王穎楠,劉克成,張立軍,石榮雪,韓鶴松

(國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,河北 石家莊 050021)

近年來,隨著發(fā)電需求不斷增大,輸變電線路高壓化、大容量化,電廠、電網(wǎng)中充油設(shè)備安全穩(wěn)定運行越來越重要,這就對絕緣油、潤滑油等電力用油質(zhì)量提出了更高的要求。在煉制、灌裝、運輸和施工過程及在電力設(shè)備制造和后期運行過程中,電力用油都可能產(chǎn)生顆粒物質(zhì)。為評價油品中顆粒物質(zhì)的大小、尺寸和數(shù)量,在電力檢測中引入顆粒度的概念。顆粒度是指石油產(chǎn)品中顆粒性的客觀量度,其反映了油液中不同尺寸的顆粒物在油中的分布情況。目前,顆粒度已成為電網(wǎng)、電廠油質(zhì)檢測的常規(guī)項目之一。

因此,加強對電力用油中顆粒度的監(jiān)測及防控,對保證大型電力設(shè)備的正常運行有著重要意義。本文分析了絕緣油、潤滑油、抗燃油三類電力用油中顆粒的來源及評級方法、危害、超標(biāo)原因和處理方法,為判別電力用油油質(zhì)優(yōu)劣和設(shè)備狀態(tài)檢修提供更加詳細(xì)、準(zhǔn)確的信息。

1 油中顆粒度來源及評級方法

1.1 電力用油顆粒物質(zhì)來源

電力用油中的顆粒主要來自于設(shè)備安裝檢修過程中攜帶、油液變質(zhì)生成、機械磨損以及周圍環(huán)境等[1],這些顆粒的存在會影響到電力用油的品質(zhì),進(jìn)一步威脅到機器的正常運作。

1.2 油中顆粒度評級方法

顆粒度等級是根據(jù)美國航空航天工業(yè)聯(lián)合會(NAS1638)標(biāo)準(zhǔn)劃定的:標(biāo)準(zhǔn)按照粒徑的大小將顆粒劃分為5個區(qū)間(5～15μm,15～25μm,25～50μm,50～100μm,＞100μm),并且根據(jù)每100 mL油品中含有的5個粒徑范圍的顆粒個數(shù),將顆粒度定義為14個等級[2]。我國電力行業(yè)針對這一指標(biāo)做出具體規(guī)定,現(xiàn)行電力用油中顆粒度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 電力用油顆粒度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

目前,油液顆粒度檢測主要有自動顆粒計數(shù)法、濾膜淤積法、X光分析法(其中包括了波譜、能譜和掃描電子顯微鏡法)、光譜分析法和鐵譜分析法等[3]。其中,電力行業(yè)實驗室顆粒度檢測方法主要是依據(jù)DL/T 432-2018《電力用油中顆粒度測定方法》中規(guī)定的自動顆粒計數(shù)法。

自動顆粒計數(shù)法的測定依據(jù)為遮光原理,常用于樣品中無可見顆粒的測試:當(dāng)油樣通過電子傳感器時,油中顆粒會遮擋光線,不同顆粒尺寸產(chǎn)生的遮光效果不同,傳感器將所產(chǎn)生的遮光信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號,再劃分到按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置好的顆粒度尺寸范圍內(nèi)并計數(shù)[4]。

2 油系統(tǒng)內(nèi)顆粒度超標(biāo)對電力設(shè)備的危害

2.1 潤滑油顆粒度超標(biāo)的危害

(1)固體顆粒物的存在會導(dǎo)致汽輪機組管道內(nèi)部循環(huán)不順暢,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。尤其是當(dāng)油中含有金屬顆粒時,會加速潤滑油的老化。

(2)固體顆粒存在會加劇油液和設(shè)備的摩擦,導(dǎo)致軸頸軸瓦磨損或孔洞卡澀,進(jìn)而引發(fā)汽輪機機組故障。

(3)油系統(tǒng)中含有的灰、塵、纖維等會改變潤滑油的粘度等性能,從而無法形成液體摩擦,不能在汽輪機機組中起到潤滑的作用。

2.2 絕緣油顆粒度超標(biāo)的危害

(1)絕緣油中的金屬顆粒形成了非均勻的高強度電場,破壞了絕緣油的絕緣性能,影響絕緣油的介電強度。

(2)金屬碎屑聚集在變壓器高壓套管下端區(qū)域,會導(dǎo)致電場發(fā)生畸變,形成小橋效應(yīng)。內(nèi)部放電積聚壓力導(dǎo)致油箱焊縫開裂和變壓器高壓套管崩出,容易引起燃燒爆炸。

