布仑口－公格尔水电站机组水导甩油分析及处理

2016-11-02黄开寿刘武超安刚

水电站机电技术 2016年2期

关键词：大轴孤网水导

黄开寿，刘武超，安刚

（1.中国水电第五工程局有限公司，四川成都610225；2.新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

布仑口－公格尔水电站机组水导甩油分析及处理

黄开寿1，刘武超1，安刚2

（1.中国水电第五工程局有限公司，四川成都610225；2.新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

布仑口－公格尔水电站2号机组在孤网运行后出现水导甩油现象，经业主、设计单位、设备制造厂家及安装单位共同研究后，对2号机组水导甩油情况进行相应的分析和处理。通过对水导甩油问题的改造和处理，消除了机组运行的重大安全隐患，为同类型水电站水轮机水导轴承设计、检修、改造等提供一定的参考依据。

水斗式水轮机；水导；孤网运行；甩油处理

1　前言

布仑口－公格尔水电站位于新疆维吾尔自治区克州阿克陶县境内，是盖孜河中游河段梯级电站中的第一级水电站，电站3台机组于2014年6月30日成功完成72 h试运行，正式投入商业运行。2014年12月电站经南疆电网指示做孤网运行试验，2号机组参与了此次孤网运行试验，运行时间为2 h。在孤网运行试验期间机组出现了严重的振荡现象，并且监控系统显示，水导摆度及振动超标，水导瓦瓦温上升。试验结束后，2号机组正常运行72 h后，出现水导摆度增大，水导瓦瓦温升高，水导油盆油位下降等现象。

2　概况

布仑口－公格尔水电站设置3台单机容量67 MW水斗式水轮发电机组，发电机型号为SF67-12/4450，水轮机型号为CJ（PV6）-L-205/6× 16.6，电站总装机容量200MW。年平均年发电量6.7亿kW·h，额定电压10.5 kV，额定电流4 093A，额定功率因数0.90（滞后），额定水头607m，额定转速500 r/min，飞逸转速935 r/min。

水导轴承采用6块巴氏合金瓦衬、稀油自循环润滑轴承，其轴瓦材料为Q345C和巴氏合金。每块瓦置于“U”型油槽内，水导油盆为静止圆形油盆，挡油圈插入水轮机大轴轴领内，油冷却器设置为外循环冷却器，轴领内设置8个直径为10mm的小孔，在“U”型油槽下部设置1根冷却器进油管，上部设置1根冷却器出油管，高温油由小孔甩出，经进油管进入外循环冷却器冷却后由出油管进入“U”型油槽，对水导瓦进行冷却。

2号机组在孤网运行实验之前未出现油位下降及瓦温升高现象，商业运行正常。电厂运行人员在经南疆电网指示后，未制定相应的孤网运行试验方案，便进行了孤网运行试验，长达2 h。在此期间，机组多次发生频率、负荷的大幅振荡，其中频率在48~52 Hz范围内大幅振荡。孤网运行试验后2号机出现了漏油现象，将水导油盆油位加至停机时最高油位140mm，2号机连续运行10 d后，观察其停机时油位下降至95mm，但甩油情况并未停止，只是甩油量有所下降，瓦温随之上升。

3　水导甩油原因分析

（1）孤网运行试验

布仑口-公格尔水电站水轮机为立轴单转轮六喷嘴型式，配有微机调速器，经查阅调速器说明书得该调速器具有独立的6套喷针电液控制系统和6套独立的折向器开关量控制系统。该电站引水系统较长，额定水头高，喷针采取的是缓慢关闭方式，关闭全程需30 s，即在转轮和喷嘴之间安装折向器，当机组出现大波动或甩负荷时，利用折向器关闭或开启来保护机组安全。喷针控制单元中喷针接力器利用PID调节，保证机组出现小波动时的正常调节；折向器则是当机组转速大于整定值时快速开启，小于整定值时快速关闭，保证机组大波动时的正常调节，折向器的关闭时间为2 s。

孤网运行试验中影响机组短时大幅振荡即频率大幅变化的主要原因是负荷突变，如果机组在额定运行情况下突然甩20%的负荷，随着转速和频率的上升，导致折向器出现频繁关闭和开启现象，直至机组达到新的平衡点。但是每个折向器为独立的开关量控制系统，就会出现每个折向器关闭及开启时间的不一致。如果机组在小负荷运行情况下，在孤网里突然有一台大功率设备启动将会给机组带来出力的阶跃。在长达2 h的孤网运行试验中机组功率的调节跟不上负荷的变化，但是喷针开度调节缓慢，致使喷针开度频繁调节。并且每个喷针为独立电液控制系统，如果每个喷针开度调节出现不统一，就会产生每个喷针的开度不一致。

在检修过程中发现水导瓦间隙测量数据与安装时测量数据出现了偏差。厂家设计图纸要求水导瓦单边瓦间隙为0.35~0.40mm，即安装时6个水导瓦单边瓦间隙数据均为0.37mm，检修时测量出6个水导瓦单边间隙数据分别为0.37mm、0.37mm、0.36mm、0.41mm、0.41mm、0.43mm，如图1所示。说明4号、5号、6号水导瓦单边瓦间隙数据变大，水轮机大轴处于偏心状态。孤网运行过程中，每个喷针开度不一致的情况出现对水轮机大轴旋转造成影响，导致水导瓦间隙变大，造成水轮机大轴偏心现象。在机组正常运行过程中，水导出现较大的振荡及摆度增大，透平油经挡油圈甩出，是造成甩油故障的重要原因。

图1　水导瓦单边间隙示意图

（2）轴领内腔出现负压现象

在孤网运行试验时，水导部位出现剧烈振荡，透平油从挡油圈处甩出，使水导油盆内部的油位下降、水导瓦瓦温上升、油温上升、形成油雾，油雾经大轴补气管进入呼吸器，造成呼吸器的空气滤芯器堵塞。在机组正常运行时，由于水轮机轴的旋转使轴领内腔形成低压，而此时呼吸器的空气滤芯出现堵塞，不能对大轴进行补气，即产生负压，使挡油圈处的油面上升，造成挡油圈的高度降低，出现甩油现象。

（3）挡油圈高度

由于机组正常运行时轴领的高速旋转及透平油的粘滞性，使整个油盆内的油出现剧烈的紊流现象，为了防止透平油甩出，厂家设计停机时水导油盆最大油位距挡油圈上口的高度为80mm，但是由于呼吸器的空气滤芯堵塞造成轴领内腔出现负压现象，使挡油圈处的透平油油面上升，挡油圈的高度出现严重不够现象，导致甩油。