甘再PH2水电站灯泡贯流式机组润滑油系统运行方式及其缺陷分析

胡晓东

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰611833)

1 概述

甘再PH2水电站项目是柬埔寨第一个大型水电站项目，也是外国公司在柬埔寨开发的最大的水电工程，同时也是中国水电建设集团第一个境外BOT水电站项目和目前中国在柬埔寨最大的投资项目，具有发电、灌溉、防洪等多项功能。

甘再PH2水电站1#～3#机组为灯泡贯流式机组，水轮机型号为GZTF07B－WP－275，发电机型号为SFWG3100－36/3260;机组为两支点双悬臂布置，水轮机与发电机同用一根轴，额定功率为3.1 MW，额定转速166.7 r/min，额定流量52.472 m3/s，额定水头6.8 m。

2 润滑油系统功能

2.1 轴承低压润滑油系统

甘再PH2水电站三台3.1 MW灯泡贯流式机组采用卧轴两支点悬臂布置，共设两个轴承，即水轮机径向轴承和发电机组合轴承。水导径向轴承和发电机组合轴承均为动静压结合式油膜轴承，轴承使用的润滑油为L－TSA46汽轮机油。

甘再PH2水电站3.1 MW灯泡贯流式机组轴承润滑油系统采用强迫外循环冷却方式，由高位油箱(高程31 m)、低位油箱(廊道高程6.3 m)、高位油箱供油泵(安装于低位油箱)、油冷却器(廊道高程6.3 m)、管路电动球阀(高程16 m)、流量开关等组成。润滑油系统循环路径为:高位油箱→水导轴承、发电机径向轴承→低位油箱→油泵加压→油冷却器→高位油箱。

轴承供油系统的作用:一是在轴承间或滑动部分间形成油膜，以润滑油内部的摩擦代替固体干摩擦，从而减少设备的发热和磨损，延长设备寿命，保证设备的性能和安全，即润滑作用;二是散热作用，润滑油润滑轴承后，摩擦产生的热量由润滑油带走，热油分两路经管道汇入低位油箱，低位油箱上的油泵将热油泵出并经冷却器冷却后送至高位油箱，以此循环往返。

2.2 高压油顶起装置

高压油顶起系统安装有2台高压油泵(安装于低位油箱)，油泵额定压力20 MPa，一台主用，一台备用。当水轮发电机组启动或停机过程中转速低于95%额定转速时，轴承作静压运行，此时由高压油泵供给高压油至轴瓦下部的油囊形成油膜，将主轴顶起，避免在低速时油膜破裂导致烧坏轴瓦。机组停机时高压油顶起装置的即时投入，可以克服因机组在低转速区时的不安全因素，可以减小因润滑油中断引起的事故停机时对轴承的损坏程度。

3 润滑油系统的运行方式

3.1 润滑油系统的运行方式

润滑油系统设有高位油箱，可保证进入轴承的润滑油压稳定、供油流量充足持续。其运行方式为:机组开机令后，主用油泵启动，润滑油供油总电动球阀打开向机组水导、发电机组合轴承供油，供油管路上流量开关检测到流量正常后向上位机发流量正常信号。机组正常运行时，主用油泵不间断运行向高位油箱供油，将油位控制在溢流面与正常油面之间;若主用油泵发生故障、流量减少、高位油箱油位降低时，高位油箱油位过低报警信号判断主用油泵有故障，须及时投入备用油泵，以保证机组润滑油供应正常。溢油通过溢流管排至低位油箱，若因其他故障使高位油箱油位低于油位下限，启动备用油泵，两台油泵同时向高位油箱供油，直至油位达到正常油位后停止备用油泵，主用油泵继续运行。

为防止机组轴承润滑油温度过低，在低位油箱、高位油箱设有温度计、加热器。当高、低位油箱油温小于10℃时投入加热器，大于15℃时退出加热器;当低压油管路出口油温大于55℃时报警。

