張河灣電站3號機組油壓系統油混水的原因分析及處理

趙雪鵬，李永杰

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

1 概述

張河灣公司調速器/球閥油壓系統由1個集油箱、1個調速器壓力油罐、1個球閥壓力油罐、3臺壓力油泵（BP46號透平油約10 450 L）、電磁閥及管路閥門、透平油冷卻系統等裝置組成，正常運行壓力6.2～6.4 MPa。油壓系統用戶包括導葉接力器、球閥接力器、球閥工作密封接力器、球閥旁通液壓閥、蝸殼均壓閥、調相壓水供氣閥、調相壓水補氣閥、調相回水排氣閥、蝸殼均壓閥等液壓設備。

圖1 集油箱前視圖

2 油混水情況介紹

2020年03月14日，班組巡檢人員進行機組的日常巡視，發現3號機組集油箱蓋板外沿有不明原因銹蝕，打開3號機集油箱蓋板，發現蓋板下表面有凝結水滴，同時檢查集油箱頂部也有明顯水滴，懷疑3號機組集油箱發生油混水。用油樣瓶取底部油樣，現場外觀檢查，3號機組油水分層明顯，進行油化驗，水分含量為189 mg/L，根據GB/T 7596-2017《電廠運行中礦物渦輪機油質量》3.2條中要求水分≤100 mg/L，油質明顯超標。經現場綜合分析確認：3號機集油箱內部發生油混水，具體原因不明。

圖2 集油箱頂部水滴

3 水分來源分析

3.1 原因分析

確認發生油混水后，張河灣公司異常重視，組織人力物力等積極分析水分來源及處理措施。經現場具體分析，來源可能有以下3個方面：

（1）3號機油罐補氣裝置壓縮空氣含水量過大，導致油壓系統水分增加。

（2）調速器液壓油冷卻系統存在滲漏，導致油壓系統進水。

（3）3號機油壓系統用戶存在反水，導致水分超標。

3.2 原因排查

現對以上原因進行逐條分析：

（1）油壓裝置補氣裝置為一根管4臺機組共用，其中4號機組距離壓縮空氣系統距離最遠，1、2、4號機組均未發生明顯水分增加，且1、2、4號機組水分含量均合格，排除此原因。

（2）調速器液壓油冷卻系統因不符合現場實際運行狀況，已停用多時，相關管路及冷卻器已經拆除，排除此原因。

（3）油壓裝置用戶主要有導葉接力器、球閥接力器、球閥工作密封接力器、球閥旁通液壓閥、蝸殼均壓閥、調相壓水供氣閥、調相壓水補氣閥、調相回水排氣閥等液壓設備，其中導葉接力器、球閥接力器、球閥工作密封接力器均為液壓油缸，無接觸水分風險，排除接力器滲水原因；蝸殼均壓液壓閥、調相壓水供氣閥及補氣閥均為液壓球閥，操作機構與執行機構有明顯分界點，全開全關也有明顯位置指示，排除此故障點；球閥旁通閥AA523、調相回水排氣閥AA415及AA416為液壓針閥（AA415及AA416為同型號閥門），操作機構與閥體執行機構通過液壓桿連接，若油與水分界面的唇形密封失效，水分有可能沿液壓桿從管道中反水至油回路中，懷疑水分由球閥旁通閥AA523或者調相回水排氣閥AA415及AA416反水至集油箱。進一步分析2個閥門結構，其具體結構如圖3、圖4所示。

兩種液壓針閥在機組運行時油腔壓力均為6.2～6.4 MPa，停機時兩種閥門油腔壓力均為0 MPa，球閥旁通閥高壓側壓力為上庫水壓，正常運行及停機時為3.7 MPa，調相回水排氣閥高壓側為下庫壓力，正常運行及停機時壓力0.6 MPa。具體分析2個閥門結構，兩種閥門管道側與油腔均有兩道相對的唇形動密封，一側密封水壓，一側密封油壓，球閥旁通閥在水壓側唇形密封失效時壓力水會順延液壓桿至油腔側，從而反水至集油箱；調相回水排氣閥兩道密封之間有法蘭面把合，法蘭面未安裝密封，在一道密封失效時油或者水會順延液壓桿至法蘭面溢出，經現場檢查確認AA415及AA416無異常情況。綜上分析，初步確認集油箱水分來源為：旁通閥水壓側唇形密封失效，水分從球閥旁通閥水壓側經液壓桿兩道唇形密封后反水至旁通閥液壓腔導至集油箱油混水。

