大崗山電站發(fā)電機油霧問題研究與治理

劉 斌，楊 軍，劉江林，宋林隆

（國家能源投資集團有限責(zé)任公司，北京100034）

大崗山電站水輪發(fā)電機為立軸傘式三相同步發(fā)電機，發(fā)電機型號為SF650-48/14500，發(fā)電機采用雙路密閉自循環(huán)端部回風(fēng)的空氣冷卻方式。發(fā)電機設(shè)置有上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)3部軸承，為防止機組運行過程中推力和導(dǎo)軸承油槽內(nèi)甩油，在推力和導(dǎo)軸承內(nèi)擋油圈均設(shè)計有擋油板，為防止推力和導(dǎo)軸承油槽外甩油，推力和導(dǎo)軸承油槽蓋板采用接觸式油擋密封。考慮到機組運行時，各部軸承油霧逸出的問題，發(fā)電機各部軸承油槽都配有吸油霧裝置，吸油霧裝置在機組開機前啟動運行，機組停機后停止運行，保證對各部軸承油霧有效吸收。

1 各部軸承油霧情況

大崗山水電站共裝有4臺單機650MW機組，隨機組運行時間增加，軸承甩油現(xiàn)象呈加劇趨勢。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機風(fēng)洞、推力油槽蓋板、下機架室及水車室油污染嚴(yán)重，油霧遇冷后液化附著在設(shè)備部件上，已嚴(yán)重影響到機組的運行安全。經(jīng)檢查，上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承的內(nèi)甩油和外甩油均不嚴(yán)重，運行一段時間后僅有少量油霧逸出；由于推力軸承的內(nèi)擋油圈與下導(dǎo)軸承上部空間相通，根據(jù)對下導(dǎo)油槽蓋板的觀察分析，推力軸承內(nèi)擋油圈3道擋油板的設(shè)計有效阻止推力內(nèi)甩油的可能，而通過觀察，推力軸承油槽蓋板、油槽外部合縫板等密封部位向外逸出油霧和推力軸承吸油霧裝置逸油情況較為嚴(yán)重。

2 油霧外逸的危害

結(jié)合已投產(chǎn)水電站的運行情況，如果發(fā)電機推力軸承長期存在油霧外溢現(xiàn)象得不到有效解決和治理，其危害主要有以下5個方面：

（1）導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極、磁軛和定子線棒被污染，而油霧和灰塵在定子鐵心通風(fēng)溝、轉(zhuǎn)子磁極通風(fēng)溝處堆積，導(dǎo)致發(fā)電機通風(fēng)散熱性變差，進而影響發(fā)電機的冷卻散熱效果。

（2）油霧和灰塵長期吸附在絕緣層上，會腐蝕發(fā)電機線棒等絕緣，使其絕緣性能下降，加速老化，使得發(fā)電機線圈短路或被擊穿，給機組的安全穩(wěn)定運行埋下隱患。

（3）發(fā)電機下機架室地板上積油容易使得運行維護人員在日常設(shè)備巡回和缺陷處理時滑倒，存在人身傷害安全隱患。

（4）油霧和碳粉吸附在上機架集電環(huán)正負極之間的絕緣子上，使其絕緣性能下降，可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子1點接地保護動作，進而影響機組的安全穩(wěn)定運行。

（5）油霧產(chǎn)生污染，需要定期安排人員打掃衛(wèi)生，增加了維護人員的工作量和清潔材料的消耗量。

3 推力軸承甩油的原因分析

大型機組外甩油形成的主要原因：機組在運行時鏡板、推力頭、軸領(lǐng)帶動靜止油運動，推力軸承油槽里的熱油溫度常達到30～50℃，使油槽內(nèi)的油和空氣膨脹，加上旋轉(zhuǎn)件的攪動以及油在離心力作用下的拋物線運動遇到阻礙而產(chǎn)生撞擊等，使油槽上部產(chǎn)生油霧，油霧不斷累積使油面壓力逐漸增大，當(dāng)油槽內(nèi)油霧壓力大于外部空氣壓力，在機組運行時強大氣流作用下，油滴、油霧從油槽蓋板處溢出。

