800 MW水轮发电机组高压油减载系统报警原因浅析

刘 斌，刘 钊，谌裕嘉

(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

水轮发电机组高压油减载系统主要作用是在推力瓦面与镜板之间建立油膜，防止推力轴承在机组低速运行状态下润滑条件恶化[1]。因此，高压油减载系统是保障具有金属推力瓦的大型水轮发电机组安全启停的重要装置[2]。高压油减载系统可能发生的故障主要有高压油减载系统压力下降[3]、机组自动开机失败[4]、机组自动停机流程退出[5]等，严重故障可直接导致推力瓦烧毁。本文引述的水轮发电机组投产于2012年。自投运以来，该机组高压油减载系统整体运行良好，但在开机过程中，监控系统时而会发出高压油顶起系统报警信号。该报警虽不影响机组正常运行，但会给监屏人员正常运行管理带来干扰。现场多次对高压油减载系统进行检查，各管路接头、压力表、传感器、过滤器以及信号传输通道等均未发现异常，但运行过程中报警现象还是时有发生，经过进一步深入分析，其原因终于查明，本文就此问题予以分析。

1 高压油系统运行及报警情况

该机组高压油减载系统在机组开机前启动，并在机组转速达到90%时停止运行；在停机时会在机组转速下降到90%时投入运行，当机组完全停机后则停止运行。高压油减载系统主要由进油管路、进口粗过滤器、油泵、电机、泄压阀组、出口细过滤器、出油管路、配油环管、瓦前支管及单向阀等部件组成，具体布置见图1所示。

整套高压油减载系统控制逻辑如下。

1)2台高压油泵运行方式为一主一备，备用泵仅在主用泵出现故障后启动。

图1 高压油减载系统布置示意图

2)判断油泵是否正常运行的条件。油泵出口压力开关、电机温度及总管流量开关三者必须同时满足要求；若油泵出口压力开关、电机温度或总管流量开关任何一个出现异常，则判断该泵故障，将发出故障信号并立即停运，同时启动备用泵。

3)当高压油系统压力低于总管压力开关值7.5 MPa时，监控系统将发出高压油顶起系统报警信号。

在该机组开机过程中，当转速上升到80%左右时，监控系统时而会发出高压油顶起系统报警信号，且基本发生在汛期，即气温相对较高的时间段。为便于分析，调取了开机过程中高压油系统发出报警时的截图，如图2所示。

由图2可以清晰地看到：2017-09-23日机组开机过程中，当机组转速接近80%，高压油压力变为7.32 MPa，低于总管压力开关值7.5 MPa时，高压油顶起系统就发出了报警信号。查询历史数据发现，在开机过程中，系统压力低于总管压力开关值的情况虽然比较少见，但总会在一定工况下出现。

图2 “高压油顶起系统报警”时趋势分析截图

2 报警原因深入分析

总管压力开关值一直保持在7.5 MPa，但开机过程中高压油顶起系统发出报警信号却是不定时的，只在特定的时间段内或运行工况下发出，于是可以断定高压油系统压力与油温、水头存在一定关系。为进一步梳理高压油系统压力在运行过程中的变化规律，从2016年1月开始，查看了该机组54次开机过程中的高压油系统最低压力，得到图3、图4。

图3 高压油压力与推导油温之间的关系图

图4 高压油压力与水头之间的关系图

由图3、图4可以得知：

1)高压油压力与推导油温成反相关关系，且当油温较高，大于36℃时，高压油系统最低压力就会低于7.5 MPa，系统出现报警；

2)高压油压力与水头成正相关关系，水头越低，高压油压力就越低，但只有水头较低同时油温较高时，高压油压力才可能低于7.5 MPa，系统出现报警；水头较高，高压油压力就越高，但在水头较高的情况下只要油温足够高，高压油压力也会低于7.5 MPa，系统出现报警。

于是可以得到如下结论：高压油系统压力值的大小与推导油温成反相关关系，与水头成正相关关系，同时油温对压力的影响显著大于水头对压力的影响。

水头的高低直接决定机组所受到的轴向水推力，水头越高，往下的水推力越大，高压油减载系统所需要提供的向上的顶起压力就会相应增大。鉴于水头对压力的影响没有油温对压力的影响大，本文继续就油温与压力的关系作进一步分析与探讨。

高压油减载系统的压力油出口位于推力瓦面，在镜板脱开瓦面之前，压力油出口是封闭的，在镜板与推力瓦面分离后，压力油出口就变为开放式。此时，压力油的出油速度将决定高压油顶起系统的背压。出油速度越快，瓦面堆积的高压油就越少，则压力越低；出油速度越慢，瓦面堆积的高压油就越多，则压力越高。

油的流速与运动粘度密切相关。本文引述的机组用油为透平油，其粘温特性如图5和表1。

图5 该透平油粘温特性曲线图

油品温度/℃2526272829303132333435363738394041424344运动粘度/cSt9388837975716864615855535048464442403937

由图5可以得知，油温越高，粘度越低，流速越快，反之亦然。而根据之前的分析，流速越快，高压油系统的压力就越低；流速越慢，高压油系统的压力就越高。从表1可以得知，油温在36℃时，运动粘度只有53 cSt，而油温在运行中位值30℃时，运动粘度却高达71 cSt，所以，油温与运动粘度相关性是极大的，在很大程度上直接决定了油的流速，进而间接决定了高压油系统压力。这从理论上进一步印证了高压油减载系统压力与推导油温的反相关关系。

至此，可以明确得出高压油减载系统时而发出报警信号的根本原因。只要机组运行在特定工况内，即油槽油温较高或水头较低的同时油温相对较高，开机过程中就会出现高压油减载系统压力低于7.5 MPa的情况，进而导致高压油顶起系统发出报警信号。

3 异常报警处理

针对上述异常，查询多年的历史运行曲线发现，开机过程中其高压油压力最低为7.2 MPa，最高为8.4 MPa，在此压力范围内机组均能正常运行。故其总管压力开关值(即报警参数)宜设置在7.2 MPa以下，以免误发报警信号。经主机厂家计算确认，最终将总管压力开关值调至6.5 MPa。调整后，机组运行至今未再出现高压油系统压力报警信号。

4 结 语

经过上述分析可以得知，高压油系统压力与推导油温成反相关关系，与水头成正相关关系。因此，高压油系统压力在不同油温、不同水头下将会有所不同，在设定高压油系统运行参数时应经过精密计算，同时应参考系统所需最小压力限值以及高压油系统正常运行压力范围，进而合理设定运行参数，方能避免报警信号误发。本文案例可供国内同类型机组参考，希望能对大型水轮发电机组高压油顶起装置设计、安装、调试、运行优化有所助益[6]。