水電站機組增速器油冷卻器問題淺析

摘 要：本文簡述了豎井貫流式水輪發電機組冷卻系統的功能結構，并介紹了一例國際水電項目中增速器油冷卻器運行出現的問題及其分析、解決過程，指出了低水頭電站設備運行環境的特殊性和國際水電項目建設及運行維護的復雜性，為今后進行低水頭電站水力系統設計的人員增加參考依據，也為從事國際工程項目執行的工作人員提供經驗借鑒。

關鍵詞：水電站；增速器；冷卻器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.135

0 引言

豎井貫流式水輪發電機組具有運行水頭低，單位流量大，水力效率高等特點，適用于平原或河谷地區的水電資源開發[1]。但其較大的單位流量同時也帶來了較多的流道雜物，成為機組運行的不穩定因素。

1 豎井貫流式水輪發電機組冷卻系統

豎井貫流式水輪發電機組的水輪機主軸和發電機轉子通過增速器連接。由于增速器的作用，發電機轉速高，磁極少，體積大大縮小。這減少土建工程量，但對機組冷卻系統提出了更多要求。機組需要潤滑冷卻的部件，除了水導和發導，還有增速器齒輪箱。齒輪箱潤滑要求特殊，其油系統一般與水導和發導分開，但三者仍與發電機空冷器共用一套技術供水系統。

技術供水源有三種：一是城市自來水，其質量最好，對設備幾乎無損害，但運行成本高；二是電站區域井水，質量次之，對設備磨損較小，造價相對較高；三是流道水，質量較差，但取水方便，造價較低。第三種水源經過濾水器處理，一般能滿足技術供水系統的要求，應用最廣泛。

2 一例增速器油冷卻器爆管問題及處理過程

2.1 冷卻器爆管情況描述

巴基斯坦真納水電項目采用8臺豎井貫流式機組。其每臺機的水導和發導共用一套油系統，增速器齒輪箱的油系統獨立。兩套油系統共用一套技術供水，冷卻水源為流道水。

水電站機組從2012年1月開始陸續投入商業運行。2012年10月5日，1號機的增速器油箱油量在21個小時里從正常的2.2m3下降到1.6m3。承包商發現后要求業主運行方停機對增速器油系統進行檢查。發現油箱中的潤滑油疑似通過冷卻器泄漏入了水管中。對冷卻器進行拆解后發現，換熱器的大部分水管都被污泥堵塞，仍然通暢的水管中有管壁破裂，潤滑油正是從裂縫中泄漏的。為減小發電損失，1號機換上備用的冷卻器，清洗增速器油系統并重新充油后恢復了商業運行。

事故后的一年里，3、4、6號機的增速器油冷卻器也相繼發生一樣事故。業主由此懷疑增速器油系統設計存在缺陷。他們在與冷卻器生產商德國HS COOLER公司郵件交流后，向承包商發難，認為承包商設計中為冷卻器提供的冷卻水流量80m3/h遠大于冷卻器本身的設計參數30m3/h，是造成爆管的主要原因。業主要求承包商更改技術供水設計并承擔由于該設計缺陷造成的一切損失。

2.2 油冷卻器爆管問題分析

業主的問題分析報告認為，造成增速器油冷卻器爆管的另一個原因是技術供水源泥砂含量過大。但因為技術供水源采用流道水是主合同要求，并非承包商過錯。

承包商請設計院和主機制造商分析事故原因。設計院表示技術供水流量參數是由主機制造商提供。主機制造商認為80m3/h的供水量是初步設計時的估算值，因HS COOLER冷卻器換熱效率高，30m3/h的供水量已能滿足油的冷卻要求，所以應以HS COOLER的參數為準調節技術供水閥門開度，降低供水量。主機制造商的意見無異于讓承包商承認設計有缺陷，要承擔經濟損失。

承包商仔細研究了HS COOLER的冷卻器，并與同類型的國產冷卻器比較，發現同等換熱功率下，國產冷卻器的體積要大得多。原因是HS COOLER的換熱裝置很精密，管路多而小，易堵塞。其次，HS COOLER冷卻器要求水源是清潔水。實際流道取水盡管經過了濾水器處理，但清潔度還是達不到清潔水的標準。最后，HS COOLER冷卻器的最大工作水壓為1.0MPa，是實際工作總壓（勢能頭+速度頭+壓能頭）的2倍。在這種情況下，冷卻器爆管絕對不會是因為冷卻水流量過大，只能歸咎于水源質量。

2.3 問題處理方案

基于以上分析，承包商向業主澄清：80m3/h的冷卻水設計流量是基于為冷卻潤滑油需要的換熱量算得，實際選用的冷卻器換熱效率高，冷卻水需求流量下降，但不會低到30m3/h，因為冷卻器技術要求冷卻水為清潔水，實際用的流道水因帶有大量雜質會導致換熱效率低于設計值；80m3/h的冷卻水流量不會導致爆管，因為實際由水泵產生的總壓最多為0.5MPa，僅為冷卻器設計值的1/2，不足以引起爆管；同類型的小龍門水電站采用清潔水作為技術供水源，運行6年多了也沒發生過爆管事故；損壞的冷卻器拆解后發現，大部分水管都被污泥堵塞，表明用含砂量過高的流道水作為技術供水源才是導致冷卻器爆管的原因，而這并非承包商過錯。

根治問題的辦法是更換技術供水源。但水源改造應由業主另行招標，周期太長，無法防止短期內可能發生的爆管事故。調節技術供水閥門降低供水量的辦法可能會導致潤滑油溫過高，影響增速器安全運行。承包商因此提出在每臺機組月維護時用空壓機對冷卻器進行沖洗的臨時方案，這樣可以在不影響發電的前提下防止冷卻器堵塞爆管，也可以檢驗承包商的分析是否正確。

2.4 臨時方案效果

業主起初不接受承包商的臨時方案，承包商則自行派人幫助業主運行方定期清理增速器油冷卻器。從2014年初至今，冷卻器再也沒有發生爆管事故。業主看到了效果，遂接受了承包商的分析和做法，不再提設計缺陷的事情。技術供水源改造招標則啟動進行中。

3 結語

低水頭電站設備運行環境具有其特殊性。國際水電項目建設及運行維護，因當地人文因素的影響而更加復雜性。在國際項目執行過程中遇到事故，既不要將歐美技術神化，也不要迷信一般情況下的經驗，而應具體情況具體分析。本文簡述了一例國際水電項目中增速器油冷卻器運行出現的問題及其分析、解決過程，為今后進行低水頭電站水力系統設計的人員增加參考依據，也為從事國際工程項目執行的工作人員提供經驗借鑒。

參考文獻：

[1]張聯升.豎井貫流式水輪機的特點和應用[J].小水電，2014（03）：14-16.

作者簡介：楊銘 （1982-），男，湖北宜昌人，碩士，工程師，主要從事國際水電及新能源項目工程管理工作。