水电站机组增速器油冷却器问题浅析

摘 要：本文简述了竖井贯流式水轮发电机组冷却系统的功能结构，并介绍了一例国际水电项目中增速器油冷却器运行出现的问题及其分析、解决过程，指出了低水头电站设备运行环境的特殊性和国际水电项目建设及运行维护的复杂性，为今后进行低水头电站水力系统设计的人员增加参考依据，也为从事国际工程项目执行的工作人员提供经验借鉴。

关键词：水电站；增速器；冷却器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.135

0 引言

竖井贯流式水轮发电机组具有运行水头低，单位流量大，水力效率高等特点，适用于平原或河谷地区的水电资源开发[1]。但其较大的单位流量同时也带来了较多的流道杂物，成为机组运行的不稳定因素。

1 竖井贯流式水轮发电机组冷却系统

竖井贯流式水轮发电机组的水轮机主轴和发电机转子通过增速器连接。由于增速器的作用，发电机转速高，磁极少，体积大大缩小。这减少土建工程量，但对机组冷却系统提出了更多要求。机组需要润滑冷却的部件，除了水导和发导，还有增速器齿轮箱。齿轮箱润滑要求特殊，其油系统一般与水导和发导分开，但三者仍与发电机空冷器共用一套技术供水系统。

技术供水源有三种：一是城市自来水，其质量最好，对设备几乎无损害，但运行成本高；二是电站区域井水，质量次之，对设备磨损较小，造价相对较高；三是流道水，质量较差，但取水方便，造价较低。第三种水源经过滤水器处理，一般能满足技术供水系统的要求，应用最广泛。

2 一例增速器油冷却器爆管问题及处理过程

2.1 冷却器爆管情况描述

巴基斯坦真纳水电项目采用8台竖井贯流式机组。其每台机的水导和发导共用一套油系统，增速器齿轮箱的油系统独立。两套油系统共用一套技术供水，冷却水源为流道水。

水电站机组从2012年1月开始陆续投入商业运行。2012年10月5日，1号机的增速器油箱油量在21个小时里从正常的2.2m3下降到1.6m3。承包商发现后要求业主运行方停机对增速器油系统进行检查。发现油箱中的润滑油疑似通过冷却器泄漏入了水管中。对冷却器进行拆解后发现，换热器的大部分水管都被污泥堵塞，仍然通畅的水管中有管壁破裂，润滑油正是从裂缝中泄漏的。为减小发电损失，1号机换上备用的冷却器，清洗增速器油系统并重新充油后恢复了商业运行。

事故后的一年里，3、4、6号机的增速器油冷却器也相继发生一样事故。业主由此怀疑增速器油系统设计存在缺陷。他们在与冷却器生产商德国HS COOLER公司邮件交流后，向承包商发难，认为承包商设计中为冷却器提供的冷却水流量80m3/h远大于冷却器本身的设计参数30m3/h，是造成爆管的主要原因。业主要求承包商更改技术供水设计并承担由于该设计缺陷造成的一切损失。

2.2 油冷却器爆管问题分析

业主的问题分析报告认为，造成增速器油冷却器爆管的另一个原因是技术供水源泥砂含量过大。但因为技术供水源采用流道水是主合同要求，并非承包商过错。

承包商请设计院和主机制造商分析事故原因。设计院表示技术供水流量参数是由主机制造商提供。主机制造商认为80m3/h的供水量是初步设计时的估算值，因HS COOLER冷却器换热效率高，30m3/h的供水量已能满足油的冷却要求，所以应以HS COOLER的参数为准调节技术供水阀门开度，降低供水量。主机制造商的意见无异于让承包商承认设计有缺陷，要承担经济损失。

承包商仔细研究了HS COOLER的冷却器，并与同类型的国产冷却器比较，发现同等换热功率下，国产冷却器的体积要大得多。原因是HS COOLER的换热装置很精密，管路多而小，易堵塞。其次，HS COOLER冷却器要求水源是清洁水。实际流道取水尽管经过了滤水器处理，但清洁度还是达不到清洁水的标准。最后，HS COOLER冷却器的最大工作水压为1.0MPa，是实际工作总压（势能头+速度头+压能头）的2倍。在这种情况下，冷却器爆管绝对不会是因为冷却水流量过大，只能归咎于水源质量。

2.3 问题处理方案

基于以上分析，承包商向业主澄清：80m3/h的冷却水设计流量是基于为冷却润滑油需要的换热量算得，实际选用的冷却器换热效率高，冷却水需求流量下降，但不会低到30m3/h，因为冷却器技术要求冷却水为清洁水，实际用的流道水因带有大量杂质会导致换热效率低于设计值；80m3/h的冷却水流量不会导致爆管，因为实际由水泵产生的总压最多为0.5MPa，仅为冷却器设计值的1/2，不足以引起爆管；同类型的小龙门水电站采用清洁水作为技术供水源，运行6年多了也没发生过爆管事故；损坏的冷却器拆解后发现，大部分水管都被污泥堵塞，表明用含砂量过高的流道水作为技术供水源才是导致冷却器爆管的原因，而这并非承包商过错。

根治问题的办法是更换技术供水源。但水源改造应由业主另行招标，周期太长，无法防止短期内可能发生的爆管事故。调节技术供水阀门降低供水量的办法可能会导致润滑油温过高，影响增速器安全运行。承包商因此提出在每台机组月维护时用空压机对冷却器进行冲洗的临时方案，这样可以在不影响发电的前提下防止冷却器堵塞爆管，也可以检验承包商的分析是否正确。

2.4 临时方案效果

业主起初不接受承包商的临时方案，承包商则自行派人帮助业主运行方定期清理增速器油冷却器。从2014年初至今，冷却器再也没有发生爆管事故。业主看到了效果，遂接受了承包商的分析和做法，不再提設计缺陷的事情。技术供水源改造招标则启动进行中。

3 结语

低水头电站设备运行环境具有其特殊性。国际水电项目建设及运行维护，因当地人文因素的影响而更加复杂性。在国际项目执行过程中遇到事故，既不要将欧美技术神化，也不要迷信一般情况下的经验，而应具体情况具体分析。本文简述了一例国际水电项目中增速器油冷却器运行出现的问题及其分析、解决过程，为今后进行低水头电站水力系统设计的人员增加参考依据，也为从事国际工程项目执行的工作人员提供经验借鉴。

参考文献：

[1]张联升.竖井贯流式水轮机的特点和应用[J].小水电，2014（03）：14-16.

作者简介：杨铭 （1982-），男，湖北宜昌人，硕士，工程师，主要从事国际水电及新能源项目工程管理工作。