調速器液壓系統運行中油溫異常的研究

宋海鵬，鄔海軍

（湖南省水運建設投資集團有限公司大源渡航電樞紐分公司，湖南 衡陽 421000）

1 前言

大源渡水電站位于湖南省衡東縣境內湘江干流上，距離衡山縣城18 km，裝有4臺30 MW的燈泡貫流式發電機組，主機部分由安德里茨公司制造。水輪發電機的額定出力為30.76 MW，額定水頭為7.2 m，額定發電流量為472.1 m3/s，額定轉速為65.2 r/min。

2 調速器液壓系統簡介

大源渡水電站調速器系統的液壓部分由調速器供油系統、機械液壓執行機構、壓力油罐、壓縮空氣系統、過速飛擺、重錘卸荷閥、導葉分段關閉裝置等組成。其中調速器供油系統包括調速器油箱，2臺調速器油泵（1號、2號）及其控制單元，1臺調速器補給油泵（3號）及其控制單元，以及相應的控制與監視設備。

油壓裝置是供給調速器壓力油源的設備，也是水輪機調速系統的重要設備之一。由于調速器所控制的水輪機體積龐大、需要足夠大的接力器體積和容量克服導水機構承受的水力矩和摩擦阻力矩，故使其油壓裝置體積和壓力油罐容積都很大。油壓裝置壓力罐必須有60%～70%容積的壓縮空氣和30%～40%容積的壓力油，以使油量變化時壓力變化最小。

水輪機調節要求調速器動作靈敏、準確、安全可靠。若動力油不清潔或質量變差，勢必使調速器液壓件產生銹蝕、磨損，對精密液壓件造成卡阻和堵塞，給調速器工作帶來不良影響甚至嚴重后果。

3 油溫異常事件經過及臨時處理

3.1 現象

2號機組并網運行過程中，上位機簡報窗口多次發“2號機組調速器油箱油溫高”黃色信號，監盤界面中2號機組控制畫面亦有“調速器油箱溫度高”黃色信號。查詢機組壓力油罐壓力曲線，發現其壓力下降緩慢，5.943 MPa的壓力在1 h后僅緩降至5.874 MPa，正常情況下壓力油罐壓力從6.0 MPa降到5.8 MPa約用時8 min，現地檢查發現2號機組調速器回油箱油溫為63 ℃，已超過溫度高報警值60 ℃，3號調速器補給油泵負載燈一直亮，3號調速器補給油泵一直帶負載運行。

圖1 機組壓力油罐壓力曲線的變化情況

3.2 現場處理過程

為防止油溫繼續上升，運行人員現地手動切停2號機組3號調速器補給油泵，之后壓力油罐壓力開始下降。密切注意機組壓力油罐壓力，待壓力降至5.75 MPa時，重新手動啟動3號調速器補給油泵，油泵空、負載切換正常。40 min后，再次出現壓力油罐壓力不降，補給油泵還是一直負載運行， 初步判斷3號調速器補給油泵控制單元有故障，隨即在2號機組輔機控制屏將3號調速器補給油泵控制旋鈕切至停止位，并斷開其電源空氣開關，關閉2號機3號調速器補給油泵出油閥。

4 原因分析

4.1 調速器油泵的運行方式

1號、2號調速器油泵在6.0 MPa時流量為850 L/min，可滿足水輪機在各種條件下運行的要求。機組正常運行時3號調速器補給油泵連續運行，并且在運行油壓降至設定壓力5.8 MPa以下時，通過壓力繼電器動作自動帶上負載往壓力油罐內打油，當壓力上升到6.0 MPa時，從負載轉空載運行。備用油泵（1號、2號）分別在壓力低于5.7 MPa、5.5 MPa時自動啟動，當壓力上升到6.0 MPa時停止運行。機組在停機狀態時，當壓力油罐壓力下降到5.5 MPa時，3號調速器補給油泵自動啟動向壓力油罐打壓至6.0 MPa時停止；而備用調速器油泵不能自動啟動，但可以手動啟動向壓力油罐補油。

3號調速器補給油泵的工作原理（圖2）：油泵空載運行時，油泵出口用于控制的油流經截止閥2016/3、過濾器2014/3、油泵引導閥—Y33流至調速器回油箱；卸荷閥2101/3的B腔壓力低，其活塞打開，油泵抽上來的油經卸荷閥2101/3的A腔流回調速器回油箱。當系統油壓小于5.8 MPa時，油泵引導閥—Y33的電磁線圈通電，控制油至回油箱的回路被切斷，并在卸荷閥2101/3的B腔形成高油壓，關閉其活塞，經卸荷閥2101/3的A腔至調速器回油箱的油流被中斷，油管路中壓力升高，此時止回閥2102/3被頂開，壓力油通過油管路被打至壓力油罐。