圖3 球閥旁通閥結構圖

圖4 調相回水排氣閥結構圖

4 3號機組油混水缺陷的處理

4.1 針對旁通閥的處理

在初步確認水分來源后，為防止集油箱水分進一步增大，張河灣公司積極抓住機組運行低谷機會，對3號機球閥旁通閥進行更換，并對更換下來的旁通閥進行打壓試驗。通過分析旁通閥具體結構，決定對旁通閥油壓側和水壓側都進行打壓試驗。首先對旁通閥油壓側進行打壓，油壓側試驗壓力緩慢增加并逐步增加至額定壓力，旁通閥保壓無異常；繼續對旁通閥管道側進行水壓試驗，試驗壓力緩慢增加至1 MPa，旁通閥水壓側保壓不成功，且有水滴從液壓缸接頭滲出。確認故障點：球閥旁通閥液壓桿中間水壓側唇形動密封失效，反水至集油箱，導致3號機組油壓系統油混水。

4.2 針對3號機組油壓裝置的處理

在切斷水分來源后，經對油壓裝置油混水情況分析，機組需立即退出備用，進行油過濾及油壓裝置清理，因河北南網2020年春節及疫情期間負荷緊張，調度不批準機組轉檢修。在此情況下，經現場研究確定，結合在線濾油項目預留管道，采用大型移動式濾油機，進行集油箱的在線濾油。經15 d連續不斷的過濾，集油箱水分從189 mg/L減少至92 mg/L，基本滿足機組油壓系統的正常運行要求。

圖5 3號機組油壓系統使用在線濾油機持續進行在線濾油

5 3號機組油壓系統的后續處理

3號機組在2020年04月01日至07日進行D級檢修，機電二班結合檢修進行了油壓系統集油箱清理、電磁閥清洗檢查及電液轉換器TR10的清掃檢查、壓力油罐內部檢查及油過濾等工作。

（1）針對集油箱本體主要進行了集油箱內部各管路的清理、底部油泥的清理及銹蝕部件的除銹處理等工作。清掃發現底部油泥等在濾油機進口管以下位置依然殘存水跡，集油箱內碳鋼且未刷漆的部件銹蝕嚴重，經底部油泥清理及部件除銹處理后現場驗收合格，具備注油條件。

圖6 集油箱除銹前后對比

圖7 集油箱內部清掃前后對比

（2）針對集油箱上安裝的電磁閥均進行了拆解檢查，對銹蝕嚴重電磁閥進行了更換；對電液轉換器TR10進行拆解檢查，發現電液內部磁鐵上存在明顯銹蝕點，進一步銹蝕將影響電液轉換器的運行穩定性，會導致不安全事件的發生。對其進行小心清理后回裝，測量平衡電位為2.35 V，可正常運行使用。

圖8 電磁閥拆解檢查

（3）針對調速器及球閥壓力油罐的檢查，鑒于2個油罐2017年3號機組大修期間曾進行防腐刷漆，經現場協商確認，采用內窺鏡對其內部情況進行檢查，確認油罐內部油泥及銹蝕情況。經檢查，油罐內部油漆情況良好，無油泥及銹蝕，無需進一步處理。

針對油壓系統水分含量依然超標的情況，機電二班在檢修第一天即開始24 h不間斷油過濾，經5整天過濾后送油樣化驗，其水分為33 mg/L,顆粒物等級為8，較過濾前有明顯改善，符合汽輪機油運行標準，注油后終結工作票。

表1 3號機組油過濾前后主要指標對比

6 經驗與教訓

通過此次3號機組油混水的處理，總結出以下經驗與教訓：

（1）球閥旁通液壓閥已運行10年之久，根據廠家意見，球閥旁通液壓閥終身免維護，因此電站對此閥門的維護僅限于外觀檢查以及閥門開關時間分析，維護的深度不夠，免維護的產品依然需要定期打壓試驗。

（2）液壓桿密封為唇形動密封，唇形密封只能作單向密封，且密封效果和壓力相關，當旁通閥水壓側密封失效，且油壓側壓力不足時，會經油腔反水至集油箱。

（3）針對針式液壓閥，電站將加強維護力度，采取定期的更換密封及打壓試驗，確保不再發生類似事件。

（4）對集油箱油混水的監測存在漏洞，油混水通過巡檢發現，由于集油箱上油混水傳感器安裝在集油箱距底部10 cm處，未及時反饋油混水信號，下一步電站將對集油箱油混水傳感器進行改造，確保發生油混水時能第一時間發現。

（5）油處理方面，發生油混水時，在切斷水分來源后，采用大型移動式在線濾油機可有效降低油壓系統水分及顆粒物含量，有力的保證了機組的正常運行。

（6）發生油混水后液壓元件尤其是電磁閥及電液轉換器的清掃檢查十分必要，可及時除去閥芯內部銹蝕，防止銹蝕嚴重導致電磁閥及電液轉換器的卡澀，避免不安全事件的發生。