調(diào)速器液壓系統(tǒng)運(yùn)行中油溫異常的研究

宋海鵬，鄔海軍

（湖南省水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司大源渡航電樞紐分公司，湖南 衡陽 421000）

1 前言

大源渡水電站位于湖南省衡東縣境內(nèi)湘江干流上，距離衡山縣城18 km，裝有4臺30 MW的燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組，主機(jī)部分由安德里茨公司制造。水輪發(fā)電機(jī)的額定出力為30.76 MW，額定水頭為7.2 m，額定發(fā)電流量為472.1 m3/s，額定轉(zhuǎn)速為65.2 r/min。

2 調(diào)速器液壓系統(tǒng)簡介

大源渡水電站調(diào)速器系統(tǒng)的液壓部分由調(diào)速器供油系統(tǒng)、機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、壓力油罐、壓縮空氣系統(tǒng)、過速飛擺、重錘卸荷閥、導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置等組成。其中調(diào)速器供油系統(tǒng)包括調(diào)速器油箱，2臺調(diào)速器油泵（1號、2號）及其控制單元，1臺調(diào)速器補(bǔ)給油泵（3號）及其控制單元，以及相應(yīng)的控制與監(jiān)視設(shè)備。

油壓裝置是供給調(diào)速器壓力油源的設(shè)備，也是水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。由于調(diào)速器所控制的水輪機(jī)體積龐大、需要足夠大的接力器體積和容量克服導(dǎo)水機(jī)構(gòu)承受的水力矩和摩擦阻力矩，故使其油壓裝置體積和壓力油罐容積都很大。油壓裝置壓力罐必須有60%～70%容積的壓縮空氣和30%～40%容積的壓力油，以使油量變化時壓力變化最小。

水輪機(jī)調(diào)節(jié)要求調(diào)速器動作靈敏、準(zhǔn)確、安全可靠。若動力油不清潔或質(zhì)量變差，勢必使調(diào)速器液壓件產(chǎn)生銹蝕、磨損，對精密液壓件造成卡阻和堵塞，給調(diào)速器工作帶來不良影響甚至嚴(yán)重后果。

3 油溫異常事件經(jīng)過及臨時處理

3.1 現(xiàn)象

2號機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行過程中，上位機(jī)簡報窗口多次發(fā)“2號機(jī)組調(diào)速器油箱油溫高”黃色信號，監(jiān)盤界面中2號機(jī)組控制畫面亦有“調(diào)速器油箱溫度高”黃色信號。查詢機(jī)組壓力油罐壓力曲線，發(fā)現(xiàn)其壓力下降緩慢，5.943 MPa的壓力在1 h后僅緩降至5.874 MPa，正常情況下壓力油罐壓力從6.0 MPa降到5.8 MPa約用時8 min，現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)2號機(jī)組調(diào)速器回油箱油溫為63 ℃，已超過溫度高報警值60 ℃，3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵負(fù)載燈一直亮，3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵一直帶負(fù)載運(yùn)行。

圖1 機(jī)組壓力油罐壓力曲線的變化情況

3.2 現(xiàn)場處理過程

為防止油溫繼續(xù)上升，運(yùn)行人員現(xiàn)地手動切停2號機(jī)組3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵，之后壓力油罐壓力開始下降。密切注意機(jī)組壓力油罐壓力，待壓力降至5.75 MPa時，重新手動啟動3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵，油泵空、負(fù)載切換正常。40 min后，再次出現(xiàn)壓力油罐壓力不降，補(bǔ)給油泵還是一直負(fù)載運(yùn)行， 初步判斷3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵控制單元有故障，隨即在2號機(jī)組輔機(jī)控制屏將3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵控制旋鈕切至停止位，并斷開其電源空氣開關(guān)，關(guān)閉2號機(jī)3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵出油閥。

