某抽水蓄能电站高压油减载系统优化改造

杨益文，高远良

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

1 某抽水蓄能电站概况

1.1 基本情况

电站安装有4台单机容量为300 MW的混流可逆式水泵水轮/发电电动机组，装机容量为1 200 MW。机组额定水头430 m，额定转速428.6 r/min。电站发电电动机型号为SFD300/325-14/6650，采用立轴悬式结构，推力轴承位于转子上部的上机架中心体内，采用组合轴承设计方式，与上导轴承位于同一油槽内，推力轴承瓦与上导轴承瓦各12块，且采用外加泵外循环冷却方式。水泵水轮机型号为HLBD574-LJ-416，为立轴、单级、混流可逆式机组。

1.2 抽水蓄能电站的特点

电站地处电网负荷及电源中心，其日常运行，担负着电网调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等任务，机组启停频繁，单机日均启、停达3次以上，具有运行强度高且运行方式多变、操作频繁等特点。

2 机组高压油减载系统及运行情况

2.1 高压油减载系统参数

高压油减载装置系统是为电站机组启停过程中给推力轴承瓦面与镜板间注入高压油而设计的动力机构，装置包括2台高压油泵（分别由交流电机和直流电机驱动）、油泵吸油过滤器、油泵出口单向阀、溢流阀、油泵出口过滤器、压力开关、流量开关及压力表等。装置具体参数如表1：

表1 高压油减载装置参数

2.2 高压油减载系统日常运行若干异常情况

（1）高压油减载装置在日常运行中，油流流量正常信号通过高顶泵出口单一的流量计显示并接线采送，最终传送至上位机监控，元件动作信号不稳定，较易出现高压油流量异常报警。

（2）压力信号由过滤器出口压力变送器传送，压力值虽能达到最小要求压力，但可观察到油泵运行时伴随有异响，油流出口机械表压力指示波动大且流量计伴随有流量波动。

（3）在机组上位机监控开停机流程步序反馈、高压油顶系统正常和机组静止态的判断中，“高压油流量正常”信号和“高压油压力正常”信号为“或”的关系，易出现高压油减载系统异常误报警。

（4）机组停机时，在流程判断机组转速小于1%，收到“球阀紧停阀复归”与“调速器紧停阀复归”信号后，上位机监控流程将立即发高顶泵停止运行指令。

（5）系统出口滤油器时常出现前后压差异常报警，滤油器滤芯拆装不易，不便于清洗。

（6）在机组月度定期维保推力瓦抽瓦检查时发现，组合油槽内推力瓦瓦面有较为明显的磨损、损伤痕迹。

3 高压油减载系统改造方案分析

根据原高压油减载系统日常运行过程中的上述情况以及机组推力瓦瓦面损伤事件，协调设计制造厂家对系统进行深入检查，再经多方讨论分析后，得出以下结论：

（1）针对该系统现有控制逻辑的不足之处，有必要对高压注油泵各参数监测，包括流量监测，压力检测等监测逻辑以及监测数据的可靠性进行优化，进一步保证高压油系统运行时远程监控数据，能够真实反映高压油减载系统的运行情况。

（2）推力轴承组合油槽内油因机组运行过程额定428.6 r/min高速旋转，极易产生油沫、气泡、气隙及杂质，各轴承轴瓦间的磨损也不可避免的产生金属颗粒物及粉末。原高压油减载系统油流从推力轴承组合油槽直接取油通过高顶泵加压，可能导致油流中夹杂着气泡、油飞沫及各类杂质、金属颗粒物吸入等情况，增加油槽杂质吸入推力轴承与镜板间造成轴承与镜板损伤的风险。

（3）系统溢流阀（安全阀）开启压力整定值偏低。高压油泵启动后，正常情况下，会在瓦面高压油室瞬时形成较大的冲击压力，使镜板和瓦完全脱开，当瓦面边缘有油溢出后，油泵出口压力才逐步下降达到稳态，瞬时冲击压力远远大于稳态工作压力。如果溢流阀（安全阀）开启压力整定值偏低，高压油泵启动后，溢流阀将动作，将不能形成足够的冲击压力，造成镜板和瓦不能完全脱开，局部不能形成油膜，或者在低转速下会造成瓦表面磨损，长期反复积累，造成推力瓦表面磨损不断加剧，直至不能运行。

（4）系统滤油器不易清理，堵塞后影响高顶系统工作。高顶系统油泵前端设精滤器，后端设粗滤器，当滤油器出现堵塞现象后静态顶起时表现正常，但当管路中出现动压干扰时流量就会大幅波动，导致短时油泵供油不足，油膜很薄，出现推力瓦局部磨损现象。

