大型灯泡贯流式机组轴承油系统存在的问题及对策

吕吉平

（中电投五凌电力有限公司洪江水电厂 怀化市 418200）

1 概述

洪江水电厂位于沅江干流湖南省怀化市洪江区上游，是沅水干流15个梯级中的第8级水电厂。安装6台单机容量为45 MW的灯泡贯流式机组，水轮发电机组一度为我国最大、应用水头最高的灯泡贯流式水轮发电机组。其轴承油系统由轴承油箱，轴承油泵，高压油顶起装置，高压油泵，重力油箱，冷却器，管道系统，抽油雾排气装置，及自动控制装置等组成，轴承包括发导轴承，推力轴承，水导轴承三部份。轴承油系统循环工作原理：开机令传入LCU后，LCU检测重力油箱油位，当检测到重力油箱油位正常时，启动1台油泵（若此时检测出重力油箱的油位过低时，启动两台油泵），轴承油箱的油在油泵的作用下通过两台并联的冷却器冷却后，分别压入组合轴承、水导轴承、重力油箱，油经过轴承后对轴承进行冷却，进行热交换后的热油在重力和油压的作用下回到轴承油箱。被压入重力油箱的油储存在重力油箱中，当油位到达高油位时溢出回到轴承油箱。

2 机组重力油箱供油系统改进

机组轴承油系统中重力油箱起着稳定油压和事故备用的作用，洪江水电厂投产初期实际运行时发现：由于部分电动阀门关闭不严，机组在停机状态重力油箱油位不能维持，油泵不能实现自动补油。当需要开机，轴承油泵启动后，只有小部分油量（油泵出口油流量与轴承用油量的差值）进入重力油箱，需要很长时间才能满足开机条件（低油位以上），致使开机时间过长，不能满足《洪江水电厂并入湖南电网运行调度协议》规定（机组由备用状态至空载状态的时间为6.5 min）；重力油箱供油系统的部分设备布置在油箱底部，不便于对设备的巡视、操作；重力油箱供底部的盘通阀为截止阀，水平安装，不满足规范要求。

针对以上问题做出以下改造：

（1）更换合格电动阀后改变重力油箱供油系统的控制方式，即在停机状态，由重力油箱的油位开关接点控制轴承油泵，当重力油箱油位降至“低油位”时自动启动1台轴承油泵，升至“高油位”时停泵，使重力油箱油位始终维持在“低油位”以上。

（2）将重力油箱底部的管路、设备布置在油箱侧面，电动阀和盘通阀由上、下分层安装改为安装在同一高程，便于对设备的巡视、操作。

（3）将重力油箱的盘通阀（截止阀）由水平安装改为垂直安装，以减少阀门的漏油量。

3 轴承油箱冷却器的增容改造

轴承油箱冷却器应根据泵流量换算出冷却器的冷却面积，然后选择机组冷却器，此部分计算应由冷却器专业厂家完成。洪江水电厂轴承油冷却器使用的是两台BLOKSMA生产的P200-2Z冷却器，两台冷却器设计为并联运行。但高温季节在正常冷却水流量的情况下，轴承油箱油温和机组轴瓦温度偏高；且冷却器时有堵塞现象，导致机组有强迫停运隐患，同时威胁机组的安全运行。

为此洪江水电厂在轴承油箱旁增加1个冷却器回路，利用调速器冷却器的出水作为新增冷却器的冷却水，增加整个冷却系统的容量。同时做出如下规定：机组在运行状态下轴承油箱温度超过40℃时，应手动投入机组轴承油辅助冷却器；机组长时间运行轴承油箱温度低过35℃时，应手动退出机组轴承油辅助冷却器；机组在停机30 min后，应手动退出机组轴承油辅助冷却器。冬季关闭机组轴承油辅助冷却器进、出水阀，开启旁通阀将冷却水改排旁通回路。经过长期运行验证其可以满足机组的安全运行要求。

由于辅助冷却器仍需手动控制，不能满足无人值班要求，笔者认为轴承油冷却器仍有改进空间，现有两种方案：

（1）冷却器扩容，将原有2台63 kW×2主冷却器和1台30 kW辅助冷却器改为1台或2台冷却器，冷却器换热铜管管径和壁厚在一定程度上增大，且要增设排污管与反冲洗管路。冷却器扩容后能在一定程度上降低油温和瓦温，在冬季只要通过调节冷却水的流量就能保持合适的油温。

（2）如果费用紧张，只需增加辅助冷却器自动控制回路即可。

4 轴承油箱增加油混水装置

洪江水电厂轴承油冷却器使用的是河水冷却，换热管易被泥沙、贝壳堵塞，汛中迎峰度夏时更为明显，时常需要清理。由于冷却器换热管径较小，清理换热管时尤其是清除卡在里面的贝壳对换热铜管有一定磨损，自投产以来多次发生冷却器铜管破损，导致轴承油流失或油箱进水。且主轴密封处甩水也可能导致轴承油进水，透平油发生乳化，严重影响机组安全运行。而水比重较重，在油箱底部，巡视时极难发现。

