沙河抽水蓄能電站發電電動機上導油盆蓋改造

孫成玲

（江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 概述

沙河抽水蓄能電站安裝兩臺單機額定容量為50 MW立軸單級可逆混流式水泵水輪機（HLN178-LJ-332）及三相立軸懸式空冷可逆式同步發電電動機（SFD50-20/630），主機設備由原法國ALSTOM設計制造，總裝機容量為100 MW，設計年發電量1.82億kW·h，抽水電量2.44億kW·h。其中水泵水輪機安裝高程為-8 m，發電額定水頭97.7 m，單機發電額定流量60.8 m3/s，抽水最小揚程101 m，單機最小揚程抽水流量53.7 m3/s。

2 改造原因

發電電動機上導油盆蓋是機組組成件中的“較小”部件，其主要作用是防止轉軸與靜止部件之間的油霧泄漏[1]，同時還起到固定上導擺度測量傳感器、轉軸與軸瓦等電位碳刷、油霧吸收管道等作用。上導油盆蓋結構是否合理將直接影響機組安全穩定運行。

沙河抽水蓄能電站發電電動機推力軸承和上導軸承均安裝在上機架油盆內，原法國ALSTOM設計制造的上導油盆蓋由碳鋼座圈、環氧密封環及抽油霧裝置等組成，其碳鋼座圈通過固定螺栓與上機架連接，布置在發電電動機轉子上方，位于發電電動機風洞內，如圖1所示。

圖1 原法國ALSTOM提供的上導油盆蓋及抽油霧裝置

上導油盆蓋自2002年投運以來，因上導油盆蓋強度不夠，導致機組檢修過程中常出現油盆蓋變形現象，每次拆卸、回裝時，均需要對其環氧密封環進行修磨，以解決因油盆蓋變形帶來的安裝困難的問題。歷經多次修磨上導油盆蓋油封間隙由最初的單邊0.5 mm變為單邊1 mm，局部達2 mm，因軸封間隙過大導致密封不嚴，無法形成氣密腔，以至產生大量潤滑油、油霧泄漏致使發電電動機風洞內油霧較多[2]，污染發電機定轉子線圈、上下機架、測量裝置等，造成絕緣降低[3]，危及機組安全運行。

3 改造過程

3.1 第一次改造

為解決上導油盆蓋存在的強度低，容易形變，拆卸、回裝困難，油盆蓋氣封間隙逐漸增大，油霧泄漏等問題，2010年，沙河抽水蓄能電站組織對上導油盆蓋進行改造。通過市場調查研究分析，決定采用哈爾濱通能電氣股份有限公司設計制造的4片組裝接觸式密封蓋[4]，如圖2所示。

圖2 上導油盆蓋—4片

改造后的4片組裝接觸式油盆蓋由座圈及接觸齒組成。其中座圈采用特種輕質鋁合金制成，具有強度大、不易變形等特點；接觸式密封齒采用非金屬多元復合碳精材料，具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、自潤滑功能、耐化學腐蝕等特性。接觸式油盆蓋主要功能如下：

（1）4片組裝接觸式油盆蓋座圈強度大，不易變形。缺點是相對較重，安裝過程中會出現損壞接觸齒的現象。其主要性能參數如下：

比 重：1.56

抗壓強度：≥105 MPa

肖氏硬度：≥55

摩擦系數：0.03

使用溫度：≤700℃

介質壓力：3 MPa

（2）4片組裝接觸式油盆蓋設置限位功能。精確的限位裝置能有效限制接觸齒的進給量，使接觸齒與轉軸之間減少磨損，保證接觸齒與轉軸之間保持零間隙。

（3）4片組裝接觸式油盆蓋座圈固定件均加裝絕緣套管。每個連接螺栓都加裝了絕緣套管，使密封蓋與機架之間絕緣。

（4）4片組裝接觸式油盆蓋設置油霧自回收功能。通過油霧過濾呼吸器對機組運行中產生的油霧進行自回收。其中油霧過濾呼吸器由罩體、本體、折流板、集油器等組成，使油霧在通過折流板到集油器的過程中，由油霧凝結成油滴，返流回油槽內，經過過濾的空氣被排出，使油槽內外壓差保持一致。

（5）4片組裝接觸式密封齒采用多等分方式。接觸式密封齒按圓周方向等分成若干偶數等份，每等份均能徑向前進和后退，靈敏度高，能緊隨軸的位移做徑向跟蹤，保障接觸式密封蓋在轉軸徑向擺動時一直保持和轉軸間無間隙狀況下穩定運行。

