事故停機令，機組在其他運行狀態(tài)時，潤滑油流量瞬間小于停機流量即發(fā)停機令。

4.4 低壓油泵控制方式的改進

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，主用油泵接受開機令控制，備用油泵受高位油箱油位低報警信號的控制;機組開機時，潤滑油系統(tǒng)根據(jù)開機令，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:機組在開機或運行過程中，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組事故停機。在機組正常運行時，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)致的開機失敗或事故停機現(xiàn)象，通過筆者所述，為保證機組更加安全、穩(wěn)定運行，為電站創(chuàng)造更加可觀的經(jīng)濟效益，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。通過對機組潤滑油系統(tǒng)缺陷進行技術(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)濟效益和社會效益。