3.2 高压油顶起装置的运行方式

高压油顶起装置由厂用交流电源供电。在机组起动或停机时，机组转速低于额定转速的95%时投入。高压油泵的自动开/停由监控系统控制，当主泵启动30 s后还未达到压力开关动作值时，立即启动备用泵。主备用泵的切换采用手动切换方式。在机组开机准备时投入高压油顶起，压力开关动作并经延时判为高压油顶起正常。正常停机时，在停机令后立即投入高压油顶起，压力开关动作延时判断高压油顶起正常，直至机组完全停止转动并延时3 min后退出高压油顶起。

4 润滑油系统存在的缺陷及其改进方法

4.1 低位油箱存在的问题

4.1.1 低位油箱容积偏小

低位油箱的容积应满足高位油箱、水导径向轴承、组合轴承、管路以及正常运行放空后的容积总和。PH2电站3.1 MW灯泡贯流式机组低位油箱设计尺寸为1 600 mm×1 284 mm×1 100 mm(2.259 m3)，高位油箱设计尺寸为1 335 mm×970 mm×1 480 mm(1.916 m3)，供油管路(φ76×3.5 mm)总长约25 m，设备厂家未给出水导径向轴承油室和组合轴承油室实际容积。为检查低位油箱的实际储油情况，通过以下实验检测，将低位油箱的油位加至最高油位(油位上限)，在供油管路、轴承油室、回油管、高位油箱均无油时，关闭供油总电动球阀，将低位油箱的润滑油通过低压油泵打至高位油箱，此时检查发现高位油箱油位是最高油位(油位上限)，但处于溢流管口以下(未溢流)，距离油箱顶部约300 mm(约0.38 m3)。通过以上实验说明低位油箱小于高位油箱溢流管口以下、供油管路、轴承油室容积之和，容易造成高位油箱最低液位不能保证机组在两台润滑油泵失电或故障时能安全停机的要求。

4.1.2 低位油箱的技改措施

(1)PH2电站三台3.1 MW灯泡贯流式机组在运行发电初期，其润滑油系统多次由于高位油箱油位下下限报警信号导致事故停机或开机失败。为了避免故障报警，确保机组安全稳定运行，采取了一系列应对措施:一是在补充高位油箱油位时以低位油箱的油位不溢出为原则;二是降低高位油箱溢油管口的高度，让富裕的油通过溢油管直达低位油箱，从而防止因低位油箱的油位过低在开机或停机过程中不能正常启动高压油顶起油泵，无法提供压力油源的问题出现;三是将高位油箱油位开关在原基础上降低100 mm，防止高位油箱油位过低(下下限)而事故停机。经过5个月的运行发电，因润滑油高位油箱油位过低(下下限)而导致的机组事故停机的频次大大降低。

(2)为了彻底改善润滑油系统存在的缺陷，防止因低位油箱的容积偏小、高位油箱存油量太少而导致机组事故停机以及电网突然停电机组甩负荷时无润滑油烧毁轴瓦的问题出现，应在机组大修或技改时，在机组润滑油系统原高、低位油箱的基础上再增加一个油箱与之连通增大容积，以满足机组安全运行的需要。

4.2 高压油顶起装置无备用电源

(1)高压油顶起装置的运行要求及存在的问题。高压油顶起装置在机组起动或停机时，机组转速低于额定转速的95%时投入。轴承作静压运行时，由高压油泵供给高压油至轴瓦下部的油囊形成油膜，将主轴顶起，避免在低速时油膜破裂导致烧坏轴瓦。在近6个月的运行过程中发现，PH2电站没有外引备用电源，同时，由于贡布省电网十分薄弱，主要依靠外购越南的电力来维持日常生产及生活，且因电网的不稳定而经常瞬间停电，使运行中的发电机组突然甩负荷事故停机或过速，在此过程中，由于电源消失，高压油顶起装置无法投入运行。

(2)备用电源处理方案。针对贡布电网薄弱的实际情况，为应对电网瞬间停电使运行中的发电机组突然甩负荷事故停机或机组过速，厂用电源消失，高压油顶起装置无法投入等一系列问题，避免发电机组在低速时油膜破裂导致烧坏轴瓦，同时增强机组运行的安全性，建议高压油顶起装置在现有设备的基础上再增加一台直流电动油泵，采用二台交流主用、一台直流备用的高压油泵供油方式，直流油泵可选用高压直流电动液压油泵。