4 原因分析

4.1 調(diào)速器油泵的運(yùn)行方式

1號、2號調(diào)速器油泵在6.0 MPa時流量為850 L/min，可滿足水輪機(jī)在各種條件下運(yùn)行的要求。機(jī)組正常運(yùn)行時3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵連續(xù)運(yùn)行，并且在運(yùn)行油壓降至設(shè)定壓力5.8 MPa以下時，通過壓力繼電器動作自動帶上負(fù)載往壓力油罐內(nèi)打油，當(dāng)壓力上升到6.0 MPa時，從負(fù)載轉(zhuǎn)空載運(yùn)行。備用油泵（1號、2號）分別在壓力低于5.7 MPa、5.5 MPa時自動啟動，當(dāng)壓力上升到6.0 MPa時停止運(yùn)行。機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)時，當(dāng)壓力油罐壓力下降到5.5 MPa時，3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵自動啟動向壓力油罐打壓至6.0 MPa時停止；而備用調(diào)速器油泵不能自動啟動，但可以手動啟動向壓力油罐補(bǔ)油。

3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵的工作原理（圖2）：油泵空載運(yùn)行時，油泵出口用于控制的油流經(jīng)截止閥2016/3、過濾器2014/3、油泵引導(dǎo)閥—Y33流至調(diào)速器回油箱；卸荷閥2101/3的B腔壓力低，其活塞打開，油泵抽上來的油經(jīng)卸荷閥2101/3的A腔流回調(diào)速器回油箱。當(dāng)系統(tǒng)油壓小于5.8 MPa時，油泵引導(dǎo)閥—Y33的電磁線圈通電，控制油至回油箱的回路被切斷，并在卸荷閥2101/3的B腔形成高油壓，關(guān)閉其活塞，經(jīng)卸荷閥2101/3的A腔至調(diào)速器回油箱的油流被中斷，油管路中壓力升高，此時止回閥2102/3被頂開，壓力油通過油管路被打至壓力油罐。

油泵控制單元中的油泵安全裝置保證油泵不過壓。總共有3級：油泵本體上設(shè)有一級,動作壓力為7.0 MPa；油泵出口控制回路中設(shè)有兩級，一級當(dāng)油泵出口壓力達(dá)到6.2 MPa時動作，另一級當(dāng)油泵出口壓力達(dá)到6.5 MPa時動作。

圖2 補(bǔ)給油泵工作原理圖

4.2 油溫高報警原因分析

原因1：3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵的控制油過濾器濾芯堵塞。由于補(bǔ)給油泵的控制油過濾器濾芯堵塞，濾芯后控制油壓下降，卸荷閥2101/3的B腔油壓不能使活塞完全關(guān)閉，A腔可小開度開啟，部分油流經(jīng)A腔流回調(diào)速器回油箱，導(dǎo)致此時3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵不能將油全部打入壓力油罐，機(jī)組用油和經(jīng)A腔流回調(diào)速器回油箱的油與油泵供油達(dá)到平衡，壓力油罐壓力無法達(dá)到油泵停泵壓力6.0 MPa，故補(bǔ)給油泵一直負(fù)載運(yùn)行。由于此時卸荷閥A腔比正常泄壓時開度小，油壓增加，油流速度變大，調(diào)速器油在管道內(nèi)高壓高速循環(huán)摩擦生熱，最終導(dǎo)致回油箱油溫升高。

原因2：3號油泵引導(dǎo)閥—Y33閥芯卡澀。3號油泵引導(dǎo)閥—Y33電磁閥動作后，因機(jī)械雜質(zhì)或閥芯磨損等原因造成閥芯動作不到位，濾芯后控制油壓下降，卸荷閥2101/3的B腔油壓不能使活塞完全關(guān)閉，A腔可小開度開啟，部分油流經(jīng)A腔流回調(diào)速器回油箱，導(dǎo)致此時3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵不能將油全部打入壓力油罐，機(jī)組用油和經(jīng)A腔流回調(diào)速器回油箱的油與油泵供油達(dá)到平衡，壓力油罐壓力無法達(dá)到油泵停泵壓力6.0 MPa，故補(bǔ)給油泵一直負(fù)載運(yùn)行。由于此時卸荷閥A腔比正常泄壓時開度小，油壓增加，油流速度變大，調(diào)速器油在管道內(nèi)高壓高速循環(huán)摩擦生熱，最終導(dǎo)致回油箱油溫升高。