为此洪江水电厂在轴承油箱底部安装油混水装置，轴承油一旦进水会及时报警，提醒生产人员及时做出反应。

5 轴承油系统控制程序改造

洪江水电厂两台轴承油泵同时运行出口压力0.46 MPa（6#机0.75 MPa），1台油泵运行出口压力0.4 MPa（6#机 0.5 MPa～0.6 MPa），机组备用状态下为能够迅速开机，通常会保留1～2台机轴承油泵启动，而此时轴承油冷却水电动阀并未开启，此时轴承油冷却器内铜管处于单侧受压状态，运行时间一长，将会引起冷却器及相关管路机械疲劳，甚至造成冷却器内铜管破裂，增加漏油及轴承油系统进水机率，影响机组安全运行。

出于以上考虑，洪江水电厂作出以下改造：

（1）在启动两台轴承油泵条件中增加：检测到“重力油箱油位低动作”且有 “机组零转速复归”或“开机令”时，启动两台轴承油泵；而只有“重力油箱油位低动作”时不启动两台轴承油泵。

（2）在轴承油冷却器供水电动阀控制程序中增加：当有轴承油泵启动且轴承油冷却器出口有油流信号，则自动开启轴承油冷却器供水电动阀。在轴承油泵没有运行、轴承油泵出口无压、轴承油冷却器无油流且无开启轴承油冷却器供水电动阀令时，则关闭轴承油冷却器供水电动阀。

6 轴承油系统油位记录定期工作改进

为保证轴承油系统的安全稳定运行可控在控，洪江水电厂一直坚持在周定期工作中对机组轴承油系统油位进行记录、制定台账。通过每次对台账的分析比较，可以发现轴承油系统是否存在跑油或进水现象。在实践中也多次通过此方法，发现潜在的轴承油冷却器铜管破损故障。目前定期工作对机组油箱油位的记录条件为：机组轴承油泵在运行状态；重力油箱发油位高信号；发导、水导油流量满足，轴承油腔油位满足。

洪江水电厂轴承油箱安装在▽144.3 m高程，重力油箱安装在▽175.0 m高程，轴承油箱的油在油泵的作用下通过两台并联的冷却器冷却后，分别压入组合轴承、水导轴承、重力油箱。被压入重力油箱的油储存在重力油箱中，当油位到达高油位3100L时溢出回到轴承油箱。而从重力油箱溢出的这部分油与轴承回流至油箱的油因为在不同温度下溢出速度不同，导致轴承油箱油位显示不同。由于目前记录油位的定期工作方式因没有考虑温度对轴承油箱油位的影响，记录数据不便于分析比较，很难发现少量跑油等油位异常问题，笔者建议改进定期对机组油箱油位的方法，消除温度对轴承油箱油位显示的影响。即：机组停机，轴承油泵停止；重力油箱电动阀打开，油全部流入轴承油箱；发水导油流量、轴承油腔油位信号复归。

7 增设轴承油箱固定滤油机

洪江水电厂轴承油系统的主要作用是为机组发导、水导、推力轴承提供润滑与冷却，其油质的好坏直接影响机组的安全运行，因此需定期对轴承油进行过滤处理，但轴承油箱位于144.3 m操作廊道，每次滤油前后起吊滤油机耗费较多的人力且有较大的安全隐患。

洪江水电厂在每台机组旁增设轴承油箱固定滤油装置，其采用透平油专用封闭式真空滤油机TY-100（改进型）。新增固定滤油装置运行稳定可靠、净油效果较好，使厂房整洁美观，还可实现远方操作与监控。

8 计划改造项目：轴承油系统油位在线监视

为实现远方集控，少人值守或无人值守的目标，目前洪江水电厂已立项进行轴承油系统油位在线监视改造，即在机组重力油箱、轴承油箱上利用液位传感器将油位数据直接传输至监控系统。待改造完成后，只需与改进后定期工作油位记录配合即可实现轴承油系统油位的精确控制，及时消除可能存在的事故稳患，确保机组安全稳定运行。

9 结语

与立式机组相比，灯泡贯流机组轴承油系统相对复杂，转子、大轴、水轮机等转动部件的重量全部通过轴瓦传递给管形座，大轴转动时，如果轴承不能及时散热，在其接触表面温度将急剧上升，造成烧瓦及大轴变形事故。为了防止此类事故，一般采用轴承油循环水冷却系统来实现对轴瓦及大轴的保护。所以灯泡贯流机组轴承油系统运行情况直接影响到机组的安全运行。而洪江水电厂水轮发电机组一度为我国单机容量最大、应用水头最高的灯泡贯流式水轮发电机组。由于设计原因与新时代的自动化要求，机组的轴承油系统不断地进行改造。本文通过介绍洪江水电厂轴承油系统运行近10年来存在问题的分析处理以及设备的改造过程，来说明如何针对大型灯泡贯流机组水电站的要求与特点，以供新建大型灯泡贯流式机组电厂与设计单位参考，选择或设计更安全可靠的机组轴承油系统。