沙河抽水蓄能電站調速器油泵運行分析

李 濤

（江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 概況

沙河抽水蓄能電站（簡稱沙河電站）位于江蘇省溧陽市天目湖旅游度假區，裝機容量為2×50 MW，在系統中的主要作用為調峰、調頻和緊急事故備用。采用法國ALSTOM公司制造的立軸單級混流可逆式水泵水輪機，發電機為三相立軸懸式空氣冷卻同步可逆式發電電動機。設計年發電量1.82億kW·h，年抽水用電2.44億kW·h。

沙河電站現有2臺發電機組，每臺機組的調速器系統有2臺同類型壓油泵。壓油泵有連續、間斷、手動3種工作方式，正常工作方式在間斷位置。2臺油泵設有主用、備用位置，1臺壓油泵在主用，另1臺壓油泵在備用。當主用壓油泵出現故障或拒絕啟動或啟動后壓力仍低于定值時，另1臺備用壓油泵啟動。壓力油罐設有自動補氣裝置，氣源來自廠內高壓氣系統補償貯氣罐。機組正常運行時，壓力油罐壓力保持在6.5 MPa～7.1 MPa，油位保持在正常位置。當油位升高時，自動補氣閥動作自動補氣，達到正常油位后，補氣閥自動關閉。此外，壓力油罐上還裝有安全閥，當其壓力超過定值后，安全閥動作，并且切斷自動補氣電磁閥的電源；當壓力降至定值以下，安全閥自動復位。

2 調速器油泵異動及改造情況

沙河電站原有調速器由法國ALSTOM設計、制造，自2002年投運。因機調設備結構布局不合理等原因，隨著設備運行時間的增加，機調運行穩定性呈逐漸下降趨勢，給機組安全穩定運行帶來一定的隱患。

2016年4月，公司成立攻關小組，著手對機調改造方案進行研討；2016年8月，與長江三峽能事達電氣股份有限公司簽訂機調改造承包合同；2017年5月5日～5月27日，1號機B修時進行了1號機機調改造，對機調柜進行了更換（主配壓閥、電液轉換器、電磁閥閥組均更換），油泵更換為西門子提供的整套壓油泵，并對相關管路進行優化，消除了改造前主閥控制電磁閥時有滲油的現象。經觀察對比，改造后油泵啟動間隔時間明顯加長，大大減少了油泵啟停次數；2018年5月3日～5月24日，2號機B修期間，對機調系統進行了升級改造，油泵更換為西門子提供的整套壓油泵。此次升級改造利用了原系統主配壓閥、主隔離閥、電液轉換器等核心部件。檢修后觀察對比，油泵啟動間隔時間由2017年同期36 min延長為41 min；2020年3月17日～3月19日期間，由于2號機調速器主配壓閥漏油，對2號機調速系統的主配壓閥進行了整體更換。

3 2016年～2021年期間調速器油泵運行情況

通過圖1我們對2臺機組調速油泵近6年以來的啟動間隔時長進行分析，可以發現：2016年2號機的啟動間隔比1號機更長；2017年5月份1號機調速器機調柜整體改造后，1號機調速器油泵啟動間隔時間比2號機調速器油泵啟動間隔時間長；從2020年的平均數據來看，1號機單次間隔時長為102.4 min，2號機單次間隔時長為72.8 min，1號機油泵啟動間隔時長是2號機油泵啟動間隔時長的1.6倍左右。

圖1 調速器油泵啟動間隔時間變化趨勢（2016年～2021年）

通過圖2我們對2臺機組調速器油泵近6年以來的運行時長進行分析，可以發現：1號機調速器油泵運行時長從2016年的63.8 s逐年下降，2020年開始逐步穩定在46 s左右；2號機調速器油泵運行時長從2016年的36.8 s逐年上升，2019年開始逐步穩定在48 s左右；2020年2臺機組調速器油泵運行時長都在47 s左右；2021年1號機擴大性A修對1號機調速器油泵運行時長影響不明顯。

圖2 調速器油泵運行時長變化趨勢（2016年～2021年）

通過圖3對1號機調速器油泵近6年以來的啟動間隔和運行時長進行分析，可以發現：1號機調速器油泵的啟動間隔以2017年5月1號機機調柜改造為分界點，機調改造后油泵啟動間隔從改造前4月的23 min提升6月的107 min，增加了365%；經過改造，調速器系統內部漏油現象得到了很大程度的改善，調速器壓力油罐保壓能力也得到提升；改造后油泵運行時長也逐步下降，逐漸穩定在每次運行45 s左右。

