濾油磁柵在調速器液壓系統中的安裝與應用

廖　潤，　邵 建 林，　陳　杰

(二灘水力發電廠，四川 攀枝花　617000)

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濾油磁柵在調速器液壓系統中的安裝與應用

廖潤，邵 建 林，陳杰

(二灘水力發電廠，四川 攀枝花617000)

摘要：調速器液壓系統存在很多金屬動靜配合面，在運行中高頻往復運動、磨損產生細小的金屬顆粒，是透平油污染物的主要成分；同時，調速器液壓系統內各部件間的高精度配合對油質要求高，透平油的污染度對系統工作的可靠性具有重大影響。通過在調速器回油箱中安裝濾油磁柵，能有效吸附透平油中的細小金屬雜質、凈化油品，提高調速器系統的可靠性。

關鍵詞：液壓系統；磨損；濾油磁柵；金屬顆粒；透平油；二灘水電站

1概述

二灘水電站位于攀枝花市境內的雅礱江下游，裝有6臺單機容量為550 MW的混流式水輪發電機組。調速器液壓系統使用#46汽輪機油，系統工作壓力為6 MPa，系統由油壓裝置、調速器、接力器、功能閥等組成。

油壓裝置由油泵、閥組、管路、壓力油罐組成，3臺主油泵及1臺輔助油泵安裝在回油箱上，均為立式三螺桿泵。油泵的卸載、加載通過泵出口閥組及其先導電磁閥控制。

機組調速器采用瑞士HYDRO VEVEY公司設計制造的雙微機MIPREG600型，調速器三級伺服閥由電液轉換器、輔助接力器、差動接力器以及主配壓閥組成。其中電液轉換器屬于噴嘴擋板與滑閥結合式的伺服閥，其作用是將電流信號按比例轉換為輔助接力器活塞的相對位移，從而使一體化的差動接力器活塞與主配壓閥閥芯一起運動，最終控制導葉接力器動作。調速器三級伺服閥的控制壓力油源取自油壓裝置壓力罐，經油過濾器(PALL品牌HH8670C16KTSBM型)過濾后接入控制回路，濾芯精度為25 μm。

2調速器油系統污染引發的故障情況

調速器油系統的油質污染對整個調速器系統的工作可靠性具有重大影響，因油質污染引發的常見故障有卡澀、拒動、誤動、報警，尤其是金屬雜質還會引起主配、接力器等的密封面磨損，增大內漏。二灘水電站機組投運以來，曾發生類似事件，據分析，產生這種情況的原因有以下幾種。

(1)由于機械雜質堵塞伺服閥噴嘴或節流孔而導致機組自行增、減負荷，如2002年2月2日，#1機因伺服閥節流孔被雜質堵塞而導致機組溜500 MW負荷，系統頻率降低至49.76 Hz；2013年11月8日，#2機調速器伺服閥節流孔被雜質堵塞導致導葉開度不穩定，經檢查發現油過濾器濾芯松脫；2015年1月6日#5機停機時，因伺服閥上噴嘴被一金屬鐵屑局部堵塞導致導葉在全關狀態下出現調速接力器抽動現象。

(2)多次發生油過濾器濾芯被污染物堵塞導致壓差高報警，從而被迫縮短維護周期，如2013年8月1日，#2機調速器油過濾器因濾芯被油污堵塞導致壓差高報警；2014年10月4日，#3機調速器油過濾器因濾芯被油污堵塞導致壓差高報警。

(3)由于壓油泵出口電磁閥閥芯卡澀導致油泵無法加載，如2011年2月20日，#6機油壓裝置#1壓油泵由于電磁閥閥芯卡澀導致運行不加載；2013年5月11日，#3機油壓裝置#3壓油泵由于電磁閥閥芯卡澀導致運行不加載。

(4)由于透平油中污物楔入伺服閥間隙引發液壓卡緊故障[1]，如2009年8月4日，#5機伺服閥液壓卡緊故障，導致機組負荷調整時初期調節滯后，調整后期又超調與振蕩。

