察汗烏蘇水電站壓油裝置的增容改造與應用

王 海 趙文利 姚邦葛

1 察汗烏蘇水電站與調速器壓油裝置概述

察汗烏蘇水電站位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州境內，是開都河中游河段水電規劃七個梯級中的第五個梯級電站，該電站距庫爾勒市152km，距和靜縣城92km。該電站以發電為主，兼有灌溉和防洪綜合功能，在電網中發揮主調峰、調頻、調壓及事故備用作用，是巴州地網與南疆主網聯絡的樞紐電站。

調速器壓油裝置是水輪發電機組調速系統的重要組成部分，為調速系統運作提供壓力油源，該設備的健康狀況直接影響調速系統的各項性能及機組運行，嚴重時可造成機組低油壓事故停機，甚至操作失控。壓油裝置的穩定可靠是保證機組安全、經濟運行的前提，對整個電網的安全具有舉足輕重的作用。因此，及時分析、處理該系統存在的問題，保證其可靠、穩定運行具有重要意義。

2 存在的問題及分析

近兩年來，察汗烏蘇水電站機組壓油裝置3臺油泵相繼出現無法打壓現象，分解檢查油泵發現2臺泵體開裂，1臺泵主軸斷裂。為此對油壓裝置進行了分析。

（1）依據經驗計算方法，壓油罐油量總容積應不小于20倍導葉接力器容積，計算得出3.81m3，說明察汗烏蘇水電站壓油罐容量設計偏小。

（2）近兩年來，新疆電網新能源裝機容量呈現井噴式增長，風電及光伏裝機容量達到12GW，而調節性能好的水電裝機容量僅5GW左右，新疆電網調峰、調頻壓力巨增，察汗烏蘇水電站在電網中承擔主調峰、調頻任務。為了滿足電網調節要求，要求機組AGC及一次調頻均投入，調速器調節頻繁，壓油裝置耗油量增大，造成油壓裝置油泵啟動頻繁，從原先的每隔15min啟動一次驟減至每隔4min啟動一次。頻繁啟停會給油泵帶來巨大的沖擊扭矩，造成油泵使用壽命縮短。

（3）螺桿油泵頻繁啟動，透平油不斷經過油泵主從動螺桿間空腔擠壓推進產生壓力油輸入壓油罐，造成透平油溫逐漸升高，特別是在夏季最高油溫近55℃（調速器運行油溫標準不大于50℃），油溫高造成調速系統各部分橡膠密封件老化，調整系統設備“跑冒滴漏”現象不斷，嚴重時造成調速系統失壓，甚至引起調速器失控。

鑒于上述分析，國電新疆開都河流域水電開發有限公司技術人員提出對察汗烏蘇水電站機組壓油裝置壓油罐進行增容改造。經咨詢原調速器生產廠家，該公司提出將3臺機組壓油裝置由原2.5m3壓油罐整套更換為4m3壓油罐，對回油箱也進行增容。該方案改造費用高且工期長，經詢價每臺機組壓油裝置購置費用20萬元左右。為此，專業技術人員經過對原壓油罐測量計算后提出優化方案。

3 改造方案及參數計算

3.1 改造方案

（1）不改動原壓油罐本體，增設一個輔助壓力氣罐，氣罐容量按原回油箱容積裕量進行核算，經計算輔助壓力氣罐容積為2m3。

（2）利用調速器壓油裝置原壓油罐預留一路輸出油管及操作閥門與新增設的輔助壓力氣罐進氣法蘭通過高壓軟管相連接，將原壓油罐氣體部分與輔助壓力氣罐連通（連接圖詳見圖1）。

圖1 增加副罐連接圖及內部改造圖

（3）將原壓力油罐內部備用油口管路（非承壓部件）方向改為向上，保證進入輔助壓力氣罐的介質為空氣（改造圖詳見圖1）。

（4）將原壓力油罐浮子式油位計進行改造，浮子式油位計量程由800mm調整至1400mm（浮子式油位計改造圖詳見圖2）。

圖2 浮子式油位計改造圖

（5）新增輔助壓力氣罐外購，其附件配置有安全閥、排污閥、進人門、壓力表及其表座，罐頂設置吊點，罐體內部表面進行防腐處理。

3.2 參數計算

3.2.1 波義耳定律原罐校核

PVn=C（常數），n取1.25（參考柳樹溝壓力容器計算書）。

已知原罐實際運行油位570mm，此時對應壓力值為6.3MPa，油面距離罐頂1.86m（頂部橢圓弧忽略不計），原罐內徑1000mm，此時氣體體積V1：V1=S×H=3.14159×(0.5m)2×1.86m=1.46m3。

當用油導致油面下降，壓力下降至5.8MPa時，氣體體積V2由（常數）=，求得 V2=1.56m3。用油體積V3=V2-V1=1.56m3-1.46m3=0.1m3。油面下降高度H1=V3/S=0.127m。

現地實測油面下降0.12m，與理論計算相符。n取1.25時，波義耳定律可以用于理論計算。

3.2.2 壓油罐容積選擇

選擇方式：

（1）依據經驗值計算，油罐的總容積應不小于20倍導葉接力器容積；

（2）回油箱的容積應不小于機組調速系統全部油量的總和的1.1倍。

在這里為了達到增容目標，同時不更換原有壓油裝置回油箱，在借鑒柳樹溝水電站壓油裝置壓油罐選擇的基礎上，選擇第二種方式。

回油箱尺寸參數：

V回=長×寬×高=2.31m×1.37m×1.5m=4.7265m3油罐總容積選擇V=V回/1.1=4.3m3。

因此，在這里選取新增輔助壓力氣罐2m3。

4 應用推廣情況

察汗烏蘇水電站機組壓油裝置改造及優化的方案于2013年3月提出，2014年2月完成了2號機組壓油裝置改造工作。2號機組壓油裝置增容改造后，壓油泵啟停間隔明顯延長，壓力油系統運行油溫明顯下降，達到了預期改造效果，同時降低了改造費用，縮短了改造工期，創造了較好的經濟價值，提高了壓油裝置運行可靠性（察汗烏蘇水電站2號機組壓油裝置改造效果對比詳見表1）。本改造方案可在存在類似問題的各類壓油裝置上推廣應用。

表1 察汗烏蘇水電站2號機組壓油裝置改造效果對比

[1]國家能源局.水輪機電液調節系統及裝置調整試驗導則DL/T496-2016[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]道客巴巴.水輪機控制系統技術規范導則IEC 61362：1998[EB/OL].(2014-02-13)[2018-02-01].http://www.doc88.com/p-1307109724535.html.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.水輪機控制系統技術條件GB/T 9652.1-2007[M].北京：中國標準出版社，2007.