调速器液压系统运行中油温异常的研究

宋海鹏，邬海军

（湖南省水运建设投资集团有限公司大源渡航电枢纽分公司，湖南 衡阳 421000）

1 前言

大源渡水电站位于湖南省衡东县境内湘江干流上，距离衡山县城18 km，装有4台30 MW的灯泡贯流式发电机组，主机部分由安德里茨公司制造。水轮发电机的额定出力为30.76 MW，额定水头为7.2 m，额定发电流量为472.1 m3/s，额定转速为65.2 r/min。

2 调速器液压系统简介

大源渡水电站调速器系统的液压部分由调速器供油系统、机械液压执行机构、压力油罐、压缩空气系统、过速飞摆、重锤卸荷阀、导叶分段关闭装置等组成。其中调速器供油系统包括调速器油箱，2台调速器油泵（1号、2号）及其控制单元，1台调速器补给油泵（3号）及其控制单元，以及相应的控制与监视设备。

油压装置是供给调速器压力油源的设备，也是水轮机调速系统的重要设备之一。由于调速器所控制的水轮机体积庞大、需要足够大的接力器体积和容量克服导水机构承受的水力矩和摩擦阻力矩，故使其油压装置体积和压力油罐容积都很大。油压装置压力罐必须有60%～70%容积的压缩空气和30%～40%容积的压力油，以使油量变化时压力变化最小。

水轮机调节要求调速器动作灵敏、准确、安全可靠。若动力油不清洁或质量变差，势必使调速器液压件产生锈蚀、磨损，对精密液压件造成卡阻和堵塞，给调速器工作带来不良影响甚至严重后果。

3 油温异常事件经过及临时处理

3.1 现象

2号机组并网运行过程中，上位机简报窗口多次发“2号机组调速器油箱油温高”黄色信号，监盘界面中2号机组控制画面亦有“调速器油箱温度高”黄色信号。查询机组压力油罐压力曲线，发现其压力下降缓慢，5.943 MPa的压力在1 h后仅缓降至5.874 MPa，正常情况下压力油罐压力从6.0 MPa降到5.8 MPa约用时8 min，现地检查发现2号机组调速器回油箱油温为63 ℃，已超过温度高报警值60 ℃，3号调速器补给油泵负载灯一直亮，3号调速器补给油泵一直带负载运行。

图1 机组压力油罐压力曲线的变化情况

3.2 现场处理过程

为防止油温继续上升，运行人员现地手动切停2号机组3号调速器补给油泵，之后压力油罐压力开始下降。密切注意机组压力油罐压力，待压力降至5.75 MPa时，重新手动启动3号调速器补给油泵，油泵空、负载切换正常。40 min后，再次出现压力油罐压力不降，补给油泵还是一直负载运行， 初步判断3号调速器补给油泵控制单元有故障，随即在2号机组辅机控制屏将3号调速器补给油泵控制旋钮切至停止位，并断开其电源空气开关，关闭2号机3号调速器补给油泵出油阀。

4 原因分析

4.1 调速器油泵的运行方式

1号、2号调速器油泵在6.0 MPa时流量为850 L/min，可满足水轮机在各种条件下运行的要求。机组正常运行时3号调速器补给油泵连续运行，并且在运行油压降至设定压力5.8 MPa以下时，通过压力继电器动作自动带上负载往压力油罐内打油，当压力上升到6.0 MPa时，从负载转空载运行。备用油泵（1号、2号）分别在压力低于5.7 MPa、5.5 MPa时自动启动，当压力上升到6.0 MPa时停止运行。机组在停机状态时，当压力油罐压力下降到5.5 MPa时，3号调速器补给油泵自动启动向压力油罐打压至6.0 MPa时停止；而备用调速器油泵不能自动启动，但可以手动启动向压力油罐补油。

3号调速器补给油泵的工作原理（图2）：油泵空载运行时，油泵出口用于控制的油流经截止阀2016/3、过滤器2014/3、油泵引导阀—Y33流至调速器回油箱；卸荷阀2101/3的B腔压力低，其活塞打开，油泵抽上来的油经卸荷阀2101/3的A腔流回调速器回油箱。当系统油压小于5.8 MPa时，油泵引导阀—Y33的电磁线圈通电，控制油至回油箱的回路被切断，并在卸荷阀2101/3的B腔形成高油压，关闭其活塞，经卸荷阀2101/3的A腔至调速器回油箱的油流被中断，油管路中压力升高，此时止回阀2102/3被顶开，压力油通过油管路被打至压力油罐。

