官地水电站发电机高压油泵异常切换原因分析及处理

刘 波

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610051)

0 引言

官地水电站位于四川省凉山州西昌市与盐源县交界的雅砻江上，是锦屏一、二级电站和二滩电站的中间梯级电站，装设4台600 MW的混流式水轮发电机组，总装机2 400 MW，设计多年平均发电量约118.7亿千瓦时。4台机组于2013年3月全部投产发电，发电机型号为SF600-60/15940，由哈尔滨电机厂有限责任公司生产。

1 高压油顶起系统介绍

官地电站发电机推力轴承配备有高压油顶起系统，以便在机组起动和停机过程中给推力轴承瓦面注入高压油而形成油膜，防止推力轴承瓦面与境板之间非润滑转动发生烧瓦。在正常情况开停机过程中，高压油顶起系统能自动地投入运行；当检测到机组发生蠕动时，该系统也会自动投入，以防止低速转动发生推力轴瓦损坏事故。推力轴瓦设计为允许在事故情况下不投入高压油顶起系统也能够安全停机，不发生推力轴瓦烧瓦现象。

发电机高压油顶起系统由高压油顶起油泵、逆止阀、过滤器、高压油管、管件、压力开关和压力表等部件组成，集成在2 250 mm×1 200 mm×1 800 mm的框内，布置在机坑外。常压油取自推力油槽内，高压油通过高压油泵加压后输送至推力轴瓦，每个高压油供油支管设置有一个单向阀，其系统原理见图1。

每台发电机高压油顶起系统配备两套单独的油泵。油泵采用三相380 V、45 kW的全封闭式电动机驱动，以维持轴瓦表面具有恒定油膜所需的压力。两套油泵中，一套为工作油泵，另一套为备用油泵，两套油泵能进行自动和手动切换。在工作油泵故障时，备用油泵自动投入工作，以保持瓦面油压。油泵起动时间不大于5 s，即可在镜板和轴瓦之间建立起足够的油膜。当机组停机时，高压油顶起系统在机组转速降至90%额定转速时投入，机组停止运行后5 s内切除。当机组起动时，高压油顶起系统在接到开机命令后立即投入，机组转速达90%额定转速时停止运行。在机组正常运行中，高压油顶起系统由CCS系统控制自动运行，当设备发生异常或者故障时，运行人员也可通过CCS系统进行手动控制及操作，避免事故进一步扩大。

高压油顶起系统控制程序设定了4个定值，用以控制高压油顶起系统正常运行，分别为：拱起压力18 MPa、泄流压力最大值14 MPa、泄流压力最小值6 MPa以及高压油泵出口压力开关整定值10.0 MPa(返回值为8 MPa)。当机组开机时，投入高压油泵，高压油系统顶起过程如下：高压油泵在2～3 s内达到拱起压力以上，顶起转子建立油膜，然后泄流并逐步回归稳定工作压力(须在泄流压力最大值与泄流压力最小值之间)，并且此工作压力须大于高压油泵出口压力开关整定值的返回值，即判断高压油顶起系统工作正常。机组停机时，由于机组运行过程中油膜已建立，当高压油泵起动时，其出口压力在60 s内大于高压油泵出口压力开关整定值， 并稳定在高压油泵出口压力开关整定值的返回值以上，即判断高压油顶起系统工作正常。

图1 高压油顶起系统原理图

2 设备异常现象

官地电厂中控室发出1号机组停机令，1号机组自动停机过程中，机组转速降至90%时2号高压油泵自动启动开始运行，2号高压油泵运行76 s后因未知故障突然停止运行，自动切换至1号高压油泵运行，1号高压油泵运行60 s后同样因未知故障突然停止运行。为了避免由于节点松动、信号误报等偶发性的原因引起高压油泵停止运行，导致可能发生发电机推力轴承瓦损坏的重大事故，运行人员在CCS系统上手动启动1号机2号高压油泵，以检查2号高压油泵能否工作，结果2号高压油泵启动后运行正常，直到机组停机。

