灯泡贯流式水轮发电机润滑油系统可靠性设计

张鑫

（四川嘉陵江桐子壕航电开发有限公司，四川 武胜 638400）

灯泡贯流式水轮发电机具有结构紧凑，过流能力强、过流通道水力损失小、效率高，是目前开发低水头水力资源首选的发电机组类型。由于其特殊结构，需配置较多的辅助设备，其中最重要的是润滑油系统，机组轴承及推力瓦润滑用油必须采用循环的供油方式，运转的机组必须保证润滑供油不能中断，如中断供油在很短的时间内将会导致轴承及推力瓦烧毁，这类事故是灯泡贯流式水轮发电机在丰水季节非正常长期停运的主要原因之一。我国每年均有多台机组发生同类型的事故，事故处理时间一般均在30d以上，对电站产生严重的经济损失。而造成这类事故发生的根本原因是润滑油的控制、保护系统设计不合理导致。

一、概述

可靠的灯泡贯流式水轮发电机组润滑油监控系统是避免机组轴瓦、轴承烧毁事故发生最主要的技术措施。通过分析研究可知，设计1套可靠的润滑油监控系统可避免因润滑油系统故障而导致烧轴瓦、轴承事故的发生。

二、灯泡贯流式水轮发电机润滑油系统可靠性设计

（一）润滑油泵控制电路及系统自动监测装置设计可靠性分析

1.润滑油泵控制电路可靠性设计分析

为了保证机组可靠连续供油，目前灯泡贯流式水轮机均配置2台润滑油油泵，1台主用1台备用。为了便于操作，减少常规控制回路出现故障的概率，在保证安全的前提下尽量简化控制回路，一般采用“手动”和“自动”控制，正常情况下采用“自动控制”方式，由机组辅助设备的PLC程序控制或是机组LCU中的PLC程序控制。只有在自动控制系统故障或调试时采用“手动”控制方式。“自动”控制回路可靠性设计显得十分重要，目前“自动”控制回路主要有2种设计电路，1种是采用一个PLC输出继电器控制油泵的启停，1种是采用2个PLC输出继电器分别控制油泵的启停。

2.润滑油控制、监视系统及自动化配置可靠性分析

灯泡贯流式水轮发电机润滑油系统自动化元件的配置及其工作的可靠性是确保机组润滑油系统正常工作的硬件条件，由于到目前为止我国还没有关于灯泡贯流式水电站自动化配置方面的标准和规范。设计院大部分是根据主机厂的标准配置来设计，这就导致了灯泡贯流水轮机润滑油系统的监视与控制的自动化元件配置，在不同厂家之间相差较大，有的机组采用配置自动化元件过多，有的机组配置自动化元件过少，从保证润滑油系统安全可靠的前提下，从经济和技术方面考虑单机容量在4MW及以上的机组润滑油系统自动化按表1所示要求进行配置。

（二）润滑油系统控制、监测程序设计可靠性分析

1.润滑油泵控制程序

润滑油系统中的润滑油泵在机组启动开始至机组停止的过程中是连续工作的，在各种工况下至少要保护1台润滑油泵连接运行将经润滑回油箱的油输送至高位油箱。为确保油泵长周期可靠运行，2台油泵应采取定期自动轮换的方式运行。

2.润滑油系统保护程序

由于润滑油系统对灯泡贯流式水轮机的轴瓦、轴承安全运行起到决定性作用，因此当润滑油系统出现故障将危及到机组安全时，PLC必须启动机组事故停机程序，将机组安全停下来，避免事故的发生。近年来发生的多次烧瓦、烧轴承事故均与机组润滑油系统的保护程序不完善、不准确有关系。通过对多起典型烧瓦事故的分析，经过反复研究和论证，采用下面所述的保护程序能够保证在PLC工作可靠的前提下，当PLC判断如危及机组安全时启动事故停机程序，将机组安全停下。

3.润滑油系统监视程序

润滑油系统的保护程序是在该系统已无法正常工作，危及到机组安全的情况下将机组安全停下来的措施。润滑油系统的事故是由系统故障演变而来，如果及时发现系统故障并及时消除故障，完全可避免润滑油系统事故的发生。因此PLC应实时监测润滑油系统的工作状态，及时发现系统的不正常工作状态，并将信号传送至上位机发出相应的语音报警信号，记录相关事件，并按机组运行规程要求提示、指导故障处理的方法，将事故控制在萌牙状态。

（三）机组计算机监控系统配置对润滑油控制系统可靠性影响分析

1.机组PLC配置可靠分析

目前大部分运行的贯流式水轮发电机现地控制单元均采用单套PLC配置（CPU、电源模块、开入/开出模块、通信模块等），这就导致当PLC出现故障，特别是CPU死机时，出现润滑油系统故障，PLC将无法正常工作，不能执行相关的故障处理程序，无法提醒运行人员进行处理。更重要的是当出现润滑油中断时无法启动事故停机程序将机组停下来，其后果必将造成烧轴瓦、轴承的事故。因此当机组单机容量达4MW及以上时，在条件允许的前提下PLC应采用2N配置的方式，2套系统互为备用。最基本的也要采用双CPU配置，当主用CPU出现故障时，备用CUP投入工作，并将故障信息上传至上位机提醒运行人员，避免事故的发生。这点是目前灯泡贯流式水轮发电机监控设计时忽视的一点，机组辅助设备、其他控制、保护装置均配置了主备用装置，相对于机组安全更重要的计算机监控系统中PLC更应采取主备用的配置方式。

2.网络通信及上位机配置可靠性分析

目前水电厂采用分布式控制方式，PLC与上位机大部分采用以太网光纤通信方式，为确保与上位机的通信可靠，及时、可靠地将PLC采集的各种实时的状态量、故障量及事故量传送至上位机，提醒运行人员研判与处理，上位机与PLC的通信应采用双网络通信，同时上位机的工作站应采用主、备用配置方式，确保整个计算机控制系统2N的配置方式，提高系统的可靠性。

结语

可靠的灯泡贯流式水轮发电机组润滑油监控系统是避免机组轴瓦、轴承烧毁事故发生最主要的技术措施。通过分析研究可知，设计一套可靠的润滑油监控系统可避免因润滑油系统故障而导致烧轴瓦、轴承事故的发生。