某水電廠透平油系統管路改造及功能優化

許海洋，李偉偉

（貴州烏江水電開發有限責任公司沙沱發電廠，貴州 沿河565300）

1 概述

某水電廠總裝機容量1120 MW（4×280 MW），多年平均發電量45.52億kW·h，設計年利用小時數4064 h。水輪發電機組型式為立軸半傘式，水輪機型號為HLA904 c-LJ-710，設計水頭為64 m，額定轉速為93.75 r/min。每臺機組共設置上導、下導、水導三部導軸承，分別布置在上機架、下機架和頂蓋上，承受機組運行中徑向作用力，限制機組擺度；另外在承重機架——下機架上設置一部推力軸承，承擔機組轉動部分重量及水輪機的軸向水推力。各部軸承設計為獨立油槽，其中三部導軸承均為潤滑油內部自循環冷卻方式，推力軸承采用強迫潤滑油外循環冷卻方式。每臺水輪機設置2個油壓操作的直缸接力器，接力器活塞直徑為600 mm，行程為850 mm。機組調速系統的油壓裝置型號為YZ-12.5-6.3，額定操作油壓6.3 MPa。該水電廠透平油的用油設備主要是指機組的各部軸承及調速系統。機組使用的透平油為L-KTL46長壽命汽輪機油。

2 該水電廠透平油系統的組成及任務

2.1 透平油系統的組成

2.1.1 油庫及油處理室

透平油油庫及油處理室設置在發電機出線層。油庫中安裝4個油桶，單個油桶容積為25 m3。按照功能劃分為2個運行油桶，2個凈油桶[4]。每個油桶頂部設置一根油桶進油管，油桶下部設置一根給機組供油管，油桶底部設置一根事故排油管，經事故排油閥引入事故油池中，事故排油管上引出一根油桶排油管。各油桶的進油管、供油管、排油管分別引入油處理室中。具體布置形式可見圖1所示。油處理室中設置一個容積為1 m3的移動油箱，用于向設備添油或臨時儲油。

2.1.2 油處理設備

該水電廠透平油油處理設備原設計主要包括齒輪油泵、壓力濾油機、真空濾油機、濾油紙烘箱等設備。齒輪油泵主要在接受新油和設備注油、排油時使用。壓力濾油機、真空濾油機主要在透平油的過濾、凈化、再生時使用。

2.1.3 油管網

該水電廠廠內設有縱貫全廠的機組供、排油2根干管[3]，即機組透平油供、回油總管。油庫中4個油桶的機組供油管和油桶排油管通過閥門后連通，再分別經閥門接至4臺機組透平油供油總管上，4個油桶的進油管分別經閥門接至4臺機組透平油回油總管上。每臺機在機組供、排油2根干管上分別引出本機組的透平油供、排油總管，再由支管接入機組的軸承和調速系統的油槽（油箱）。管網中在油處理室和機組段總管上預留有活接頭和軟管的連接處，方便在管系中串連注、排油或凈油設備[3]。而油處理室中各油桶的進油和排油支管上未設置相關的臨時接口。見圖2、圖3所示。

圖1 油庫油桶管路布置圖

圖2 油桶排油管布置圖

透平油系統還設置了一根由裝卸場引入油處理室的透平油庫補油管，便于油罐車從裝卸場通過自流或泵壓直接給油庫補充新油。透平油事故油池外設置一根排油管直接引至裝卸場處，便于將事故油池中的廢油泵入油罐車中轉移、處理。

圖3 油桶進油管布置圖

2.2 透平油系統的任務

水電廠透平油系統的任務主要包含以下幾方面：（1）接受新油；（2）儲備凈油；（3）給用油設備充油；（4）向運行設備添油補油；（5）從設備中排出污油；（6）污油的凈化處理；（7）油品的監督與維護；（8）廢油的收集與保存[2]。

透平油庫中應經常備有一定數量的質量合格的備用油，以便保證水輪發電設備的安全經濟運行。備用油的量應按照最大機組的擁有量的110%來確定。

3 透平油處理管路改造背景

該水電廠于2013年5月至6月完成全廠4臺機組的投產運行。在機組檢修期間復核計算、統計每臺機組實際用油量如表1所示。

表1 機組各部實際用油量統計

由表1可知，單臺機組運行所需總油量約為37.6 m3，其中各軸承所需油量約為24 m3，均超出設計計算總油量。機組運行所需總油量超出一個運行油桶的總容積，至少需用2個油桶來盛放。為保證機組各軸承用油和調速系統用油的油品質量，機組排油時將各軸承所用透平油（約為24 m3）排至一個運行油桶中，將調速系統所用透平油（約為13.6 m3）排至另一個運行油桶中，避免混合造成油質化驗指標不滿足用油設備的要求。

透平油系統配備了壓力濾油機和真空濾油機等凈化處理設備。壓力濾油機主要凈化油中的機械雜質和吸附分離少量水分[2]，型號為LY-100和LY-150兩種，處理流量分別為6 m3/h和9 m3/h；真空濾油機主要為了使透平油到達除水脫氣的目的[2]，型號為ZJCQ-9，處理流量為9 m3/h。

油處理室中僅在機組透平油供、回油總管上預留連接濾油機的臨時接頭，每次僅可以接1臺濾油機對1個運行油桶的透平油進行過濾，過濾完畢后再對下一個運行油桶的透平油過濾。壓力濾油機過濾完畢后再換成真空過濾機按照上述方法對2個盛放機組用油的運行油桶逐一過濾。加之投產初期透平油系統管路、軸承油槽、調速器油箱油罐等設備運行環境和工作條件差，使得運行后排出的透平油油質含有大量雜質和水分，油凈化處理的難度更大。根據多次機組檢修統計，壓力濾油機完全處理1臺機組排出的2個運行油桶中的油量約需要27 h，真空濾油機完全處理1臺機組排出的2個運行油桶中的油量約需要75 h。再考慮濾油過程中管路及濾油機轉接、設備停機檢查等環節，每臺機組透平油的凈化處理，大約需要12～13工作日，滿足不了設計要求的“透平油系統一般應配置壓力濾油機和真空濾油機，其容量應在8 h內能過濾一臺最大機組油量”[1]。