圖3 1號機調速器油泵運行啟動間隔時間曲線（2016年～2021年）

通過圖4對2號機調速器油泵近6年以來的啟動間隔和運行時長進行分析，可以發現：2號機調速器在2018年5月也進行了機調改造，但由于改造過程中仍然使用原調速器系統的主配壓閥、電液轉換器及電磁閥組，所以改造后的系統內部漏油現象與改造前基本保持一致，所以2018年5月改造前后的啟動間隔沒有明顯的變化。

圖4 2號機調速器油泵運行啟動間隔時間曲線（2016年～2021年）

2020年3月17日～3月19日期間，對2號機調速器主配壓閥進行了更換。主配壓閥更換后，調速器系統內漏現象得到了明顯改善，調速器油泵啟動間隔從更換前2月的日均53 min，延長到4月的日均103 min，間隔時長增加了接近94%；同時期油泵的運行時長呈現緩慢上升情況，機調改造后基本穩定在每次運行47 s左右。

通過圖5可以看出1號機調速器經過機調柜的整體改造，特別是主配壓閥、電液轉換器和電磁閥的整套更換，調速系統油壓裝置保壓能力得到很大的改善，油泵的啟動間隔從改造前平均22.3 min提升到改造后平均133 min，相當于每次啟動間隔延長111 min。

圖5 1號機調速器機調柜改造前后油泵運行間隔對比情況（取前后12個月）

通過圖6可以看出雖然2號機也進行了機調柜的整體改造，但由于主配壓閥、電液轉換器和電磁閥依然使用原有部件，所以閥組內漏情況與原有機調裝置基本一致，油壓裝置保壓能力與改造前沒有明顯變化，油泵的啟動間隔改造后的前4個月得到一定程度的延長，但從第5個月開始，和原有間隔情況基本一致。2020年3月17日～3月19日期間，對2號機調速器主配壓閥進行了更換。通過圖7對2號機主配壓閥更新前后6個月的油泵啟停間隔進行分析，我們可以看出在主配壓閥更新后，油泵啟動間隔時間延長了接近1倍。

圖6 2號機調速器機調柜改造前后油泵運行間隔對比情況（取前后12個月）

圖7 2號機調速器主配壓閥更新前后油泵運行間隔對比（取2020年3月前后6個月）

另外通過2臺機油泵運行間隔和氣溫曲線，我們發現，啟動間隔每年冬季相對較長，夏季又會逐漸縮短，可以看出氣溫和啟停間隔時長成反比。這是因為冬季氣溫較低時，透平油粘度增大，油的流動性變差，調速器系統內部的內漏會變小，油壓裝置保壓效果處于較好狀態，調速器油泵啟動間隔變長；當夏季氣溫較高時，透平油粘度變小，油的流動性變好，調速器系統內部的內漏會變大，油壓裝置保壓效果會比冬季差，相應的調速器油泵啟動間隔變短。

通過上述分析，可以發現，影響調速器油泵啟停間隔變化的主要原因有以下2個方面：

（1）調速器系統的保壓能力。在機組均處于相同工況的情況下，主要體現在調速系統相關管路及接頭是否存在密封損壞漏油的現象，主配壓閥、電液轉換器、電磁閥等相關閥組是否存在老化、內部漏油情況。

（2）氣溫的變化和調速器油泵啟停間隔成反比。氣溫高，間隔時間會變短；氣溫低，間隔時間會加長。因為氣溫會導致透平油的粘度出現變化，冬季粘度變大，油壓下降變慢，夏季粘度變小，油壓下降變快。可以說，在其他條件相同的情況下，溫度的變化是調速器油泵啟停間隔變化的主要原因。

4 設備系統保障安全運行建議

通過上述分析，我們可以看出影響油泵啟停變化的主要原因是溫度和相關閥組是否存在內漏情況。因此我們建議：

（1）結合目前的設備現狀分析，可以看出2號機調速器系統的內漏情況比1號機嚴重，這就導致了2號機調速器油泵啟停較1號機更加頻繁，最主要的原因是2號機除主配壓閥外的其他閥組均未更新。建議結合檢修，對2號機調速器系統內電液轉換器、電磁閥等進行更新，減少內漏。

（2）針對調速器系統的運行情況，制定調速器系統相關閥組更換年限，定期對達到更換年限的相關閥組進行更新，避免由于部件老化造成設備發生故障。

（3）通過調整計算機監控系統設置，增加調速器油泵啟停間隔的數據，方便運行人員的日常監視和運行分析，可以更好地對調速器系統進行運行監視，及早發現并消除事故隱患。

（4）加強對調速器以及相關油管路運行現場的溫度測量和記錄，方便運行分析，使結論更加準確。