察汗乌苏水电站压油装置的增容改造与应用

王 海 赵文利 姚邦葛

1 察汗乌苏水电站与调速器压油装置概述

察汗乌苏水电站位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州境内，是开都河中游河段水电规划七个梯级中的第五个梯级电站，该电站距库尔勒市152km，距和静县城92km。该电站以发电为主，兼有灌溉和防洪综合功能，在电网中发挥主调峰、调频、调压及事故备用作用，是巴州地网与南疆主网联络的枢纽电站。

调速器压油装置是水轮发电机组调速系统的重要组成部分，为调速系统运作提供压力油源，该设备的健康状况直接影响调速系统的各项性能及机组运行，严重时可造成机组低油压事故停机，甚至操作失控。压油装置的稳定可靠是保证机组安全、经济运行的前提，对整个电网的安全具有举足轻重的作用。因此，及时分析、处理该系统存在的问题，保证其可靠、稳定运行具有重要意义。

2 存在的问题及分析

近两年来，察汗乌苏水电站机组压油装置3台油泵相继出现无法打压现象，分解检查油泵发现2台泵体开裂，1台泵主轴断裂。为此对油压装置进行了分析。

（1）依据经验计算方法，压油罐油量总容积应不小于20倍导叶接力器容积，计算得出3.81m3，说明察汗乌苏水电站压油罐容量设计偏小。

（2）近两年来，新疆电网新能源装机容量呈现井喷式增长，风电及光伏装机容量达到12GW，而调节性能好的水电装机容量仅5GW左右，新疆电网调峰、调频压力巨增，察汗乌苏水电站在电网中承担主调峰、调频任务。为了满足电网调节要求，要求机组AGC及一次调频均投入，调速器调节频繁，压油装置耗油量增大，造成油压装置油泵启动频繁，从原先的每隔15min启动一次骤减至每隔4min启动一次。频繁启停会给油泵带来巨大的冲击扭矩，造成油泵使用寿命缩短。

（3）螺杆油泵频繁启动，透平油不断经过油泵主从动螺杆间空腔挤压推进产生压力油输入压油罐，造成透平油温逐渐升高，特别是在夏季最高油温近55℃（调速器运行油温标准不大于50℃），油温高造成调速系统各部分橡胶密封件老化，调整系统设备“跑冒滴漏”现象不断，严重时造成调速系统失压，甚至引起调速器失控。

鉴于上述分析，国电新疆开都河流域水电开发有限公司技术人员提出对察汗乌苏水电站机组压油装置压油罐进行增容改造。经咨询原调速器生产厂家，该公司提出将3台机组压油装置由原2.5m3压油罐整套更换为4m3压油罐，对回油箱也进行增容。该方案改造费用高且工期长，经询价每台机组压油装置购置费用20万元左右。为此，专业技术人员经过对原压油罐测量计算后提出优化方案。

3 改造方案及参数计算

3.1 改造方案

（1）不改动原压油罐本体，增设一个辅助压力气罐，气罐容量按原回油箱容积裕量进行核算，经计算辅助压力气罐容积为2m3。

（2）利用调速器压油装置原压油罐预留一路输出油管及操作阀门与新增设的辅助压力气罐进气法兰通过高压软管相连接，将原压油罐气体部分与辅助压力气罐连通（连接图详见图1）。

图1 增加副罐连接图及内部改造图

（3）将原压力油罐内部备用油口管路（非承压部件）方向改为向上，保证进入辅助压力气罐的介质为空气（改造图详见图1）。

（4）将原压力油罐浮子式油位计进行改造，浮子式油位计量程由800mm调整至1400mm（浮子式油位计改造图详见图2）。

图2 浮子式油位计改造图

（5）新增辅助压力气罐外购，其附件配置有安全阀、排污阀、进人门、压力表及其表座，罐顶设置吊点，罐体内部表面进行防腐处理。

3.2 参数计算

3.2.1 波义耳定律原罐校核

PVn=C（常数），n取1.25（参考柳树沟压力容器计算书）。

已知原罐实际运行油位570mm，此时对应压力值为6.3MPa，油面距离罐顶1.86m（顶部椭圆弧忽略不计），原罐内径1000mm，此时气体体积V1：V1=S×H=3.14159×(0.5m)2×1.86m=1.46m3。

当用油导致油面下降，压力下降至5.8MPa时，气体体积V2由（常数）=，求得 V2=1.56m3。用油体积V3=V2-V1=1.56m3-1.46m3=0.1m3。油面下降高度H1=V3/S=0.127m。

现地实测油面下降0.12m，与理论计算相符。n取1.25时，波义耳定律可以用于理论计算。

3.2.2 压油罐容积选择

选择方式：

（1）依据经验值计算，油罐的总容积应不小于20倍导叶接力器容积；

（2）回油箱的容积应不小于机组调速系统全部油量的总和的1.1倍。

在这里为了达到增容目标，同时不更换原有压油装置回油箱，在借鉴柳树沟水电站压油装置压油罐选择的基础上，选择第二种方式。

回油箱尺寸参数：

V回=长×宽×高=2.31m×1.37m×1.5m=4.7265m3油罐总容积选择V=V回/1.1=4.3m3。

因此，在这里选取新增辅助压力气罐2m3。

4 应用推广情况

察汗乌苏水电站机组压油装置改造及优化的方案于2013年3月提出，2014年2月完成了2号机组压油装置改造工作。2号机组压油装置增容改造后，压油泵启停间隔明显延长，压力油系统运行油温明显下降，达到了预期改造效果，同时降低了改造费用，缩短了改造工期，创造了较好的经济价值，提高了压油装置运行可靠性（察汗乌苏水电站2号机组压油装置改造效果对比详见表1）。本改造方案可在存在类似问题的各类压油装置上推广应用。

表1 察汗乌苏水电站2号机组压油装置改造效果对比

[1]国家能源局.水轮机电液调节系统及装置调整试验导则DL/T496-2016[M].北京：中国电力出版社，2016.

[2]道客巴巴.水轮机控制系统技术规范导则IEC 61362：1998[EB/OL].(2014-02-13)[2018-02-01].http://www.doc88.com/p-1307109724535.html.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.水轮机控制系统技术条件GB/T 9652.1-2007[M].北京：中国标准出版社，2007.