燈泡貫流式水輪發電機潤滑油系統可靠性設計

張鑫

（四川嘉陵江桐子壕航電開發有限公司，四川 武勝 638400）

燈泡貫流式水輪發電機具有結構緊湊，過流能力強、過流通道水力損失小、效率高，是目前開發低水頭水力資源首選的發電機組類型。由于其特殊結構，需配置較多的輔助設備，其中最重要的是潤滑油系統，機組軸承及推力瓦潤滑用油必須采用循環的供油方式，運轉的機組必須保證潤滑供油不能中斷，如中斷供油在很短的時間內將會導致軸承及推力瓦燒毀，這類事故是燈泡貫流式水輪發電機在豐水季節非正常長期停運的主要原因之一。我國每年均有多臺機組發生同類型的事故，事故處理時間一般均在30d以上，對電站產生嚴重的經濟損失。而造成這類事故發生的根本原因是潤滑油的控制、保護系統設計不合理導致。

一、概述

可靠的燈泡貫流式水輪發電機組潤滑油監控系統是避免機組軸瓦、軸承燒毀事故發生最主要的技術措施。通過分析研究可知，設計1套可靠的潤滑油監控系統可避免因潤滑油系統故障而導致燒軸瓦、軸承事故的發生。

二、燈泡貫流式水輪發電機潤滑油系統可靠性設計

（一）潤滑油泵控制電路及系統自動監測裝置設計可靠性分析

1.潤滑油泵控制電路可靠性設計分析

為了保證機組可靠連續供油，目前燈泡貫流式水輪機均配置2臺潤滑油油泵，1臺主用1臺備用。為了便于操作，減少常規控制回路出現故障的概率，在保證安全的前提下盡量簡化控制回路，一般采用“手動”和“自動”控制，正常情況下采用“自動控制”方式，由機組輔助設備的PLC程序控制或是機組LCU中的PLC程序控制。只有在自動控制系統故障或調試時采用“手動”控制方式。“自動”控制回路可靠性設計顯得十分重要，目前“自動”控制回路主要有2種設計電路，1種是采用一個PLC輸出繼電器控制油泵的啟停，1種是采用2個PLC輸出繼電器分別控制油泵的啟停。

2.潤滑油控制、監視系統及自動化配置可靠性分析

燈泡貫流式水輪發電機潤滑油系統自動化元件的配置及其工作的可靠性是確保機組潤滑油系統正常工作的硬件條件，由于到目前為止我國還沒有關于燈泡貫流式水電站自動化配置方面的標準和規范。設計院大部分是根據主機廠的標準配置來設計，這就導致了燈泡貫流水輪機潤滑油系統的監視與控制的自動化元件配置，在不同廠家之間相差較大，有的機組采用配置自動化元件過多，有的機組配置自動化元件過少，從保證潤滑油系統安全可靠的前提下，從經濟和技術方面考慮單機容量在4MW及以上的機組潤滑油系統自動化按表1所示要求進行配置。

（二）潤滑油系統控制、監測程序設計可靠性分析

1.潤滑油泵控制程序

潤滑油系統中的潤滑油泵在機組啟動開始至機組停止的過程中是連續工作的，在各種工況下至少要保護1臺潤滑油泵連接運行將經潤滑回油箱的油輸送至高位油箱。為確保油泵長周期可靠運行，2臺油泵應采取定期自動輪換的方式運行。

2.潤滑油系統保護程序

由于潤滑油系統對燈泡貫流式水輪機的軸瓦、軸承安全運行起到決定性作用，因此當潤滑油系統出現故障將危及到機組安全時，PLC必須啟動機組事故停機程序，將機組安全停下來，避免事故的發生。近年來發生的多次燒瓦、燒軸承事故均與機組潤滑油系統的保護程序不完善、不準確有關系。通過對多起典型燒瓦事故的分析，經過反復研究和論證，采用下面所述的保護程序能夠保證在PLC工作可靠的前提下，當PLC判斷如危及機組安全時啟動事故停機程序，將機組安全停下。

3.潤滑油系統監視程序

潤滑油系統的保護程序是在該系統已無法正常工作，危及到機組安全的情況下將機組安全停下來的措施。潤滑油系統的事故是由系統故障演變而來，如果及時發現系統故障并及時消除故障，完全可避免潤滑油系統事故的發生。因此PLC應實時監測潤滑油系統的工作狀態，及時發現系統的不正常工作狀態，并將信號傳送至上位機發出相應的語音報警信號，記錄相關事件，并按機組運行規程要求提示、指導故障處理的方法，將事故控制在萌牙狀態。

（三）機組計算機監控系統配置對潤滑油控制系統可靠性影響分析

1.機組PLC配置可靠分析

目前大部分運行的貫流式水輪發電機現地控制單元均采用單套PLC配置（CPU、電源模塊、開入/開出模塊、通信模塊等），這就導致當PLC出現故障，特別是CPU死機時，出現潤滑油系統故障，PLC將無法正常工作，不能執行相關的故障處理程序，無法提醒運行人員進行處理。更重要的是當出現潤滑油中斷時無法啟動事故停機程序將機組停下來，其后果必將造成燒軸瓦、軸承的事故。因此當機組單機容量達4MW及以上時，在條件允許的前提下PLC應采用2N配置的方式，2套系統互為備用。最基本的也要采用雙CPU配置，當主用CPU出現故障時，備用CUP投入工作，并將故障信息上傳至上位機提醒運行人員，避免事故的發生。這點是目前燈泡貫流式水輪發電機監控設計時忽視的一點，機組輔助設備、其他控制、保護裝置均配置了主備用裝置，相對于機組安全更重要的計算機監控系統中PLC更應采取主備用的配置方式。

2.網絡通信及上位機配置可靠性分析

目前水電廠采用分布式控制方式，PLC與上位機大部分采用以太網光纖通信方式，為確保與上位機的通信可靠，及時、可靠地將PLC采集的各種實時的狀態量、故障量及事故量傳送至上位機，提醒運行人員研判與處理，上位機與PLC的通信應采用雙網絡通信，同時上位機的工作站應采用主、備用配置方式，確保整個計算機控制系統2N的配置方式，提高系統的可靠性。

結語

可靠的燈泡貫流式水輪發電機組潤滑油監控系統是避免機組軸瓦、軸承燒毀事故發生最主要的技術措施。通過分析研究可知，設計一套可靠的潤滑油監控系統可避免因潤滑油系統故障而導致燒軸瓦、軸承事故的發生。