(3)分接開關(guān)油室內(nèi)的碳顆粒會加速油質(zhì)劣化,并有沉積現(xiàn)象,顯著降低分接開關(guān)室內(nèi)油的擊穿電壓。

2.3 抗燃油顆粒度超標(biāo)的危害

抗燃油具有熱安定性、毒性高和水解安定性差的特點,常用于電廠的旁路再生系統(tǒng)。在運行過程中常受到顆粒和其他材料的影響,極易造成油質(zhì)劣化,腐蝕汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的活動部件,導(dǎo)致機組伺服閥、開關(guān)電磁閥、主蒸汽門調(diào)門等卡澀,引起跳機等安全事故[5]。

油系統(tǒng)內(nèi)固體顆粒物的存在往往會對電力設(shè)備造成不可忽視的影響,對于運行中電力設(shè)備顆粒度出現(xiàn)輕微不合格情況不能聽之任之,長期的油質(zhì)不合格會使油系統(tǒng)的污染從量變到質(zhì)變轉(zhuǎn)變,最終導(dǎo)致設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

3 油系統(tǒng)內(nèi)顆粒度超標(biāo)原因分析

通過對河北省南部電網(wǎng)各變電站及各電廠中電力用油顆粒度的檢測分析,顆粒產(chǎn)生的原因可歸納為以下3個方面。

3.1 潤滑油顆粒度超標(biāo)

(1)在設(shè)備檢修過程中,檢修人員未及時清理毛發(fā)、鐵屑、焊渣、灰塵等污染物,停留在系統(tǒng)中的污染物就有可能不斷的污染油品質(zhì)量。

(2)由于油箱密封性過差,油箱處于微負(fù)壓狀態(tài),處于油箱周圍的污染物通過縫隙進(jìn)入到油系統(tǒng)中,進(jìn)而污染油品質(zhì)量。

(3)軸承與軸頸之間存在摩擦,產(chǎn)生金屬碎屑,污染潤滑油。

3.2 絕緣油顆粒度超標(biāo)

(1)新開發(fā)的絕緣油顆粒度含量較高,經(jīng)嚴(yán)格的工藝處理后,還存在一定量的細(xì)小顆粒。

(2)絕緣油在煉制、裝配及傳輸?shù)冗^程中混入的一些雜質(zhì),如粉塵、纖維碎末、碳顆粒、金屬碎屑等。

(3)由于油泵磨損、機械振動、局部放電等變壓器運行過程中產(chǎn)生的不純物質(zhì)。

3.3 抗燃油顆粒度超標(biāo)

(1)抗燃油系統(tǒng)中部分設(shè)備處于高溫環(huán)境中,局部過熱會導(dǎo)致油質(zhì)劣化,形成的黑色碳化物游離在整個抗燃油系統(tǒng)中,引起顆粒度超標(biāo)。

(2)人員檢修、補油等操作不規(guī)范,導(dǎo)致沙礫、塵埃等外部污染物進(jìn)入到抗燃油系統(tǒng)中。

(3)在運行過程中,油泵、油缸等設(shè)備轉(zhuǎn)動部分出現(xiàn)磨損情況或金屬制品被腐蝕,產(chǎn)生大量的金屬屑和金屬氧化物。

(4)抗燃油再生系統(tǒng)的纖維素濾芯失效后未及時更換,導(dǎo)致再生系統(tǒng)中的顆粒度雜質(zhì)無法去除;硅藻土濾芯存在質(zhì)量問題,組分和有效成分不穩(wěn)定,含有Al、Ca、Si等游離金屬離子,易形成小顆粒污染抗燃油。

4 降低顆粒度和提高油品質(zhì)的有效措施

通過深入分析電力用油中雜質(zhì)顆粒的來源、性質(zhì)及危害,并結(jié)合生產(chǎn)工作經(jīng)驗,本文針對絕緣油、潤滑油、抗燃油3種常見電力用油制定有效的控制和處理措施,并對油質(zhì)管理方面提出建議。

4.1 提升設(shè)備運行與檢修能力,采取針對性處理辦法

4.1.1 汽輪機油

(1)采取加裝隔熱板等方式隔離熱源,消除局部過熱點,確保冷卻裝置運行的可靠性,避免油質(zhì)高溫乳化。

(2)及時更換抗燃油再生系統(tǒng)中的濾芯,保證油品性能的長期穩(wěn)定。

(3)在儀器檢修過程中,嚴(yán)格控制各類污染物進(jìn)入到油系統(tǒng),并在檢修結(jié)束前徹底清除,以免混合到油液中。

(4)及時解決汽輪機軸封輕微漏氣,在檢修過程中精細(xì)調(diào)整高壓端軸封進(jìn)汽分門間隙,保證間隙不超過標(biāo)準(zhǔn)值,減少漏汽漏油的可能性。

