某水电站低压空压机运行无反馈原因分析与处理

瞿大林，旷 熊，秦帅飞，罗 浩，赖 超，雷 翔

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

空压机是一种用来压缩气体以提高气体压力的机械，主要应用在采矿、冶金、机械制造、石油化工、电力生产以及国防工业等行业中[1]。随着气压控制和气动控制的应用日益广泛，空压机已经成为现代生产不可缺少的重要设备，其运行状态的好坏严重影响到工业生产实践[2]。

压缩空气系统作为水电站全站水轮机筒阀油压装置、调速器油压装置、制动风闸、检修用气等的供气气源，是水电站的重要辅助设备。作为压缩空气系统的核心设备，空压机有着极其重要的作用，其工作过程并不复杂，但启停、加卸载控制过程有严格的要求[3]。本文主要介绍了某水电站低压空压气系统的系统设计、工作原理、控制流程。针对该水电站在实际生产过程中出现的低压空压机运行无反馈问题进行了深入分析，并采取措施彻底解决了该问题。本文对解决低压空压机运行过程中出现的类似问题有一定的帮助。

1 低压空压气系统介绍

1.1 低压空压气系统的设计

某水电站低压空压气系统主要供气对象为机组制动用气、机组检修空气围带供气、机组检修用风动工具用气、厂房和设备吹扫用气、管道清淤吹扫用气等。

检修吹扫用气系统由2台额定排气压力为0.8 MPa，最大排气压力为0.85 MPa，排气量为12.67 m3/min螺杆式低压空气压缩机、1只额定压力为0.8 MPa，容积为4 m3的储气罐、控制设备和供气管道、阀门等组成。2台检修空气压缩机1台工作，1台备用。在该水电站主厂房水轮机层下游墙上布置有贯穿全厂的DN100供气干管，供气干管还埋设到主变洞并贯通全洞。从该干管引接支管至各供气用户，在安装间、发电机层、电气夹层、水轮机层、水轮机锥管进人廊道、技术供水设备室、深井泵房、尾水管操作廊道层和主变洞等部位均设有检修用气气箱。

制动用气系统由2台额定排气压力为0.8 MPa，最大排气压力为0.85 MPa，排气量为3.45 m3/min的低压空气压缩机、2只额定压力为0.8 MPa，容积为4 m3的储气罐、控制设备和供气管道、阀门等组成。2台制动空气压缩机1台工作，1台备用。同时，检修吹扫用气系统的2台低压空气压缩机也作为机组制动用气的备用气源，以确保机组制动用气的可靠性。在该水电站主厂房水轮机层下游边墙上设有一根贯穿全厂的DN50制动用气供气主管，并从主管上引支管至各台机组制动柜、空气围带柜。低压空压气系统图如图1所示。

图1 低压空压气系统图

1.2 空压机的工作原理

螺杆式空压机的工作原理就是利用压缩机头的螺旋杆来压缩油气的混合液，然后将压缩后的油气混合液引人油气分离器，使其进行分离，使油和压缩空气分离，产生清洁的压缩空气供系统使用[4]，油冷却以后再次放回到机头进行循环使用。

1.2.1 吸气过程

图2为螺旋式空压机的气回路图，图2中1-8为别进气过滤器、进气控制器、压缩机转子、油气分离罐(储油罐)、油气分离器、最小压力截止阀、后部冷却器、截止阀。空压机运行过程中，空气经过进气过滤器滤除杂质后由进气控制器控制进入压缩机转子，气体经压缩后在油气分离罐内将油与空气利用重力作用进行初步分离，再经过油气分离器进行进一步精细分离，气体压力大于0.35 MPa时最小压力截止阀打开，压缩空气在后部冷却器中进行冷却，同时，空气中的大部分水蒸汽冷凝成水，随压缩空气一起排出。

图2 螺旋式空压机的气回路图

1.2.2 压缩及喷油过程

空气进入压缩机机头后便开始进行压缩，压缩机转子的工作原理基于挤压原理。阴阳转子侧面轮廓呈螺旋形，在电机和皮带机构驱动下互相啮合转动，但并不相互接触。这样，进入机头内的空气在气流的方向因为螺旋空间不断缩小，使压力逐渐升高，进而达到所要求的最高压力。

在压缩机机头进行压缩的过程中，系统不断向机头喷入机油，用于散除压缩热(冷却)、密封转子之间以及转子与压缩室的间隙及润滑轴承。图3为螺旋式空压机的油回路图。经压缩的气体进入压力储气罐，在储气罐内机油因重力作用而初步分离。在压缩的同时，润滑油会因为压力差作用从而喷入到压缩室内与室内的气体再进行混合[5]。回油回路上的温控阀根据油温将机油引入油冷却器或旁路，这样可以保持机油合适的工作温度。

1.2.3 分离及排气过程

空气经储气罐后，即通过油、气分离器分离空气中的残油。之后通过最小压力止回阀，该止回阀的作用是在系统压力达到0.35 MPa时阀门打开，这样可以快

图3 螺旋式空压机的油回路图

速建立压力和保证启动阶段的润滑，当压缩机停止运转后，无回流阀门阻止压缩空气从管网倒流回压缩机。再经过冷却器使压缩空气中的水蒸气冷却析出，最后进入系统管路，完成排气过程。