3 现场检查及处理

在1号机组停机发电机制动风闸投入状态后，手动分别启动1号机1号高压油泵、2号高压油泵，两台高压油泵均起动运行正常，压力均稳定在10 MPa左右。经开停机过程中多次的现场检查，高压油泵均起动运行正常，对高压油顶起装置电机、油泵及其管路进行检查，均未发现异常现象。高压油泵运行后油泵出口压力无明显下降，1号机高压油顶起系统机械部分工作正常。对1号机组高压油控制系统进行检查，控制柜内部接线牢固，程序检查逻辑正确，也未发现明显异常。

在1号机组停机及制动风闸投入状态后，将1号高压油泵出口流量阀逆时针调整7圈，2号高压油泵出口流量阀逆时针调整5圈后，两台高压油泵出口压力仅略微增加约0.2～0.4 MPa左右，压力增加不明显。目前两台高压油泵出口流量阀已基本调到最大，而高压油泵出口压力主要由机组重量决定，与压油泵效率有一定关系，因此在此状态下，两台压油泵出口压力已基本无调大空间。

压油泵出口压力增大后，观察1号机组停机过程中的高压油装置运行情况可知，压油泵起动瞬间的出口压力可达到10.0 MPa左右，压油泵运行一段时间后出口压力降至8.5～9.0 MPa左右，然后随着机组转速的降低，压油泵出口压力逐渐增加，最后在机组转速为0时，压油泵出口压力介于11～12 MPa之间。

4 原因分析

根据发电机厂家提供的高压油顶起系统整定值可知，拱起压力为18 MPa、泄流压力最大值为14 MPa、泄流压力最小值为6 MPa。查阅官地电站整定值报告可知，现场高压油泵出口压力开关整定值的动作值为10.0 MPa，返回值为8.0 MPa，泄流压力加1(泄流压力最大值)为14.0 MPa，泄流压力减1(泄流压力最小值)为6.0 MPa。在监控系统的逻辑程序设计中，当机组在停机过程中时，起动高压油泵运行60 s以内，高压油泵瞬间出口压力必须大于10.0 MPa，否则高压油泵在运行60 s后会自动进行切泵；当高压油泵运行60 s后，高压油泵出口压力必须大于8.0 MPa时才运行正常，否则高压油泵会自动进行切泵。

根据高压油泵出口压力调整前的运行情况可知，在机组停机过程中，高压油泵运行启动瞬间出口压力大约在10.0 MPa左右，与高压油泵出口压力开关整定值的动作值10.0 MPa较为接近。当高压油泵运行压力有一定波动或者油泵出口压力开关整定值有一定偏差时，就会导致高压油泵在运行60 s后自动切换，上述故障中的1号高压油泵即为此种情况。当高压油泵运行一段时间后，出口压力逐步降至8.2～8.5 MPa左右，与高压油泵出口压力开关整定值的返回值8.0 MPa较为接近，当高压油泵运行压力有一定波动或者油泵出口压力开关整定值有一定偏差时，就会导致高压油泵自动切换，上述故障中的2号高压油泵即为此种情况。

因此初步判断高压油泵运行时出口压力与高压油泵出口开关整定值及返回值较为接近，在高压油泵运行压力出现一定波动或者高压油泵出口开关整定值出现一定漂移时，就会导致高压油泵出现自动切换等情况。

5 处理情况

将1号机发电机高压油泵出口压力开关拆除并进行校验，发现压力开关整定值已发生一定的漂移(整定值从10.0 MPa变化至10.71 MPa，返回值从8.0 MPa变化至8.44 MPa，见图2所示)，从而印证了对上述问题的相关分析，整定值发生漂移是导致高压油泵发生自动切泵等故障发生的直接原因。

图2 高压油泵出口压力开关检定报告

根据上述原因分析，以及为了保证发电机高压油顶起系统稳定可靠运行，并结合哈尔滨电机厂有限责任公司相关意见，将1号机组发电机高压油顶起系统的高压油泵出口压力开关整定值进行修改，整定值从10 MPa修改为6 MPa，返回值从8 MPa修改为4 MPa，并在后续机组检修过程中，也将其余机组的该高压油泵出口压力开关整定值进行了同样的修改。

6 结语

官地水电站发电机高压油顶起系统高压油泵异常切换的问题，通过上述处理，保证了高压油顶起系统的正常运行。至此，官地水电站发电机高压油顶起系统未再次出现上述异常现象，消除了设备隐患，保证了水轮发电机组的稳定运行。