（6）4片組裝接觸式密封齒具有補償及退后功能。接觸式密封齒每等分均可徑向前進或后退，前進量徑向單邊為1 mm，后退量徑向單邊為2.5 mm，靈敏度高，能夠有效補償在運行中的磨損量，保證接觸齒與轉軸之間保持零間隙。

沙河抽水蓄能電站上導油盆蓋通過第一次改造，解決了原法國ALSTOM設計制造的上導油盆蓋強度低、易變形、軸封密封失效的問題。但是在機組實際運行過程中出現了新的問題：

（1）4片組裝接觸式密封齒長時間與轉軸摩擦接觸，碳粉落入油盆內引起軸瓦和轉軸間絕緣下降，軸瓦磨損問題；同時接觸齒與轉軸接觸面出現“啃軸”現象。

（2）油盆蓋座圈與上機架之間接觸部分用耐油絕緣墊相隔，通過48只套環氧樹脂的螺栓固定，絕緣墊震動位移、環氧樹脂套管破損，破壞油盆蓋板與上機架的絕緣，引起軸電流。

（3）耐油絕緣墊并非整體且螺栓孔洞較多，對位困難，蓋板結構緊湊，現場作業空間小不具備吊裝條件，油盆蓋又較重，拆裝不便，易造成接觸齒出現損壞的問題。

3.2 第二次改造

為有效解決上導油盆蓋第一次改造中帶來的新問題，2016年，沙河抽水蓄能電站再次組織對4片組裝接觸式上導油盆蓋的結構、位置、工作環境等進行研究分析，向制造廠提出了由4片組裝而成的接觸式油盆蓋改為8片組裝而成接觸式蓋板，如圖3所示。

圖3 上導油盆蓋—8片

8片組裝接觸式上導油盆蓋的座圈分為主副兩圈座圈，在主座圈上留有10 mm的副座圈平推距離，主副座圈分別留有吊孔，將主副座圈之間、主座圈與上機架之間密封均由密封墊改為“O”型密封條。同時將8片接觸式油盆蓋的接觸齒材料由碳精材料改為新型非金屬多元復合材料，該材料除了具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、自潤滑功能、耐化學腐蝕等特性外，還具有優良的電絕緣性能。

4 改造成果

近6年的機組運行情況表明，自2016年沙河抽水蓄能電站安裝了8片接觸式上導油盆蓋不僅徹底解決了原法國ALSTOM提供的上導油盆蓋的諸多問題，還有效消除了4片接觸式油盆蓋帶來的“啃軸”、軸電流超標、安裝過程中接觸齒破損等問題。8片接觸式油盆蓋具有如下優點：

（1）上導油盆蓋接觸齒采用新材料。機組運行時，不需再考慮上導油盆蓋板與上機架之間絕緣問題，兩者可直接接觸，免去安裝環氧樹脂套管和耐油絕緣墊，降低了故障風險和拆裝困難。

（2）上導油盆蓋結構改進后，主座圈（外圈）起吊時有更大作業調整空間，避免磕碰大軸；副座圈直接可以單人手拎至主座圈大致位置，并平推到位，便于拆裝，消除了拆裝過程中損壞接觸齒的隱患。

（3）上導油盆蓋密封改進后省去了密封墊的螺栓打洞、對孔調整等工作，節省了檢修作業時間，保障了安裝質量，消除了安全風險。

綜上所述，接觸式上導油盆蓋有效地解決了沙河抽水蓄能電站機組油霧泄漏的問題，此種接觸式密封裝置通過完整的力學鏈來保證和約束接觸齒與轉軸之間的壓力，在此力學鏈的控制下，密封裝置和轉軸之間能夠有效接觸，形成零間隙，既滿足了動態的運行，又實現了靜態的需要，將動態與靜態有機地結合在一起，以滿足運行中各種壓力的需求，包含動靜結合處真實運行工況下可能需要的所有功能，從而達到長期有效的理想的密封效果。

5 結語

沙河抽水蓄能電站對技術改造工作務求做精、做細、做實，從“小”處著眼，以務實的態度，引入合作對象，大膽創新嘗試，解決機組運行中的“大”問題。其中上導油盆蓋改造著眼新材料的使用，創新優化設備結構，消除了機組運行過程中因油霧泄漏而帶來的安全隱患，解決了水電機組常見的難題。改造成果可為其他常規水電機組或抽水蓄能機組類似改造提供參考，具備推廣價值。