1.3 空压机的控制

空压机除了配置有本体控制系统外，还设置了控制柜。正常情况下，空压机的本体控制系统置“远程/允许”状态，由集中控制柜统一进行控制。

空压机控制系统设置有多个压力开关和压力变送器。以制动空压气系统为例，当储气罐注满空气后，随着压力的下降，当压力低于0.7 MPa时，1号压力开关将动作自动启动第1台空压机，而随着1号空压机的工作，储气罐中的压力也随之上升，最终达到0.8 MPa。可以看出，在这种情况下，另1台空压机处于备用状态。当低压气系统出现泄漏或大量用气时，储气罐的压力将持续下降，当压力低于0.6 MPa时，2号压力开关动作启动第2台空压机。当压力下降低于0.55 MPa时，3号压力开关动作发出低压报警。低压空压气系统主要参数如表1所示。

表1 低压空压气系统主要参数

2 存在的问题

2号制动空压机在加载过程中频繁报警“2号制动空压机运行信号无反馈”，导致空压机启动失败。现地检查2号制动空压机本体上红色报警指示灯闪烁、空压机本体显示屏上故障代码“5”(故障代码5含义为压缩机系统压力过高)，空压机控制柜内“2号制动空压机故障”继电器指示灯点亮，现地按下故障复归按钮报警信号无法复归。

3 原因分析

1)空压机本体故障。2号制动空压机此前定期工作中检查空压机本体无缺陷，油气分离器有局部的锈蚀(已更换了新的同型号的油气分离器)，其他过滤器无堵塞，加载电磁阀动作正常，油箱内油质合格，电机工作正常，皮带轮完好，气水分离器的排污电磁阀可以正常排污，管路各接头无泄漏，因此排除了空压机本体故障的可能。

2)空压机本体压力传感器故障。若压力传感器故障或定值发生了漂移，压力节点信号不准确会导致制动空压机启动自动保护程序而报警。定期工作中对储气罐压力变送器进行校验，整定值正确。因此排除空压机本体压力传感器故障的可能。

3)气罐停机压力较高。现场观察2号制动空压机系统压力高于气罐和管网的压力，压差约0.1 MPa(出口压力最高达0.88 MPa，对应储气罐压力为0.78 MPa)，即空压机管路内的压力损失达到0.1 MPa。对比1号制动空压机发现当气罐压力达0.80 MPa时，1号制动空压机系统压力为0.83 MPa，管路内压力损失约为0.03 MPa。2台空压机的管损值有较大差异。

4)气罐停机压力较高。制动空压机正常停机的条件：制动储气罐的压力达到停机压力整定值0.80 MPa后，压力信号反馈至盘柜电气控制系统，空压机自动停机。若制动储气罐的压力尚未达到0.80 MPa，空压机系统压力已达到停机压力保护值0.85 MPa后，制动空压机本体保护程序启动，空压机会自动停机且无信号反馈至盘柜电气控制系统，导致电气控制系统误认为制动空压机出现故障。

4 处理措施

4.1 降低管路损耗

由于制动空压机的运行特性，每次运行时间较短，仅为3 min左右，导致冷凝水不能及时排出，沉积在管路内壁，以致冷却器进口连接管路内壁发生锈蚀，产生的锈渣被压缩气流携带进入冷却器内部，由于冷却器内部流道截面积较小，锈渣会在流道中发生沉积，堵塞流道，导致冷却器流道有效截面积逐渐变小，压力损失系数增大，造成空压机本体压力过高。

因此，后续在定期工作中对冷却器进口管路锈蚀情况以及冷却器内部杂质堵塞情况进行查看，并定期对管路内壁及冷却器内部杂质进行清理。按照空压机维护说明书2～3年清理冷却器，修编空压机定期工作工序卡，将冷却器清理频率明确为2年1次，确保冷却器畅通，降低管路损耗。

4.2 优化系统整定值

制动空压机本体停机压力保护值为0.85 MPa，该定值设定较低，与气罐停机压力整定值0.8 MPa较为接近。考虑到管损的情况，空压机极有可能在储气罐尚未达到停机压力时本体保护动作自动停机。

通过现场检查与对比，发现检修空压机未出现这样的情况，而检修空压气的停机压力为储气罐压力达到0.78 MPa，因此后续将制动空压机的停机压力也调整为0.78 MPa。并将制动空压机本体停止压力值由0.85 MPa调整为0.9 MPa。

经运行观察，采取上述措施后，未再出现空压机运行无反馈的情况。

5 结 语

压缩空气系统是水电站的重要辅助设备，当空压机运行出现故障时会直接影响水电站供气系统的稳定性，进而威胁机组的安全稳定运行。文章对某水电站在生产过程中出现的低压空压机运行无反馈问题进行了深入分析，并采取措施彻底解决了该问题，对类似问题的解决有着一定的借鉴意义。