某抽水蓄能電站高壓油減載系統優化改造

楊益文，高遠良

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

1 某抽水蓄能電站概況

1.1 基本情況

電站安裝有4臺單機容量為300 MW的混流可逆式水泵水輪/發電電動機組，裝機容量為1 200 MW。機組額定水頭430 m，額定轉速428.6 r/min。電站發電電動機型號為SFD300/325-14/6650，采用立軸懸式結構，推力軸承位于轉子上部的上機架中心體內，采用組合軸承設計方式，與上導軸承位于同一油槽內，推力軸承瓦與上導軸承瓦各12塊，且采用外加泵外循環冷卻方式。水泵水輪機型號為HLBD574-LJ-416，為立軸、單級、混流可逆式機組。

1.2 抽水蓄能電站的特點

電站地處電網負荷及電源中心，其日常運行，擔負著電網調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等任務，機組啟停頻繁，單機日均啟、停達3次以上，具有運行強度高且運行方式多變、操作頻繁等特點。

2 機組高壓油減載系統及運行情況

2.1 高壓油減載系統參數

高壓油減載裝置系統是為電站機組啟停過程中給推力軸承瓦面與鏡板間注入高壓油而設計的動力機構，裝置包括2臺高壓油泵（分別由交流電機和直流電機驅動）、油泵吸油過濾器、油泵出口單向閥、溢流閥、油泵出口過濾器、壓力開關、流量開關及壓力表等。裝置具體參數如表1：

表1 高壓油減載裝置參數

2.2 高壓油減載系統日常運行若干異常情況

（1）高壓油減載裝置在日常運行中，油流流量正常信號通過高頂泵出口單一的流量計顯示并接線采送，最終傳送至上位機監控，元件動作信號不穩定，較易出現高壓油流量異常報警。

（2）壓力信號由過濾器出口壓力變送器傳送，壓力值雖能達到最小要求壓力，但可觀察到油泵運行時伴隨有異響，油流出口機械表壓力指示波動大且流量計伴隨有流量波動。

（3）在機組上位機監控開停機流程步序反饋、高壓油頂系統正常和機組靜止態的判斷中，“高壓油流量正常”信號和“高壓油壓力正常”信號為“或”的關系，易出現高壓油減載系統異常誤報警。

（4）機組停機時，在流程判斷機組轉速小于1%，收到“球閥緊停閥復歸”與“調速器緊停閥復歸”信號后，上位機監控流程將立即發高頂泵停止運行指令。

（5）系統出口濾油器時常出現前后壓差異常報警，濾油器濾芯拆裝不易，不便于清洗。

（6）在機組月度定期維保推力瓦抽瓦檢查時發現，組合油槽內推力瓦瓦面有較為明顯的磨損、損傷痕跡。

3 高壓油減載系統改造方案分析

根據原高壓油減載系統日常運行過程中的上述情況以及機組推力瓦瓦面損傷事件，協調設計制造廠家對系統進行深入檢查，再經多方討論分析后，得出以下結論：

（1）針對該系統現有控制邏輯的不足之處，有必要對高壓注油泵各參數監測，包括流量監測，壓力檢測等監測邏輯以及監測數據的可靠性進行優化，進一步保證高壓油系統運行時遠程監控數據，能夠真實反映高壓油減載系統的運行情況。

（2）推力軸承組合油槽內油因機組運行過程額定428.6 r/min高速旋轉，極易產生油沫、氣泡、氣隙及雜質，各軸承軸瓦間的磨損也不可避免的產生金屬顆粒物及粉末。原高壓油減載系統油流從推力軸承組合油槽直接取油通過高頂泵加壓，可能導致油流中夾雜著氣泡、油飛沫及各類雜質、金屬顆粒物吸入等情況，增加油槽雜質吸入推力軸承與鏡板間造成軸承與鏡板損傷的風險。

（3）系統溢流閥（安全閥）開啟壓力整定值偏低。高壓油泵啟動后，正常情況下，會在瓦面高壓油室瞬時形成較大的沖擊壓力，使鏡板和瓦完全脫開，當瓦面邊緣有油溢出后，油泵出口壓力才逐步下降達到穩態，瞬時沖擊壓力遠遠大于穩態工作壓力。如果溢流閥（安全閥）開啟壓力整定值偏低，高壓油泵啟動后，溢流閥將動作，將不能形成足夠的沖擊壓力，造成鏡板和瓦不能完全脫開，局部不能形成油膜，或者在低轉速下會造成瓦表面磨損，長期反復積累，造成推力瓦表面磨損不斷加劇，直至不能運行。

（4）系統濾油器不易清理，堵塞后影響高頂系統工作。高頂系統油泵前端設精濾器，后端設粗濾器，當濾油器出現堵塞現象后靜態頂起時表現正常，但當管路中出現動壓干擾時流量就會大幅波動，導致短時油泵供油不足，油膜很薄，出現推力瓦局部磨損現象。

