清远抽水蓄能电站油雾问题浅析

李晓亮 赵溢丰

摘 要：清远抽水蓄能电站4台机组于2016年8月30日全部投产发电，机组运行状况良好，2019年4月发现4台机组下导及推力轴承均出现不同程度的甩油现象，较为严重的#4机组已经导致了停机失败，严重影响机组的安全稳定运行。综合分析甩油原因，清蓄人员改进了油雾收集装置的结构，有效解决机组甩油问题。

关键词：油雾;甩油;下导轴承;推力轴承;油雾收集装置

前言

广东清远抽水蓄能电站位于广东省清远市的清新县太平镇境内，地理位置处于珠江三角洲西北部，直线距广州75km，距清远市32km，是一座日调节的纯抽水蓄能电站。厂内安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机—发电电动机机组，单机容量（发电工况）320MW，总装机容量1280MW。

可逆式抽水蓄能机组在启动、停机操作上灵活方便， 在电网峰荷时放水发电， 在低谷负荷时利用系统多余的电能抽水， 在电网中起到了调峰填谷的作用， 提高了整个电力系统的经济运行。

1 下导及推力轴承结构及作用概述

清远抽水蓄能电站发电机结构为半伞式，设有上导轴承、水导轴承、推力轴承及下导轴承，结构如图1所示。推力及下导轴承布置在转子下方，推力头和轴为一体结构，推力轴承采用弹簧簇支承结构，具有自动平衡各瓦间负荷的能力，推力瓦12块瓦。推力轴承承受水轮发电机组所有转动部分的重量和水推力构成的组合载荷，通过推力轴承在轴承座传递给下机架和混凝土基础。下导轴承有18块下导瓦，下导轴承将机组的径向力传递给下机架，承受水轮发电机组下导处转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，并约束轴线径向位移和防止轴的摆动。下导及推力轴承采用外加泵+外置油冷却器循环冷却方式。油冷却器和油泵布置在机墩外。

2 运行中存在的问题

#4机组停机过程中，投入机械制动至转速为0的时间从40s增长至90s，且有不断增长的趋势，最长几乎到达100s。在4月下旬，水车室上方出现油滴，滴落至控制环、导叶接力器上，#10导叶接力器拐臂上有大量夹杂黑色颗粒的油污，随后确认为接地碳刷碳粉，现象与下导推力油盆内甩油缺陷吻合。

进入#4机组风洞检查，发现情况与#2机组情况相似，下导推力油盆盖及下机架上有片状油污，下导推力油盆底座上有点状油滴，机械制动器制动板上有油印，空冷器接水槽有积油，现象与下导推力油盆外甩油缺陷吻合。

3 甩油存在的危害

机组下导推力油盆甩油缺陷有以下危害与风险：

（1）甩油后推力油槽油量减少，会直接导致下导瓦、推力瓦的冷却效果降低，瓦温、油温将逐渐升高，威胁机组安全运行。

（2）甩出的油进入发电机转子、定子内部，油雾和制动器闸板粉尘长期吸附在转子磁极和定子线棒上，严重影响发电机的散热效果。

（3）大量的油污会对发电机线棒等绝缘造成腐蚀，使其绝缘性能下降，加速老化，极易造成发电机线圈短路或击穿;对电力线路造成腐蚀，破坏绝缘，威胁机组安全稳定运行。

（4）油滴附着在机械制动器的制动板上，起到润滑作用，影响制动时间;浸润在制动器的毛刷上，在机组制动过程中会起火冒烟，存在着严重的安全隐患。

（5）甩出的油经下机架落入水轮机机坑，对机坑环境造成影响，使机坑工作人员滑跌伤害。

4 原因分析

4.1内甩油形成的原因及相应分析如下：

在发电机下端轴高速旋转作用下，会使下导推力油盆内侧挡油桶下部出现泵效应，形成一个低压区，在压差作用下，挡油管与推力头内壁之间就会形成油雾，并将沿着下端轴与挡油圈的环腔间向下溢出，滴落至水车室。

东芝在油桶内部设计了两层挡油环，起到减轻泵效应，减少油雾产生的效果，由于#1、#3机组仅有零星油滴低落至控制环，此项设计是有效的。

由于机械结构制造不规范和安装不到位等原因，造成挡油管外圆与推力头内圆之间的径向距离出现不均匀，偏靠一方的原因。当推力头带动润滑油高速旋转时，其内部运行环境就类似于偏心泵，从而使得润滑油产生周期性的压力脉动，不断向上窜油，使润滑油及油雾沿着推力头的内壁甩出，飞溅到发电机内部。

4.2外甩油形成的原因及相应分析如下：

机组运行过程中，下导推力油盆油温会逐步升高，能到达50℃以上，导致其上方空气出现热膨胀现象，在周期性循环推力的作用下，推力头、镜板等旋转部件的搅动使润滑油在离心力的作用下作不规则运动，遇到挡油板时发生剧烈碰撞，在油槽上部形成泡沫及油雾。

4.3清蓄发电机下导推力轴承油盆基准油位为下导瓦调整螺栓中线上方80mm，油盆盖上设有密封刷，轴瓦上方有挡油板，油盆盖上方有一根管路连接油雾收集装置。

停机标准油位离油盆盖底部小于230mm，离挡油桶顶部只有150mm左右，当机组运行时，油位上升至往往在130mm左右，若油雾收集装置运行形成的真空度不足，不能有效抑制推力头旋转产生的油面波动和泡沫，油雾、油滴就会从挡油桶及油盆盖溢出。

现将油雾收集装置真空度调节至厂家经验范围最大值-0.4kPa，但已经出现新风量不足，不能充分冷凝油雾的情况，油雾随着排气排至装置外，存在运维人员吸入油雾、影响健康的风险。

5 解決方案

5.1更换了#4机组下导及推力油雾收集装置的滤芯，采用新的过滤效果更好的滤芯。

5.2检修过程中还发现大量油雾在收集装置进口管路内部冷凝，未进入油箱内，影响装置正常工作，在进口管路加装油雾收集装置排污阀，定期排空积油提高冷凝效果。

5.3考虑重新计算油位高度，油盆内真空度后采用功率更大的抽油雾装置电机来进一步提高油雾收集装置的工作效果，进一步降低机组运行时油盆内油位。

6 小结

目前#4机组油雾收集装置单独运行时真空度从-0.4kPa上升至-0.7kPa，机组运行时真空度从0kPa上升至-0.4kPa，油位上升值从130mm下降至30mm，已消除甩油及油雾溢出的源头。新滤芯冷凝充分，油雾不会随着排气排至装置外，避免运维人员吸入油雾、影响健康的风险。#4机组机械制动时间已进一步下降至45s。水车室和推力及下导油盆盖未发现有较大的积油现象。由于抽水蓄能机组为双向旋转， 在处理甩油问题时不能从一般的水轮发电机组来考虑， 希望本文能对同类型机组的类似问题处理有一定的参考和借鉴作用。