水電站燈泡貫流式機組受油器結構改造研究

王曉鵬

（廣東省源天工程有限公司，廣東廣州 511300）

1 項目概況

岷縣龍王臺水電站位于洮河干流岷縣縣城東北5 km的茶阜鎮西村，是一座河床式電站，設計水頭11 m，裝機容量3×7 MW，采用燈泡貫流式機組。該項目于2008年3月開工建設，于2011年8月3臺機組全部投入試運行，是目前洮河中上游建成的第一座采用燈泡貫流式機組的電站[1]。

受油器是龍王臺水電站3×7 MW的燈泡貫流式雙調節水輪發電機組的特有設備和重要部件，是一種通過固定殼體經旋轉軸進行油源輸送的轉換裝置，其將外部高壓油通過靜止管路系統連續注入主軸上的相應進口中，在運行中通過調整水輪機槳葉的轉動來優化設備效率，合理利用水力資源，充分發揮與導水機構的協聯作用。受油器設在發電機轉子上游端，固定在發電機燈泡頭內地板上，結構為浮動瓦式，能夠有效避免油管被過度磨損。但該3×7 MW的燈泡貫流式機組受油器采用第一代受油器（圖1），已多次發生故障，阻礙了機組的正常運行，成為該水電站發電機組易發生故障的關鍵設備[2]。

圖1 第一代受油器結構示意圖

2 受油器故障現象及原因分析

2.1 受油器故障現象

2020-08-04T04：30，運行人員發現3×7 MW燈泡貫流式3#機組調速器集箱油位突然下降，油泵啟動頻繁，燈泡頭地板出現大量油污和油霧，同時槳葉自動全關至零，但整個運行設備其他部位全部正常，經監控后臺調查初步判斷為機組受油器發生安全故障。隨后，運行人員采取正常停機程序并匯報有關人員做進一步檢查，檢修人員進入機組現場進行全面檢查發現，調速器各管路接口無滴漏現象；但在進入燈泡頭時有一股油味，非常刺鼻，整個燈泡頭內設備全是油污；檢查時受油器管路接口也無漏油現象，但受油器座內側碳粉回收箱有大量積油；打開地板發現燈泡頭加筋格內也有大量積油；碳刷支架和集電環全部讓油污和碳粉覆蓋成泥狀；同時機組工作負荷減小，振動加大，被迫停機[3]。就此，進一步判斷為受油器與操作油管有漏油及軸承斷裂的可能。

2.2 受油器故障原因分析

在主機廠家與安裝單位技術人員的分析和指導下，運行人員、檢修人員、管理人員初步判斷為受油器密封裝置嚴重損壞或操作油管有破裂現象。同時，對受油器進行了分解拆卸工作，但在拆卸放油管路時有一股油從受油器體漏油口不斷流出，就此進一步確定受油腔體內橡膠密封與密封銅套同時存在問題。拆卸后發現銅套嚴重損壞，如圖2所示。更重要的是，V形橡膠密封也損壞嚴重且裝配出現問題。為進一步分析密封銅套破損的原因，經多次測量，操作油管內外管同心度比設計范圍大0.06 mm[4]。

圖2 銅套嚴重損壞示意圖

另外，在排油管排油過程中發現軸承滾珠及金屬碎片，軸承外圈及滾珠蓋已損壞，造成部分滾珠丟失，如圖3所示。

圖3 排油管及轉輪體內清掃出的滾珠及碎片示意圖

受油器的漏油問題和軸承碎片問題近年來時常發生，機組每年都有受油器橡膠密封及軸承更換事件發生。

橡膠密封破損的可能原因如下：（1）銅套本身質量存在問題（材質）；（2）加工、運輸或安裝過程中已經受損，但起初運行時問題不易暴露；（3）裝配時受力不均勻，再加上接觸面間隙不均勻，導致運行過程中形成的離心擺動力成為損壞的重要原因[5]。

軸承損壞原因如下：該燈泡貫流式機組中心軸線和預埋件垂直度存在嚴重的偏差，從而造成軸承面受力不均，進而導致軸承磨損過度而損壞。

3 受油器結構改造

3.1 改造背景

為有效提高龍王臺水電站3×7 MW燈泡貫流式機組的自動化程度，實現設備的無人值守，降低設備的巡檢要求，對于3×7 MW燈泡貫流式機組易發故障節點進行了技術升級改造，從源頭上減少故障隱患，進而提高該3×7 MW燈泡貫流式機組運行的安全性和可靠性。受油器是龍王臺水電站3×7 MW燈泡貫流式機組的關鍵設備，由于其采用的是第一代受油器，工作性能不佳，易發生漏油、軸承斷裂等安全故障，在燈泡貫流式機組自動化升級改造的大背景下，必須對第一代受油器進行升級改造[6]。