原因3：油泵出口安全閥動作整定值運(yùn)行中發(fā)生變化，在油壓上升至5.943 MPa時動作，造成壓油槽壓力不能上升至停泵壓力6.0 MPa，油泵一直打壓，調(diào)速器油在管道內(nèi)高壓高速循環(huán)摩擦生熱，造成調(diào)速器油溫升高。

維護(hù)人員首先對油泵控制油過濾器濾芯進(jìn)行了更換，正常運(yùn)行一段時間后，再次出現(xiàn)“2號機(jī)組調(diào)速器油箱油溫高”告警信號，排除過濾器濾芯堵塞的原因；更換引導(dǎo)閥—Y33運(yùn)行一段時間后又出現(xiàn)了“2號機(jī)組調(diào)速器油箱油溫高”現(xiàn)象，判斷可能系油泵出口安全閥動作整定值發(fā)生了變化，用主用油泵將壓油槽油壓升至正常后，將調(diào)速器油泵停泵壓力調(diào)至6.3 MPa，啟動3號調(diào)速器補(bǔ)給油泵往壓力油罐打壓，壓力油罐油壓上升至6.03 MPa時油壓不能再上升，判斷油泵出口安全閥動作整定值偏低，在6.0 MPa左右，運(yùn)行中如安全閥性能有所下降就可能會誤動作，將一級安全閥動作值調(diào)整至6.2 MPa后，運(yùn)行過程中未再出現(xiàn)調(diào)速器油箱油溫高告警的情況。

5 事故預(yù)防及改進(jìn)措施

5.1 定期、隨機(jī)濾油

對于速器系統(tǒng)，其控制器件精密，例如比例閥、引導(dǎo)閥和濾芯等，故該系統(tǒng)對油質(zhì)要求較高。為保證調(diào)速器系統(tǒng)用油的穩(wěn)定性，應(yīng)該經(jīng)常性地開展定期、隨機(jī)性濾油工作。

5.2 定期更換油路濾芯

在機(jī)組檢修和日常維護(hù)時，對于調(diào)速器油泵的控制油過濾器濾芯、回油過濾器濾芯等，采取只更換、不清洗的原則，這能有效地遏制調(diào)速器油系統(tǒng)因濾芯堵塞引起的各種故障。

5.3 定期對安全閥整定值進(jìn)行校驗

在機(jī)組檢修時對各級安全閥動作整定值進(jìn)行校驗，確保其動作正確和可靠。

5.4 加強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)盤和巡視

對機(jī)組的重點(diǎn)部位，應(yīng)該加大日常運(yùn)行監(jiān)盤和巡視力度，確保及時發(fā)現(xiàn)和處理類似此種機(jī)組調(diào)速器壓力油罐壓力及回油箱油溫異常的現(xiàn)象。

6 結(jié)束語

水輪機(jī)調(diào)速器是機(jī)組的主要調(diào)節(jié)與控制設(shè)備，在電站的運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器由于采用高可靠性的器件，可靠性大幅提高，故障概率較低。但因產(chǎn)品質(zhì)量、調(diào)試水平及維護(hù)情況等方面的因素，難免會出現(xiàn)異常現(xiàn)象。此外，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由調(diào)速器和調(diào)節(jié)對象所構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)不僅取決于調(diào)速器的產(chǎn)品質(zhì)量、參數(shù)調(diào)整、正確的運(yùn)行維護(hù)，還與調(diào)節(jié)對象特性與運(yùn)行工況有密不可分的關(guān)系。