油泵控制單元中的油泵安全裝置保證油泵不過壓。總共有3級：油泵本體上設有一級,動作壓力為7.0 MPa；油泵出口控制回路中設有兩級，一級當油泵出口壓力達到6.2 MPa時動作，另一級當油泵出口壓力達到6.5 MPa時動作。

圖2 補給油泵工作原理圖

4.2 油溫高報警原因分析

原因1：3號調速器補給油泵的控制油過濾器濾芯堵塞。由于補給油泵的控制油過濾器濾芯堵塞，濾芯后控制油壓下降，卸荷閥2101/3的B腔油壓不能使活塞完全關閉，A腔可小開度開啟，部分油流經A腔流回調速器回油箱，導致此時3號調速器補給油泵不能將油全部打入壓力油罐，機組用油和經A腔流回調速器回油箱的油與油泵供油達到平衡，壓力油罐壓力無法達到油泵停泵壓力6.0 MPa，故補給油泵一直負載運行。由于此時卸荷閥A腔比正常泄壓時開度小，油壓增加，油流速度變大，調速器油在管道內高壓高速循環摩擦生熱，最終導致回油箱油溫升高。

原因2：3號油泵引導閥—Y33閥芯卡澀。3號油泵引導閥—Y33電磁閥動作后，因機械雜質或閥芯磨損等原因造成閥芯動作不到位，濾芯后控制油壓下降，卸荷閥2101/3的B腔油壓不能使活塞完全關閉，A腔可小開度開啟，部分油流經A腔流回調速器回油箱，導致此時3號調速器補給油泵不能將油全部打入壓力油罐，機組用油和經A腔流回調速器回油箱的油與油泵供油達到平衡，壓力油罐壓力無法達到油泵停泵壓力6.0 MPa，故補給油泵一直負載運行。由于此時卸荷閥A腔比正常泄壓時開度小，油壓增加，油流速度變大，調速器油在管道內高壓高速循環摩擦生熱，最終導致回油箱油溫升高。

原因3：油泵出口安全閥動作整定值運行中發生變化，在油壓上升至5.943 MPa時動作，造成壓油槽壓力不能上升至停泵壓力6.0 MPa，油泵一直打壓，調速器油在管道內高壓高速循環摩擦生熱，造成調速器油溫升高。

維護人員首先對油泵控制油過濾器濾芯進行了更換，正常運行一段時間后，再次出現“2號機組調速器油箱油溫高”告警信號，排除過濾器濾芯堵塞的原因；更換引導閥—Y33運行一段時間后又出現了“2號機組調速器油箱油溫高”現象，判斷可能系油泵出口安全閥動作整定值發生了變化，用主用油泵將壓油槽油壓升至正常后，將調速器油泵停泵壓力調至6.3 MPa，啟動3號調速器補給油泵往壓力油罐打壓，壓力油罐油壓上升至6.03 MPa時油壓不能再上升，判斷油泵出口安全閥動作整定值偏低，在6.0 MPa左右，運行中如安全閥性能有所下降就可能會誤動作，將一級安全閥動作值調整至6.2 MPa后，運行過程中未再出現調速器油箱油溫高告警的情況。

5 事故預防及改進措施

5.1 定期、隨機濾油

對于速器系統，其控制器件精密，例如比例閥、引導閥和濾芯等，故該系統對油質要求較高。為保證調速器系統用油的穩定性，應該經常性地開展定期、隨機性濾油工作。

5.2 定期更換油路濾芯

在機組檢修和日常維護時，對于調速器油泵的控制油過濾器濾芯、回油過濾器濾芯等，采取只更換、不清洗的原則，這能有效地遏制調速器油系統因濾芯堵塞引起的各種故障。

5.3 定期對安全閥整定值進行校驗

在機組檢修時對各級安全閥動作整定值進行校驗，確保其動作正確和可靠。

5.4 加強設備的監盤和巡視

對機組的重點部位，應該加大日常運行監盤和巡視力度，確保及時發現和處理類似此種機組調速器壓力油罐壓力及回油箱油溫異常的現象。

6 結束語

水輪機調速器是機組的主要調節與控制設備，在電站的運行中起著至關重要的作用。隨著技術的進步，現代水輪機微機調速器由于采用高可靠性的器件，可靠性大幅提高，故障概率較低。但因產品質量、調試水平及維護情況等方面的因素，難免會出現異常現象。此外，水輪機調節系統是由調速器和調節對象所構成的閉環控制系統，水輪機調節系統的調節品質不僅取決于調速器的產品質量、參數調整、正確的運行維護，還與調節對象特性與運行工況有密不可分的關系。