（5）根据机组转动部分静态重量约520 t计算（计算结果如表2，管路总压单位面积每1 MPa承重100 t），高压油泵总流量选取15 L/min就满足机组顶起需求，实际油泵总流量选取为30 L/min，裕度为100%。但这仅是按常规设计方法考虑，抽水蓄能机组运行近三年时间，起停次数相当于常规机组运行十几年的水平，将流量裕度进一步提高，可提高机组长期运行的可靠性。

表2 高压油泵总流量与可承重关系

4 高压油减载系统改造

4.1 系统各参数信号逻辑修改及可靠性优化

在机组开停机流程步序反馈中，将“高压油流量正常”信号和“高压油压力正常”信号由“或”关系改为“与”关系，只有同时满足流量与压力条件方允许开机。在静止态判断中，将“高压油流量正常”信号和“高压油压力正常”信号由“或”关系改为“与”关系。在原流量开关旁边新增一个流量开关，接线采用并接至原流量开关接点的接法，即送至监控的流量正常信号由两付接点并接。从而增加元件动作可靠性，确保系统管路中油流信号的真实性。

在机组停机流程步序反馈中，于“球阀紧停阀复归”与“调速器紧停阀复归”信号后，增加30 s的TON延时模块，让高顶泵比之前多运行30 s，延长推力轴承与镜板间承重面的润滑时间，规避干摩风险。

4.2 系统取油口的优化

将原先高压油系统油流从推力轴承组合油槽直接取油的方式，改造为从组合轴承油槽推力外循环油泵过滤器后方管路取油。一方面油流先经过推力外循环泵加压，将更加顺畅无气泡，另一方面油流通过推力外循环油泵过滤器过滤后，进入高压油减载系统的油将更加洁净，颗粒物杂质更少，从而达到降低油流杂质的目的。

4.3 系统高顶交、直流泵及滤油器的改造

将各机组高顶直流泵以及交流泵油泵输油量由目前30 L/min提高到45 L/min，并将原油泵入口滤油器改为更方便清洗和更换滤芯的结构，品牌更改为：汇益，型号：HYTF0009W125BGV3，过滤精度仍为125 μm。当出口过滤器时常出现前后压差异常时，便于及时排除故障。

高顶泵油泵由原德国KRACHT外啮合齿轮泵改为流量特性更优的德国REXROTH内啮合齿轮泵，型号为：PGH4-30/032 RE11VU2。由于原系统油泵设计压力为25 MPa、输油量32.8 L/min（油泵排量24.6 mL/r），所配电机功率18.5 kW就能满足要求，为保证足够余量，提高了一个电动机标准功率等级到22 kW。更换新油泵后，查阅油泵功率曲线，在1 450 r/min、输油量为46.9 L/min（油泵排量32.7 mL/r）驱动功率为21.1 kW。所以更换输油量更高的油泵后，原电动机仍能满足驱动要求。而油泵更换后需要更换与之匹配的联轴器、钟形罩、油泵进出油法兰，并重新对该段管路进行装配。

考虑到现场滤油器布置空间限制及在满足使用要求的条件下尽量减少现场管路改动和配管工作量，通过与滤油器制造厂协商，将新的油泵入口过滤器进、出口螺纹保持与现滤油器相同，根据安装要求，重新制作安装架，安装新滤油器并现场配制与该滤油器有关的管道。高压油减载系统改造零部件如表3：

表3 改造零部件表

经改造后，某抽水蓄能电站高压油减载装置参数如表4：

表4 改造后高压油减载装置参数表

5 试运行

按上诉方案改造后，某抽水蓄能电站高压减载系统经调试后试运行，系统流量正常元件动作信号值稳定，再无高压油流量异常报警。出口压力表压力值稳定在10 MPa无波动，泵运行时声音流畅无异响。出口过滤器前后压差正常，月度维保推力瓦抽瓦检查瓦面完好无损伤痕迹。高压油减载系统运行稳定，远程监控可靠。情况表明，该改造方案可行。

6 结语

该改造方案下的抽水蓄能电站高压油减载装置，在面对抽水蓄能电站日常高强度运行情况下，为机组在低转速时，推力瓦面与镜板间提供润滑油膜，防止出现轴瓦间干摩发挥着举足轻重的作用，其稳定性及可靠性，将充分保证抽水蓄能电站机组的正常启停机，满足电网对负荷调节的各种需求。

望本文能对其他类似抽水蓄能电站高压油减载系统改造，提供参考。