4.3 润滑油管路自动化元件改进

(1)管路流量开关运行方式。

PH2电站3.1 MW灯泡贯流式机组在水导、正推、反推、发电机径向轴承供油管路进口设置了图尔克FCT型流量开关，在总供油管路上设置了电动球阀，将流量开关信号作为开机条件，使润滑油系统参与机组开机回路、机组事故停机回路以及事故报警回路，从而起到保护机组安全运行的目的。机组开机时，润滑油系统根据开机令，循环油泵启动保证高位油箱油位。当各轴承供油管路流量达到正常流量时，流量开关向上位机发轴承油流量正常信号。一旦机组水导、正推、反推、发电机径向轴承任一部位流量开关显示不正常或是流量中断，均会造成机组的开机失败或事故停机。

通过多台贯流式机组安装和运行的经验可知，流量开关安装在润滑油供油管路存在一定的安全事故隐患。在机组停机时，供油总电动球阀至轴承出口均无润滑油，开机时，从打开电动球阀到轴承出口润滑油流量正常大约需要2 min左右的时间;如果润滑油流速较慢或管路存在漏油，将会造成无润滑油开机现象，将会有开机烧瓦的严重安全事故发生。

(2)对管路流量开关的改进方案。

为了避免在开机过程中由于润滑油流速较慢或管路存在漏油造成烧瓦事故的发生，同时，更为合理的利用好流量开关信号作为开机条件，参与机组开机回路、机组事故停机回路以及事故报警回路，起到保护机组安全运行的目的，建议在水导、正推、反推、发电机径向轴承回油管路上各增设一个流量开关，同时修改监控系统的开机流程，将润滑油系统供油管路的流量开关只作为报警信号，而不参与机组开机回路、机组事故停机回路;将润滑系统回油管路上的流量开关作为开机条件，参与机组开机回路、机组事故停机回路以及事故报警回路。在开机过程至额定转速时，润滑油流量连续10 s小于停机流量时发事故停机令，机组在其他运行状态时，润滑油流量瞬间小于停机流量即发停机令。

4.4 低压油泵控制方式的改进

4.4.1 低压油泵目前的控制方式

润滑油系统低压油泵主要用于低位油箱向高位油箱的供油。目前，两台高压油泵一主一备，主用油泵接受开机令控制，备用油泵受高位油箱油位低报警信号的控制;机组开机时，润滑油系统根据开机令，主用油泵启动保证高位油箱油位。当高位油箱油位降至油位低且主用油泵未启动时，此时高位油箱油位低报警信号判断主用油泵故障，控制备用油泵启动，直至高位油箱油位正常停备用油泵。

4.4.2 低压油泵控制方式的改造

鉴于高位油箱上已设置了4个油位报警磁性浮子开关，分别是油位上限、油位正常、油位下限、油位下下限，因此，可以利用这4个油位报警浮子开关修改润滑油系统PLC控制程序来改变低压油泵的控制方式。改造后的油泵控制方式为:机组在开机或运行过程中，高位油箱内油位处于正常位置线以下投入主用油泵;油位处于油位下限位置以下且机组运行时投入备用油泵;油位在正常位置以上停备用油泵;油位处于上限位置停主备用油泵;油箱油位处于下下限位置机组事故停机。在机组正常运行时，不间断运行主用油泵供油，使高位油箱油位控制在溢流面与正常油位之间;若油泵均正常，而是由于其他特殊故障的原因使高位油箱油位低于油位下限，则启动备用油泵，并保持2台油泵同时工作，直至油位达到正常油位才停备用油泵，而主用油泵继续运行。

5 结语

柬埔寨甘再PH2水电站3×3.1 MW灯泡贯流式机组投产发电以来，曾多次出现由于润滑油系统故障导致的开机失败或事故停机现象，通过笔者所述，为保证机组更加安全、稳定运行，为电站创造更加可观的经济效益，杜绝运行设备安全事故的发生，确定更加合理可行的润滑油自动控制方式极为重要。通过对机组润滑油系统缺陷进行技术改造，充分利用设备并发挥设备的性能，将会获得直接的经济效益和社会效益。