根據上級公司檢修管理辦法，該水電廠機組小修標準工期為15～18 d，機組透平油排、注油及凈化處理是水電機組檢修的標準項目。如果機組排出的透平油油質較差，透平油凈化處理時間占據了機組檢修工期的大部，往往引起小修機組無法按期交付電網調度的風險。

檢修期間需分別對各軸承和調速系統的透平油用壓力濾油機和真空濾油機依次過濾處理。濾油機運行期間需安排至少2名檢修人員現地實時監控，且同一時段僅能操作1臺濾油機，人員的工作效能較低。濾油機運行中產生巨大的噪音和大量油霧，檢修人員工作環境極為惡劣，為保證檢修進度還需要“白加黑”兩班倒的工作方式，工作時間長、勞動強度大，嚴重損害檢修人員的身體健康。

4 改造效果

4.1 管路改造方式

該水電廠在第一輪機組檢修結束后針對上述弊端，結合透平油處理室油管路布置的現狀，利用無機組檢修工作的汛期期間，對油處理室中油處理管路進行改造。具體改造內容為：將各油桶的進油和排油支管球閥后增加設置相關的臨時接口，便于油處理設備通過活接頭和軟管直接與各個油桶單獨連接，可不受機組透平油供油、回油總管的臨時連接口限制。在支管上增設的臨時接口后各增加一個球閥，以便于將油桶中的油路切斷而進行臨時接頭和軟管的連接。具體改造管路效果見圖4、圖5所示。

圖4 油桶排油支管改造后現場圖

圖5 油桶進油支管改造后現場圖

透平油處理工作管理要求也因為設備改變而對照施策：在油處理工作結束后，需將油處理室中所有原設計和新增閥門可靠關閉，將所有臨時接口處用蒙板和密封墊進行可靠密封、防護，同時保證管路通道完整，不得存在缺口，以免造成跑油。

管路改造前后透平油系統圖對比如圖6、圖7所示。

4.2 功能優化效果

（1）改造后，各個油桶的油處理工作實現互不影響的效果。油桶排油支管的臨時接口兩端的球閥都是近油桶側的閥門，油桶進油支管的臨時接口頂部的球閥為近油桶側的閥門。油桶需進行油過濾工作時，僅需將濾油機的進油管接在該油桶排油支管新增的臨時接口上，同時濾油機的出油管連接在該油桶進油支管新增的臨時接口上，然后分別打開進油支管和排油支管新增臨時接口頂部的近油桶側球閥，即可開始形成循環油路進行油桶內的透平油過濾。同時未改變各個油桶中透平油的互相倒換、轉移功能。

圖6 管路改造前透平油系統圖

圖7 管路改造后透平油系統圖

（2）改造后，單個油桶內透平油的過濾和轉移工作中需操作的閥門減少（僅需操作2個支管上小通徑的閥門），極大地簡化操作流程。改造前，每個油桶的油必須流入油處理室中的機組透平油供油和回油總管上，才能再次經支管閥門進入相應油桶，最少要操作四個閥門（包括總管上臨時接口的大通徑閥門）。

（3）改造后，油庫中各個油桶的透平油在處理過程中，發生竄油至機組透平油供油、回油總管和各臺機機組段供排油管網的概率大大降低，保證其他非檢修機組及運行設備的安全。改造前，進行油處理時油流必須流經油處理室中的機組透平油供油和回油總管，而油處理室中的機組透平油供油和回油總管與縱貫全廠的機組供、排油兩根干管僅有一個球閥進行截止，該閥門如果操作失誤未關閉或關閉不嚴密等異常情況，必然造成竄油至機組透平油供油、回油總管和各臺機機組段供排油管網，引發不安全事件。改造后，進行油處理時，油流僅流經支管，支管和總管之間有一個球閥截止，總管與干管還有一個球閥截止，多了一道防護，極大提高了設備的可靠性。

（4）改造后，極大提高了透平油凈化處理的工作效率，最大限度降低了檢修人員的勞動強度，減少了暴露在惡劣工作環境下的時間，把對人員身體健康的影響降到了最低。同時降低該項目檢修工作難度，提高了檢修可靠性，節約了檢修人工成本和檢修費用，實現降本增效。檢修過程中，機組排出的各軸承用油和調速系統用油分別盛放在不同的運行油桶中，開始濾油時，一個運行油桶接壓力濾油機進行過濾，同時另一個運行油桶接真空濾油機進行過濾，待2個油桶第1種濾油設備過濾完畢后，直接交換后繼續同時過濾，將節約60%左右的工作時間。同樣安排的2名檢修人員現地可同時操控2臺濾油機，也提高了工作效能。

該電廠透平油系統管路改造后，設備運行至今，未發生過工作人員誤操作的事故，未發生竄油或跑冒滴漏等異常情況，未發生因機組透平油凈化處理導致機組檢修工期未按時完成的管理風險，證明改造是成功的，達到了預期的所有目的。

5 結束語

設計正確、布局合理的油系統，不僅能提高電站運行的可靠性、經濟性和縮短檢修期，而且對運行的靈活性以及管理方便等方面提供良好的條件[2]。該水電廠通過對透平油系統管路的改造，改進不合理設計之處，優化設備運行功能，取得良好的安全效益和經濟效益，值得其他同類型水電廠借鑒，值得在行業內推廣。