結(jié)合大崗山水電站的實際情況，大崗山水電站發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速為125r/min，且單機容量為650MW，整臺機組運行時總重超過1700t，機組高負荷運行時將產(chǎn)生大量摩擦熱能，隨著油溫升高、油體積的膨脹，就會產(chǎn)生大量的油霧；且由于油的自身膨脹及產(chǎn)生的油霧超出油霧區(qū)允許容積，導(dǎo)致推力油槽內(nèi)的壓力增高，遠遠大于外部壓力，在此壓力作用下油、油霧會通過油槽、管路、呼吸口等密封薄弱處逸出。

為吸收推力油槽產(chǎn)生的大量油霧，大崗山水電站推力軸承蓋板上布置有4個吸油霧裝置，均勻布置在推力油槽的頂部。該吸油霧裝置的工作原理為：通過離心風(fēng)機將油槽內(nèi)的油霧吸出，經(jīng)過前置式的濾網(wǎng)把油霧進行初級過濾后，再經(jīng)過離心風(fēng)機的扇葉將油甩回油槽，最后經(jīng)后置濾網(wǎng)排出潔凈空氣。由于該吸油霧裝置處于發(fā)電機轉(zhuǎn)子負壓區(qū)以及吸油霧裝置濾網(wǎng)不能完全過濾油霧的原因，吸油霧裝置處反而逸出了大量的油霧。

根據(jù)大崗山電站發(fā)電機結(jié)構(gòu)設(shè)計，發(fā)電機采用雙路密閉自循環(huán)端部回風(fēng)的空氣冷卻方式（圖1），發(fā)電機的冷卻需要轉(zhuǎn)子支臂的風(fēng)扇鼓風(fēng)作用，在這種鼓風(fēng)作用下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子中心體上、下部區(qū)域形成負壓區(qū)，而推力油槽密封蓋上部空間及吸收油霧裝置的布置均處于該負壓區(qū)范圍內(nèi)，這樣就為推力軸承油霧的逸出和擴散提供了動力，這是大崗山水電站發(fā)電機油霧大的主要原因。

圖1 發(fā)電機通風(fēng)冷卻示意圖

4 采取的措施及效果

結(jié)合檢修期對推力軸承吸油霧裝置進行了檢修處理，對吸油霧裝置濾網(wǎng)進行了更換，以增加吸油霧裝置的效率，同時對推力軸承油槽蓋板密封、油槽密封等進行了更換，以減小推力軸承逸出的油霧量，但經(jīng)過運行觀察，推力軸承油霧重現(xiàn)象無明顯改善。

后經(jīng)過分析認為，吸油霧裝置逸出的油霧是發(fā)電機油霧大的主要因素，因此計劃將原負壓式吸油霧裝置更換為平壓式吸油霧裝置，將吸油霧裝置的出口放置在遠離轉(zhuǎn)子負壓區(qū)的下機架內(nèi)。同時，為了讓吸出的油霧盡快液化防止其再次進入空氣中，吸油霧裝置處出口管路淹沒在水中。

對改造后的2號機組與未改造的1、3、4號機組進行對比觀察，發(fā)現(xiàn)2號機組油霧重現(xiàn)象已得到明顯的改善，吸油霧裝置的桶內(nèi)有較多透平油，初步判斷該改造已經(jīng)取得了一定的實際效果。

5 結(jié)束語

發(fā)電機推力油槽甩油和油污外逸的情況在大型水電站中較為普遍，大崗山水電站2號發(fā)電機推力油槽吸油霧裝置的改造為其他3臺機組的油霧治理提供了思路和方向，在這個過程中積累了大量的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，提高了設(shè)備經(jīng)濟、安全、穩(wěn)定性，降低了運行、維護工作量，取得了較好的經(jīng)濟效益，同時也可為其他同類型發(fā)電機組提供借鑒和參考。