經市場調研，新設計和安裝的燈泡貫流式機組基本采用第三代新型受油器，從其他水電站調研的情況來看，第三代新型受油器具有結構簡單、安裝便利、故障率低、使用壽命長等特點，對比第一代受油器，設備自動化程度大幅提高，可實現設備的無人值守。另外，故障率的大幅降低有效提高了燈泡貫流式機組的運行效率，降低了維修和保養成本。在這一背景下，岷縣龍王臺水電站采用第三代新型受油器對3×7 MW燈泡貫流式機組第一代受油器進行技術改造。

3.2 受油器結構改造

第三代新型受油器結構示意圖如圖4所示，該受油器采用全浮動瓦密封結構，全浮動瓦與受油器體融為一體，兩者通過連接主軸的受油軸連接，并起到支撐作用。當燈泡貫流式機組產生振動和擺動現象時，整體部件隨之進行振動和擺動。新型受油器設計成3個油腔，分別與原主軸3個油腔連通，油腔外側采用軟管連接調速系統的油管路。受油器內腔與軸配合部分采用巴士合金材料進行澆注，在受油器內腔與受油器軸進行配合滑動時，巴士合金材料對受油器體的支撐效果理想。受油器體與外界全部采用軟管連接，可有效消除受油器體發生振動和擺動時對連接油管的動作約束，防止受油器體密封與受油軸之間的硬接觸摩擦，密封效果理想，從而避免發生漏油等故障。在該新型受油器體上游側設計有專門的反饋機構，將槳葉接力器的行程通過鋼絲繩反饋至調速器，為調速器槳葉調整提供數據基礎，從而完成調節指令。受油器反饋裝置回復軸承設置在受油器體外部，回復軸承損壞等故障的發生不會導致軸承滾珠進入受油器轉輪體內，能有效避免回復軸承損壞故障等對3×7 MW燈泡貫流式機組運行造成安全隱患。

圖4 新型受油器結構示意圖

新型受油器與原操作油管之間設計有油路轉換機構，實現受油器油路通道與原操作油管各油路通道的順利連接。新型受油器安裝改造后，可避免受油器軸承因受力不均導致的損壞故障發生，避免因軸承滾珠及金屬碎片進入轉輪活塞缸使故障擴大的情況，另外還可有效避免受油器漏油故障的發生[7]。

4 改造后應用效果分析

在3×7 MW燈泡貫流式機組主機廠家和安裝單位的幫助與指導下，新型受油器結構改造完成后按圖紙進行裝配，8月14日所有安裝及檢修工作全部結束后，于當天10：00投入運行。從當前情況來看，3×7 MW燈泡貫流式機組及受油器工作安全平穩，其他設備運行狀況穩定，檢查受油器密封效果非常明顯，運行至今無故障發生，機組運行條件達優良狀態。

應用新型受油器后，調速器系統主油泵啟動時間間隔大幅度增加，從之前的7 min延長到120 min，有效降低了水電站的用電損耗，同時延長了調速器系統主油泵設備的使用壽命，設備的檢修、維護和保養間隔增加，節約了成本，提高了設備運行的可靠性。另外，在受油器體的一個大修期間內，不需要額外進行受油器的檢修，使用壽命長。同時，該新型受油器安裝便利，受油軸安裝盤車時間短；之前第一代受油器受油軸在安裝時需要進行多次盤車，工作時間為4～6天，而新型受油器受油軸采用軟連接設計，安裝時僅僅需要進行一次盤車，安裝工序簡單，有效節約了受油器的安裝、維修、保養成本。

5 結語

燈泡貫流式機組受油器發生故障的影響較大，漏油故障產生的油污和煙霧不但會對發電機絕緣、電源引線、各類信號引線形成破壞和誤導，更為嚴重的是，如碳刷產生火星，則后果不堪設想。眾所周知，燈泡貫流式機組的檢修工作非常繁重，但在基礎安裝過程中要求嚴格，可以給今后的檢修工作減輕一定的壓力。一般情況下，燈泡貫流式機組最容易出現的故障就是受油器與各管路的漏油問題、軸承容易磨損等。針對這一情況，采用第三代新型受油器來對第一代受油器進行結構改造，實踐應用效果理想。3×7 MW燈泡貫流式機組新型受油器的改造應用有效提高了電站機組運行的安全性和可靠性，降低了電站機組受油器安裝要求，同時減少了壓力油泄漏量和調速器油壓裝置油泵的啟動次數，實現了節能降耗的目的，為實現電站燈泡貫流式機組綠色運行奠定了基礎。