3透平油污染物及其危害分析

3.1透平油污染物分析

經觀察，調速器系統透平油中的污染物主要有兩類：一類是附著在回油箱內壁上或沉積在回油箱底部形成油泥的黑色雜質，調速器伺服閥、輔助接力器上也附著有大量此類雜質；另一類是金屬顆粒雜質，其直徑在1 mm以下，沉積在回油箱和壓力油罐底部，經分析其多數來自于壓力油罐補氣管路中的銹蝕物；其中前一類雜質占絕大多數。

2011年9月，電廠委托攀枝花市攀研科技產業有限責任公司對#5機調速器回油箱底部油樣進行了檢測分析，檢驗標準為《在用潤滑油磨損顆粒試驗法(分析式鐵譜法)》(SH/T0573-93)，分析試驗結果表明：

(1)油樣中的磨粒絕大多數形態表面光滑，呈薄片狀，顆粒細小均勻，其長軸尺寸范圍主要為5～25 μm，部分為0.5～5 μm，少量為25～50 μm，其厚度為0.15～2.5 μm，長軸尺寸與厚度之比大約為1.5∶1～20∶1，磨粒的長軸方向按磁力線方向排列，常溫下磨粒表面呈亮白色，判定為鑄鐵或鋼磨粒。

(2)系統中存在許多金屬磨粒嵌在透明非晶體的基體上，可以判定該物質為摩擦聚合物，是潤滑劑在臨界接觸區受到超高應力作用而產生的。金屬磨粒被摩擦聚合物包圍，導致液壓油粘度過高。

3.2透平油污染物危害分析

(1)根據上述檢測結果得知，此類黑色雜質即金屬磨粒是由運動副的磨損產生，整個調速系統可能產生此類金屬磨粒的運動副有2個：一是調速接力器(用于活塞或活塞環與活塞缸之間)；二是主配壓閥(用于閥芯與閥體之間)。接力器與主配壓閥處于調速器系統主操作油回路中，而在油路中僅設有粗濾網，故無法對此類金屬磨粒進行過濾。金屬磨粒產生于運動副的磨損，同時，隨系統油流循環至運動副又將加重磨損。

(2)金屬磨粒長軸尺寸范圍主要為5～25 μm，而三級伺服閥控制油路油過濾器所配用的型號為HC9600FKT8H的濾芯過濾精度為25 μm，不能對細小金屬磨粒進行很好的過濾，雖然其尺寸不足以對伺服閥噴嘴和節流孔造成堵塞，但其可能淤積至伺服閥間隙而導致液壓卡緊故障。

(3)透平油中污染物較多，可能導致濾芯被快速堵塞進而導致油過濾器壓差高報警，縮短維護周期。

(4)金屬磨粒可能淤積至壓油泵出口閥組電磁閥閥芯處，導致電磁閥卡澀拒動、油泵無法加載。

(5)第二類較大的金屬顆粒雜質在正常情況下能被伺服閥控制油路中的過濾器所過濾，但由于濾芯依靠預緊力安裝，若預緊力較小則可能導致濾芯松脫，控制油流未經過濾直接進入伺服閥，將造成噴嘴或節流孔堵塞。

4濾油磁柵的設計及安裝

由于透平油中的污染物成分主要為金屬顆粒雜質以及由鑄鐵或鋼磨粒被摩擦聚合物包圍組成的雜質，均具有受磁性吸附的特性，故考慮在調速器回油箱中安裝濾油磁柵，采用磁性吸附對污染物進行去除。

回油箱總體尺寸為3 200 mm×2 100 mm×1 200 mm，回油箱進人孔位于頂部，尺寸為610 mm×410 mm。回油箱內部分為回油區和吸油區，兩區域之間裝有濾網。壓油泵布置于吸油區；回油區設有兩塊高度為400 mm的隔板，形成一條迂回流道，以引導機組調速系統回油均勻通過濾網進入吸油區(圖1)。

