燈泡貫流式機組開機時間過長原因分析

胡閬，張勛

(五凌電力有限公司東坪水電廠，湖南 益陽413500)

東坪水電廠位于湖南省安化縣東坪鎮境內，是資水流域的第7 個梯級電站，距離上游柘溪水電廠10 km，為柘溪水電廠的反調節電廠。壩址控制流域面積22 816 km2，多年平均流量605 m3/s。電廠裝設4 臺18 MW 燈泡貫流式水輪發電機組，年設計發電量2.912 億kWh，單機額定流量330 m3/s。水庫正常蓄水位96.50 m，對應庫容1 480萬m3，正常調節范圍庫水位最低為95.80 m，對應庫容1 320萬m3，可調節庫容160萬m3，無調節能力。

東坪水電廠機組從熱備用狀態至空載狀態，一般開機時間約8～10 min，比同類型機組開機時間長4～5 min。由于地理位置特殊性，上游水電廠來水至該廠僅20 min 左右，該廠水庫屬于日調節水庫，調節能力十分有限，當上游電廠方式變化較大時，該廠因機組開機反應滯后，存在水漫弧門的風險。如何縮短機組開機時間是亟待解決的問題，也是確保電廠安全穩定運行的關鍵。

1 開機時間過長原因分析

1.1 開機流程分析

在機組開機過程中，監控系統檢測機組開機條件滿足后，發令打開軸承油電動閥，軸承油流從高位油箱流向軸承，推力軸承油槽為油浸式結構，開機過程中必須滿足將軸承油槽浸滿油，油流溢出后推動回油管上的流量計開關，在發導軸承油流大于28 L/min、水導軸承油流大于25 L/min、推力軸承油流大于140 L/min 的條件下繼續開機流程。經過多次觀測發現，機組開機過程中推力軸承油槽灌滿到溢出后推動回油管上的流量計開關所花時間最長，一般為5 min 左右(發導和水導一般為1.5 min)。由此可見，軸承滿足油流條件的過程往往耽誤了較多的時間，從而影響了機組的開機時間。

1.2 軸承油供油分析

軸承由發電機導軸承、推力軸承(正推軸承和反推軸承)、水輪機導軸承組成，機組轉動部件的重量通過軸瓦傳遞給管形座，由于軸承與轉動部分為直接接觸的部件，大軸轉動時，將在軸承及大軸的金屬表面消耗大量的動能，損失的能量便轉化為熱量，如果不能及時散熱，其表面產生的熱量將使其溫度急劇上升，超過其熱穩定極限而使軸瓦破壞，造成燒瓦事故〔1〕。

為了防止燒瓦事故的發生，一般采用軸承油循環來實現對軸瓦的保護〔2〕。軸承油循環冷卻系統通過高位油箱內重力油流過軸承進行冷卻，流過軸承的潤滑油又通過軸承油管集中到設置在底側的軸承后流回油箱，而在此循環過程中，當監控系統檢測到高位油箱油位達啟泵油位(800 mm)時，啟動1 臺軸承油泵打油，軸承油箱內潤滑油經軸承油泵、軸承濾油器、軸承油冷器冷卻后再次流至軸承高位油箱〔3〕。軸承油系統見圖1。

圖1 軸承油系統

可以看出，要想縮短機組開機時間，關鍵在于優化軸承油系統的供油方式，縮短推力軸承油流量滿足開機條件的時間。

2 軸承油系統供油方式改造的可行性

在燈泡貫流式機組中，軸承油供油方式主要分為軸承油泵直接供油和高位重力油箱供油(簡稱間接供油)2 種方式。直接供油工況下，能夠快速將軸承油系統內充滿油，較間接供油方式快捷，但這種方式下存在隱患，如果軸承油泵油流中斷則容易導致機組事故停機，安全風險較大;間接供油的方式下，雖然在較短時間內無法滿足軸承油系統的供油，但正因為高位油箱的有效容積，在軸承油泵無法供油的情況下預留了機組停機時間，有利于特殊情況下的事故處理。

為保證安全運行，該廠采用的是間接供油方式，要更改供油方式難度非常大。通過分析計算以及模擬試驗，認為可以從電氣和機械2 個方面對軸承油系統進行優化，縮短機組開機時間。

3 軸承油系統優化改造

3.1 機械部分

機組開機過程中，1512 軸承供油電動閥(如圖1)全開，高位油箱內潤滑油靠自身重力通過1512 軸承供油電動閥流向軸承油槽，在該電磁閥前端及推力軸承油槽之間增加一段旁通管，并在旁通管上安裝1 個旁通閥1516(圖1 中虛線部分)。

通過增加旁通管給軸承供油，使得機組在停機狀態下就將軸承浸滿潤滑油，從而減少了開機過程中必須先給軸承浸滿潤滑油的時間，特別是使得推力軸承油浸式結構內時刻充滿油〔4〕。

通過對新加旁通閥門1516 開度的適當調整，高位油箱油位下降4 mm/min 左右，約16 L/min(高位油箱尺寸2 250 mm×1 820 mm×1 870 mm)，從而達到最佳效果。

3.2 電氣部分

對軸承油系統機械部分優化改造后，新增旁通閥存在一定的開啟角度，在停機狀態下，導致高位油箱內潤滑油通過旁通管流向軸承油槽，最后流回至軸承油箱。在原有開機程序中，只有開機過程中才會啟動軸承油泵給高位油箱供油，進行機械部分改造后，如果不啟動軸承油泵，則經過一段時間后高位潤滑油箱內潤滑油將會通過旁通管全部放空，致使機組開機條件不滿足〔6〕。因此，修改了輔機控制PLC 程序，以確保潤滑高位油箱內足夠的供油量〔5〕。即在PLC 內增加停機狀態下啟、停軸承油泵的程序，在停機狀態下，當高位潤滑油箱油位下降到啟主用軸承油泵液位(800 mm)時，啟動主用軸承油泵輸油150 s，經實測，此時間正好可供1 臺泵輸油至正常液位(1 200 mm)，同時主泵自動切換到備泵，另1 臺升格為主泵。

PLC 程序的完善，既保證了停機狀態下推力軸承油槽充滿油，又確保了高位油箱內油量充足。

4 結語

對機組軸承油系統改造優化后，軸承供油時間明顯縮短，從而縮短了開機時間。近1年的運行實踐證明，改造后的開機時間由原來8～10 min 縮短到3～5 min，從而有效地解決了該廠機組開機時間過長的問題。

〔1〕沙錫林． 貫流式水電站〔M〕． 北京:中國水利水電出版社，1999．

〔2〕田樹棠． 貫流式水輪發電機組實用技術〔M〕． 北京:中國水利水電出版社，2010．

〔3〕王庭友． 可編程控制器原理及應用〔M〕． 北京:國防工業出版社，2005．

〔4〕龍太聰． 寶珠寺電站設備運行情況〔J〕． 四川電力技術，2000，23(A01):47-48．

〔5〕陶建民，劉建華． 燈泡貫流式機組軸承潤滑油系統設計〔J〕．西北水電，2010(03):62-66．

〔6〕毛啟華． 北津水電站1 號機組開機失敗原因分析與處理〔J〕．電力安全技術，2008(11):58-59．