水电调速器油温过高分析及改造

吕泽桓

摘 要：调速器油箱的油温维持在正常范围内是发电机安全可靠运行的关键。本文结合实际案例，分析了西溪2#水轮发电机组的调速器油箱油温过高现象，选用YSPG-100冷却器进行水冷冷却，最终通过了试验验证并消除了机组运行隐患。

关键词：调速器油箱;高油温;YSPG-100冷却器;分析试验

中图分类号：TV738文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）15-0062-03

Abstract： Maintaining the oil temperature of the governor oil tank within the normal range is the key to the safe and reliable operation of the generator. Based on actual cases， this paper analyzes the overheating of the governor oil tank of the Xixi 2# hydro-generator unit， and selects the YSPG-100 cooler is for water-cooled cooling， which finally passes the test verification and eliminates the hidden danger of unit operation.

Keywords： governor oil tank;high oil temperature;YSPG-100 cooler;analytical test

广东粤海飞来峡水力发电有限公司潮州枢纽分公司坐落于广东省潮州市湘桥区韩江下游东、西溪分叉口，共有4台灯泡贯流式水轮发电机组，其中西溪2#机组的装机容量为14 MW，经西溪变电站T接并入110 kV潮州—官塘线路。调速器采用的是通用电气水电设备（中国）有限公司（原天津阿尔斯通公司）提供法国ALSTOM公司的NEYRPIC 1500型双调节微机调速器，由微机调节器（电气部分）和电液随动系统（机械部分）两大部分组成。调速器油箱由钢板焊接而成，内装操作油为46#汽轮机油，测温元件采用铂电阻测温计（DL），安装在调速器油箱内。

观察调速器油箱油温的途径有两条。一是通过测温电阻测出温度，再传入EC2000监控系统，以此获得调速器油箱内的油温，二是运行人员巡检时通过测温枪直接测出油温。

1 分析与改造

1.1 缺陷描述

调速器油箱油温过高主要会产生四点危害。第一，油的黏度会降低，使调速器的工作效率下降，从而可能导致泄漏，影响正常工作;第二，过高的油温会引起部件的热变形，热膨胀系数不同的相对运动零件的间隙变小，橡胶密封件寿命减小，导致卡死而无法工作;第三，加速油的氧化致使油加快变质，影响使用寿命;第四，油的空气分离压力降低，油中溶解空气溢出，产生气穴，导致调速器系统工作性能下降。

早在2016年，运行人员发现，西溪2#机组的调速器油箱油温长期处在一个较高的温度范围内，因此在对该机组进行A级检修时对此问题进行了处理。处理方法主要是对该机组转轮、受油器、调速器各阀组等调速器液压系统相关设备进行解体检修且更换了损坏的密封件，并对转轮抗磨环及活塞杆密封进行技术改造，暂时解决了调速器油箱油温过高的设备缺陷。

消缺投运后，随着时间推移，该缺陷再次发生。监控系统记录及现场巡视发现，机组运行时，夏季油温最高为51 ℃左右，冬季油温最高为48 ℃左右;停机时，夏季油温为32 ℃左右，冬季油温为27 ℃左右;该台机组调速器油泵空载-打油时间与其他3台机组对比要短得多，按照调速器巡回检查标准，调速器油箱油温允许的范围为10～55 ℃，油温临界于正常范围，为了避免事故进一步蔓延而影响该机组的正常稳定运行，要进行调速器改造。未改造前（2020年），西溪2#机组调速器油温分布如图1所示。

1.2 分析原因

发现缺陷后，要分析问题。根据以往经验以及技术分析，调速器油温升高的可能原因如下：油加热器误开;调速器油系统各部件及阀组不正常，有破损;温度传感器、表计损坏;液压设备相关组件密封损坏;机组运行负荷过大;调速器油变质;油泵运行不正常，有过热现象。

根据这些可能的因素逐一进行排查，运行人员通过巡视发现油加热器并无误开，温度传感器和仪表正常且无损坏，通过对油质的定期化验发现并没有问题，油泵正常运行，无过热现象。因为先前有过对相关密封的改造，检修人员对以前改造的地方进行了检查。根据运行经验和维修人员的检查结果，其主要原因是部件和阀组运行时间过长，设备老旧，导致磨损加重，从而使阀芯、阀套的间隙加大[1]。

1.3 处理与改造

经过检查与分析，调速器油箱油温过高的原因是调速器油系统各部件及阀组运行时间较长，使得部件磨损、设备老旧。因此，改造前期先采用清洗感压阀组的方案，经过清洗处理，其效果并不明显，温度最高仍然能达到50 ℃左右，因此必须采取有效办法进行降温并且不能影响水轮机组的运行。经过讨论分析，可以采用强制冷却的方式，强制冷却有强迫风冷和强迫水冷两种方式[2]。

前期采用的是强迫风冷，该方式可在调速器油箱外加装一（数）个大风扇进行强制物理降温。但该方案只适用于临时情况，实际运行发现，降温效果略低且功率损耗略大，西溪2#机组运行时，温度最高仍能达到45 ℃左右，达不到理想效果，因此强迫风冷并不能作为长期投入的方案使用。