圖1　調速器回油箱結構示意圖

針對回油箱內回油區被隔板分隔成迂回流道的結構，擬定了以下解決方案：

(1)設計、制作3個立方體濾油磁柵，其外部為不銹鋼框架，設置把手以便于搬運及安裝；內部垂直于油流方向錯列分布3排磁棒，磁棒由不銹鋼管內填充永磁性材料制成。

(2)濾油磁柵的安裝位置考慮2個因素：①讓所有從回油區進入吸油區的透平油都能經過濾油磁柵的吸附過濾；②回油箱內布置有油泵回油管，進人孔上安裝有插入式油位傳感器，濾油磁柵的安裝位置需在現有空間條件下選擇。最終確定將濾油磁柵安裝于進人孔右側與#3油泵回油管之間。

(3)濾油磁柵的尺寸需考慮3個因素：①被隔板分隔成的迂回流道寬度不同，各濾油磁柵寬度需與流道寬度一一對應；②濾油磁柵的整體長度需結合現場實際，滿足插入式油位計與#3油泵之間的空間限制；③回油箱正常運行油位為450 mm，最高運行油位為550 mm，濾油磁柵高度應與最高運行油位相適應。

(4)安裝方法：將3個磁柵并列放置在回油箱內的迂回流道中，在框架把手同一高度鉆φ10通孔，用螺栓將磁柵兩兩把合并用金屬管箍將磁柵與#3油泵回油管綁扎固定，使磁柵在回油箱工作油流中能保持穩固(圖2)。

圖2　濾油磁柵在回油箱中的安裝與固定

2013年機組檢修工作中，在#6機調速器回油箱中首次安裝了濾油磁柵，3個濾油磁柵尺寸(長×寬×高)分別為320 mm×250 mm×550 mm、320 mm×380 mm×550 mm、320 mm×320 mm×550 mm。其中磁柵長度確定為320 mm，以使3排磁棒間距適宜，根據流道寬度確定磁柵寬度、根據回油箱最高工作油位確定磁柵高度為550 mm。

5濾油磁柵的使用效果

(1)濾油磁柵能大量吸附雜質。2014年，在#6機檢修工作中，發現濾油磁柵有效吸附了透平油中的大量機械雜質(圖3)，淤積在回油箱底部以及附著在回油箱內壁上的油泥均大大減少；同時，油泥被吸附固定，不再隨油流循環進入調速器液壓系統，從而減小了設備運動副的磨損。

(2)安裝濾油磁柵后油樣顆粒度數據改善。統計分析，#6機回油箱安裝前后2 a的回油箱定期油樣化驗結果顯示：安裝濾油磁柵前，#6機回油箱油樣顆粒度均值為15.9/12，安裝后均值為14.6/10.7，回油箱內透平油污染度有明顯改善(表1)。

圖3　濾油磁柵對雜質的吸附效果

(3)自2013年#6機回油箱安裝濾油磁柵至今，#6機調速器系統未發生因透平油污染物造成的故障。

表1　#6機回油箱油樣定期化驗結果表

6結語

在機組調速器回油箱中增裝濾油磁柵后，利用磁體的強磁性，能有效吸附透平油中的鐵磁性雜質，改善透平油品質，進而大大減少壓油系統故障，提高調速器系統的工作可靠性。二灘水電站經過首臺機組的使用評估，改造投資少，安裝簡便，收效顯著，目前6臺機組均已增設了濾油磁柵。

參考文獻：

[1]趙海英.二灘水電站調速器三級伺服閥典型液壓故障分析[J].中國農村水利水電,2012,53(4):115-117.

廖潤(1987-)，男，四川自貢人，助理工程師，學士，從事水電廠檢修維護工作；

邵建林(1984-)，男，浙江蘭溪人，工程師，學士，從事水電廠檢修維護工作；

陳杰(1972-)，男，四川仁壽人，副主任，高級工程師，學士，從事水電廠設備的檢修維護與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

作者簡介:

收稿日期:2015-07-18

文章編號:1001-2184(2016)01-0094-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV735;TV737