(5)加強對軸承金屬溫度的運行監(jiān)視,防止油質(zhì)惡化影響機組運行。

4.1.2 絕緣油

(1)變壓器套管下端和旁鐵軛及箱體之間缺少絕緣屏障,存在放電風(fēng)險,建議在變壓器的均壓球表面覆蓋絕緣紙,確保變壓器擁有足夠的絕緣性能。

(2)提高油液過濾措施,實施油系統(tǒng)切實可行的循環(huán)沖洗和過濾辦法,保證油系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)?？梢圆扇≡谟蛢艋魃霞友b濾網(wǎng)或者外置濾油機等方式對油液進(jìn)行過濾,確保運行油中顆粒度含量在合理范圍內(nèi)。

(3)改善變電站現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生情況,可適當(dāng)減少進(jìn)人門數(shù)量,消除粉塵混入工作現(xiàn)場,并配有專門工作人員對現(xiàn)場進(jìn)行灑水清掃。

(4)重視變壓器安裝前其本體殘油排除、抽真空注油前內(nèi)部沖洗等工作,有效避免機械雜質(zhì)以及各種微小顆粒散落在變壓器油系統(tǒng)內(nèi)。

4.1.3 抗燃油

(1)定期清理抗燃油油箱和電加熱器,使用綢布去除油箱表面的顆粒物,消除油系統(tǒng)中的死角,排出黑色雜質(zhì)。

(2)加強抗燃油系統(tǒng)濾油力度,保持濾油機長期連續(xù)運行,保證濾油效果。對抗燃油濾油系統(tǒng)進(jìn)行改造,可適當(dāng)增加濾油回路。

(3)對抗燃油系統(tǒng)進(jìn)行沖洗,先后進(jìn)行管路沖洗和油動機內(nèi)部沖洗,沖洗后再進(jìn)行活動試驗、快關(guān)試驗、耐壓試驗等合格后再返回電廠,確保油動機的清潔度和功能正常。

(4)抗燃油系統(tǒng)要使用符合廠家要求的氟橡膠密封件,禁止使用其他材質(zhì)的密封件。

(5)抗燃油系統(tǒng)上閥門的材質(zhì)應(yīng)選用氟橡膠或者聚四氟乙烯等密封材料,嚴(yán)禁使用石墨密封材料,防止因石墨產(chǎn)生粉狀顆粒,污染抗燃油。

4.2 提高油質(zhì)管理水平,加強檢測準(zhǔn)確性

油系統(tǒng)的正常運行離不開良好的油質(zhì)管理。提高油質(zhì)管理水平,一方面要求生產(chǎn)廠家要不斷提升制油工藝,在油系統(tǒng)設(shè)備安裝過程中,嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范和按設(shè)計圖紙要求,在設(shè)備現(xiàn)場允許的情況下,可設(shè)置油質(zhì)在線監(jiān)測設(shè)備,及時觀測油系統(tǒng)的各項指標(biāo),快速控制油液的品質(zhì)狀態(tài)。

另一方面要求油質(zhì)檢測人員提高自身責(zé)任意識,管理人員要提升監(jiān)督管理水平,確保油質(zhì)質(zhì)量過關(guān),相關(guān)實驗人員規(guī)范實驗室試驗的操作規(guī)程,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠,嚴(yán)禁將不合格油品加入到油系統(tǒng)中。

5 結(jié)論與展望

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展,對電力設(shè)備穩(wěn)定性的要求也越來越高,而顆粒物質(zhì)的存在會影響其可靠性,大大縮短其使用壽命并且存在安全隱患。在顆粒度檢測方面,油液顆粒度檢測的全自動控制系統(tǒng)成為主流方向,設(shè)計最優(yōu)系統(tǒng)控制模塊、降低與人工實驗最大偏差等問題亟待解決。在顆粒度控制方面,急需完善油液分布式在線監(jiān)測系統(tǒng),提高監(jiān)測系統(tǒng)靈敏性,顆粒度與設(shè)備故障之間的聯(lián)系有待進(jìn)一步研究。

本文深入調(diào)查電網(wǎng)、電廠電力設(shè)備中電力用油顆粒的產(chǎn)生原因,全方位考慮并提出控制顆粒度的有效措施,為維持電力設(shè)備正常運行有著極為重要的意義。