油泵控制单元中的油泵安全装置保证油泵不过压。总共有3级：油泵本体上设有一级,动作压力为7.0 MPa；油泵出口控制回路中设有两级，一级当油泵出口压力达到6.2 MPa时动作，另一级当油泵出口压力达到6.5 MPa时动作。

图2 补给油泵工作原理图

4.2 油温高报警原因分析

原因1：3号调速器补给油泵的控制油过滤器滤芯堵塞。由于补给油泵的控制油过滤器滤芯堵塞，滤芯后控制油压下降，卸荷阀2101/3的B腔油压不能使活塞完全关闭，A腔可小开度开启，部分油流经A腔流回调速器回油箱，导致此时3号调速器补给油泵不能将油全部打入压力油罐，机组用油和经A腔流回调速器回油箱的油与油泵供油达到平衡，压力油罐压力无法达到油泵停泵压力6.0 MPa，故补给油泵一直负载运行。由于此时卸荷阀A腔比正常泄压时开度小，油压增加，油流速度变大，调速器油在管道内高压高速循环摩擦生热，最终导致回油箱油温升高。

原因2：3号油泵引导阀—Y33阀芯卡涩。3号油泵引导阀—Y33电磁阀动作后，因机械杂质或阀芯磨损等原因造成阀芯动作不到位，滤芯后控制油压下降，卸荷阀2101/3的B腔油压不能使活塞完全关闭，A腔可小开度开启，部分油流经A腔流回调速器回油箱，导致此时3号调速器补给油泵不能将油全部打入压力油罐，机组用油和经A腔流回调速器回油箱的油与油泵供油达到平衡，压力油罐压力无法达到油泵停泵压力6.0 MPa，故补给油泵一直负载运行。由于此时卸荷阀A腔比正常泄压时开度小，油压增加，油流速度变大，调速器油在管道内高压高速循环摩擦生热，最终导致回油箱油温升高。

原因3：油泵出口安全阀动作整定值运行中发生变化，在油压上升至5.943 MPa时动作，造成压油槽压力不能上升至停泵压力6.0 MPa，油泵一直打压，调速器油在管道内高压高速循环摩擦生热，造成调速器油温升高。

维护人员首先对油泵控制油过滤器滤芯进行了更换，正常运行一段时间后，再次出现“2号机组调速器油箱油温高”告警信号，排除过滤器滤芯堵塞的原因；更换引导阀—Y33运行一段时间后又出现了“2号机组调速器油箱油温高”现象，判断可能系油泵出口安全阀动作整定值发生了变化，用主用油泵将压油槽油压升至正常后，将调速器油泵停泵压力调至6.3 MPa，启动3号调速器补给油泵往压力油罐打压，压力油罐油压上升至6.03 MPa时油压不能再上升，判断油泵出口安全阀动作整定值偏低，在6.0 MPa左右，运行中如安全阀性能有所下降就可能会误动作，将一级安全阀动作值调整至6.2 MPa后，运行过程中未再出现调速器油箱油温高告警的情况。

5 事故预防及改进措施

5.1 定期、随机滤油

对于速器系统，其控制器件精密，例如比例阀、引导阀和滤芯等，故该系统对油质要求较高。为保证调速器系统用油的稳定性，应该经常性地开展定期、随机性滤油工作。

5.2 定期更换油路滤芯

在机组检修和日常维护时，对于调速器油泵的控制油过滤器滤芯、回油过滤器滤芯等，采取只更换、不清洗的原则，这能有效地遏制调速器油系统因滤芯堵塞引起的各种故障。

5.3 定期对安全阀整定值进行校验

在机组检修时对各级安全阀动作整定值进行校验，确保其动作正确和可靠。

5.4 加强设备的监盘和巡视

对机组的重点部位，应该加大日常运行监盘和巡视力度，确保及时发现和处理类似此种机组调速器压力油罐压力及回油箱油温异常的现象。

6 结束语

水轮机调速器是机组的主要调节与控制设备，在电站的运行中起着至关重要的作用。随着技术的进步，现代水轮机微机调速器由于采用高可靠性的器件，可靠性大幅提高，故障概率较低。但因产品质量、调试水平及维护情况等方面的因素，难免会出现异常现象。此外，水轮机调节系统是由调速器和调节对象所构成的闭环控制系统，水轮机调节系统的调节品质不仅取决于调速器的产品质量、参数调整、正确的运行维护，还与调节对象特性与运行工况有密不可分的关系。