（5）根據機組轉動部分靜態重量約520 t計算（計算結果如表2，管路總壓單位面積每1 MPa承重100 t），高壓油泵總流量選取15 L/min就滿足機組頂起需求，實際油泵總流量選取為30 L/min，裕度為100%。但這僅是按常規設計方法考慮，抽水蓄能機組運行近三年時間，起停次數相當于常規機組運行十幾年的水平，將流量裕度進一步提高，可提高機組長期運行的可靠性。

表2 高壓油泵總流量與可承重關系

4 高壓油減載系統改造

4.1 系統各參數信號邏輯修改及可靠性優化

在機組開停機流程步序反饋中，將“高壓油流量正常”信號和“高壓油壓力正常”信號由“或”關系改為“與”關系，只有同時滿足流量與壓力條件方允許開機。在靜止態判斷中，將“高壓油流量正常”信號和“高壓油壓力正常”信號由“或”關系改為“與”關系。在原流量開關旁邊新增一個流量開關，接線采用并接至原流量開關接點的接法，即送至監控的流量正常信號由兩付接點并接。從而增加元件動作可靠性，確保系統管路中油流信號的真實性。

在機組停機流程步序反饋中，于“球閥緊停閥復歸”與“調速器緊停閥復歸”信號后，增加30 s的TON延時模塊，讓高頂泵比之前多運行30 s，延長推力軸承與鏡板間承重面的潤滑時間，規避干摩風險。

4.2 系統取油口的優化

將原先高壓油系統油流從推力軸承組合油槽直接取油的方式，改造為從組合軸承油槽推力外循環油泵過濾器后方管路取油。一方面油流先經過推力外循環泵加壓，將更加順暢無氣泡，另一方面油流通過推力外循環油泵過濾器過濾后，進入高壓油減載系統的油將更加潔凈，顆粒物雜質更少，從而達到降低油流雜質的目的。

4.3 系統高頂交、直流泵及濾油器的改造

將各機組高頂直流泵以及交流泵油泵輸油量由目前30 L/min提高到45 L/min，并將原油泵入口濾油器改為更方便清洗和更換濾芯的結構，品牌更改為：匯益，型號：HYTF0009W125BGV3，過濾精度仍為125 μm。當出口過濾器時常出現前后壓差異常時，便于及時排除故障。

高頂泵油泵由原德國KRACHT外嚙合齒輪泵改為流量特性更優的德國REXROTH內嚙合齒輪泵，型號為：PGH4-30/032 RE11VU2。由于原系統油泵設計壓力為25 MPa、輸油量32.8 L/min（油泵排量24.6 mL/r），所配電機功率18.5 kW就能滿足要求，為保證足夠余量，提高了一個電動機標準功率等級到22 kW。更換新油泵后，查閱油泵功率曲線，在1 450 r/min、輸油量為46.9 L/min（油泵排量32.7 mL/r）驅動功率為21.1 kW。所以更換輸油量更高的油泵后，原電動機仍能滿足驅動要求。而油泵更換后需要更換與之匹配的聯軸器、鐘形罩、油泵進出油法蘭，并重新對該段管路進行裝配。

考慮到現場濾油器布置空間限制及在滿足使用要求的條件下盡量減少現場管路改動和配管工作量，通過與濾油器制造廠協商，將新的油泵入口過濾器進、出口螺紋保持與現濾油器相同，根據安裝要求，重新制作安裝架，安裝新濾油器并現場配制與該濾油器有關的管道。高壓油減載系統改造零部件如表3：

表3 改造零部件表

經改造后，某抽水蓄能電站高壓油減載裝置參數如表4：

表4 改造后高壓油減載裝置參數表

5 試運行

按上訴方案改造后，某抽水蓄能電站高壓減載系統經調試后試運行，系統流量正常元件動作信號值穩定，再無高壓油流量異常報警。出口壓力表壓力值穩定在10 MPa無波動，泵運行時聲音流暢無異響。出口過濾器前后壓差正常，月度維保推力瓦抽瓦檢查瓦面完好無損傷痕跡。高壓油減載系統運行穩定，遠程監控可靠。情況表明，該改造方案可行。

6 結語

該改造方案下的抽水蓄能電站高壓油減載裝置，在面對抽水蓄能電站日常高強度運行情況下，為機組在低轉速時，推力瓦面與鏡板間提供潤滑油膜，防止出現軸瓦間干摩發揮著舉足輕重的作用，其穩定性及可靠性，將充分保證抽水蓄能電站機組的正常啟停機，滿足電網對負荷調節的各種需求。

望本文能對其他類似抽水蓄能電站高壓油減載系統改造，提供參考。