而后根据机组实际情况，选用YSPG-100冷卻器，该冷却器为强迫水冷，采用的是稳态流设计，使冷却管内壁具有防污染防结垢的能力;采用内管为奥氏体不锈钢的双重管结构，增强了冷却器内壁的抗磨损能力和密封性。YSPG-100冷却器的设计参数如表1所示。

改造内容主要是调速器油泵空载排油回路，将原调速器油泵空载排油管（DN50 mm）引出调速器油箱，接至油冷却器冷却后再排到调速器油箱完成循环，通过YSPG-100油冷却器对调速器油进行强迫水冷冷却，降低油温。其冷却水来自冷却供水总管。焊接与油漆方面，管道的焊接破口为单边破口，氩弧焊打底不锈钢焊条满焊;油冷却器及油管、冷却水管管道配制焊接件需要除渣去锈，刷防锈底漆一次，面漆需要刷两次[3]。改造后的调速器油系统如图2所示。

2 试验与投运效果

2.1 压油装置试验

在完成改造后，要进行压油装置试验。压油装置试验分为油泵试运行试验和密封试验，目的在于检验油冷却器改造后油泵在空载和各种压力下的振动情况、运行情况以及检修质量[4]。

油泵试运行试验需要先进行油泵装配，而后启动油泵控制开关，确认油泵运行正常后，空载运行1 h。随后在1.5 MPa、3.0 MPa、4.4 MPa各油压下进行油泵试验，分别进行10 min。在试验过程中，油泵应连续运作，用油泵卸载阀的手动调节螺钉来控制试验压力。运行正常无异常后，在油罐内无压的情况下向压力油罐送油，到达正常油位后向压力油罐充气至6.3 MPa额定压力，运行1 h且油温不得超过55 ℃，在充气过程中对各个部位进行检查，判断是否漏油，若漏油则停止充气。

密封试验需要将压力油罐的所有阀门关闭，使其油位和油压均保持在正常的工作范围内。经过8 h后，油压下降量不得大于额定油压的4%。

以上两个试验表明，安裝调速器油冷却器后，油泵试运行试验下，油泵在各个压强均能连续运行，在额定压强下能够可靠运行且油温基本保持在35 ℃左右，符合标准要求;密封试验进行8 h时，油压下降量约为0.12 MPa，为额定油压的1.9%，符合相关标准。

2.2 充油试验

试验前先确保转轮室、水轮机控制环、拐臂处无人工作，流道无水压，且导叶转动处无阻碍物。在调速器正常工作的情况下，将压油装置打到手动位置，将接力器检修排油阀关闭，接力器锁定拔出;再将压油装置打到手动位置，打开油罐的供气阀，向系统逐渐充压至正常油压，检查各部位是否漏油，如漏油应停止充气。升压过程中，检测导叶接力器能否可靠关闭导叶，并且通过测出接力器在投入与拔出的最低动作压力值来检测其动作的灵活性与可靠性。在没有异常的情况下，将压力升至正常工作压力，然后将接力器全开、全关几次，再检查各处有无异常及渗油。

充油试验表明，其能在设计压力下正常关闭导叶，接力器能够灵活可靠地进行投入与拔出动作，无渗油现象。

2.3 油冷却器打压试验

为了保证YSPG-100油冷却器能在安全稳定的环境下工作，按照技术要求，要对该冷却器进行打压试验，打压压力为1.25倍额定压力，试验时间不超过1 h。已知额定压力为1.6 MPa，因此打压试验的压力为2.0 MPa。经过试验，YSPG-100油冷却器能够在打压压力下稳定运行[5]。

2.4 投运效果

试验合格后，经检查，各阀门、法兰等连接处无漏油、水情况，西溪2#机组投入运行。近3个月的运行记录表明，运行时油温基本稳定控制在33 ℃左右，停机时油温控制在22 ℃左右。在不同负荷下，西溪2#机组调速器油箱油温的变化如图3所示。

3 结语

本文结合实际案例，分析了直接造成调速器油箱油温过高的原因，通过不同的方法最终决定用YSPG-100油冷却器进行强迫水冷，观测油温近期的变化情况，随后通过压油装置试验、充油试验、打压试验以及实际运行，确定其可靠性、安全性及经济性。该方案可用于处理该电站水轮机组调速器油箱油温过高的故障，亦可作为参考，运用到其他电站。

虽然采用油冷却器解决了调速器油温过高的问题，但是未来还需要从根源上解决问题。运行期间，运行人员应加强对油温变化的观察，做好记录和分析，在巡查调速器油箱时注意有无噪声;检修人员应注意部件的磨损情况，必要时进行更换。调速器在电站运行中是至关重要的一节，不容忽视，只有日常巡视和维护检修上做到防微杜渐，才能保证水轮机组安全、可靠、稳定地运行。

参考文献：

[1]吴瑞玲.飞来峡水利枢纽3号水轮发电机组调速器油温高故障分析及处理[J].广东水利水电，2011（6）：76-77.

[2]孙毅.水轮机调速器设计及其选型的相关研究[J].山东工业技术，2018（1）：38.

[3]倪健.水电站水轮机调速器常见故障分析及处理[J].河南水利与南水北调，2020（7）：24-25.

[4]国家能源局.灯泡贯流式水轮发电机组安装工艺规程：DL/T 5038—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[5]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.水轮机调速系统试验：GB/T 9652.2—2019[S].北京：中国标准出版社，2019.