水电站灯泡贯流式机组受油器结构改造研究

1项目概况

岷县龙王台水电站位于洮河干流岷县县城东北5km的茶阜镇西村,是一座河床式电站,设计水头11m,装机容量3x7MW,采用灯泡贯流式机组。该项目于2008年3月开工建设,于2011年8月3台机组全部投入试运行,是目前洮河中上游建成的第一座采用灯泡贯流式机组的电站。

受油器是龙王台水电站3×7MW的灯泡贯流式双调节水轮发电机组的特有设备和重要部件,是一种通过固定壳体经旋转轴进行油源输送的转换装置,其将外部高压油通过静止管路系统连续注入主轴上的相应进口中,在运行中通过调整水轮机奖叶的转动来优化设备效率,合理利用水力资源,充分发挥与导水机构的协联作用。受油器设在发电机转子上游端,固定在发电机灯泡头内地板上,结构为浮动瓦式,能够有效避免油管被过度磨损。但该3×7MW的灯泡贯流式机组受油器采用第一代受油器(图1),已多次发生故障,阻碍了机组的正常运行,成为该水电站发电机组易发生故障的关键设备。

2受油器故障现象及原因分析

2.1受油器故障现象2020-08-04T04:30,运行人员发现3×7MW灯泡贯

流式3#机组调速器集箱油位突然下降,油泵启动频繁,灯泡头地板出现大量油污和油雾,同时奖叶自动全关至零,但整个运行设备其他部位全部正常,经监控后台调查初步判断为机组受油器发生安全故障。随后,运行人员采取正常停机程序并汇报有关人员做进一步检查,检修人员进入机组现场进行全面检查发现,调速器各管路接口无滴漏现象:但在进入灯泡头时有一股油味,非常刺鼻,整个灯泡头内设备全是油污:检查时受油器管路接口也无漏油现象,但受油器座内侧碳粉回收箱有大量积油:打开地板发现灯泡头加筋格内也有大量积油:碳刷支架和集电环全部让油污和碳粉覆盖成泥状:同时机组工作负荷减小,振动加大,被迫停机。就此,进一步判断为受油器与操作油管有漏油及轴承断裂的可能。

2.2受油器故障原因分析

在主机厂家与安装单位技术人员的分析和指导下,运行人员、检修人员、管理人员初步判断为受油器密封装置严重损坏或操作油管有破裂现象。同时,对受油器进行了分解拆卸工作,但在拆卸放油管路时有一股油从受油器体漏油口不断流出,就此进一步确定受油腔体内橡胶密封与密封铜套同时存在问题。拆卸后发现铜套严重损坏,如图2所示。更重要的是,V形橡胶密封也损坏严重且装配出现问题。为进一步分析密封铜套破损的原因,经多次测量,操作油管内外管同心度比设计范围大0.06mm。

图2 铜套严重损坏示意图

另外,在排油管排油过程中发现轴承滚珠及金属碎片,轴承外圈及滚珠盖已损坏,造成部分滚珠丢失,如图3所示。

图3 排油管及转轮体内清扫出的滚珠及碎片示意图

受油器的漏油问题和轴承碎片问题近年来时常发生,机组每年都有受油器橡胶密封及轴承更换事件发生。

橡胶密封破损的可能原因如下:(1)铜套本身质量存在问题(材质):(2)加工、运输或安装过程中已经受损,但起初运行时问题不易暴露:(3)装配时受力不均匀,再加上接触面间隙不均匀,导致运行过程中形成的离心摆动力成为损坏的重要原因。

轴承损坏原因如下:该灯泡贯流式机组中心轴线和预埋件垂直度存在严重的偏差,从而造成轴承面受力不均,进而导致轴承磨损过度而损坏。

3受油器结构改造

3.1改造背景

为有效提高龙王台水电站3×7MW灯泡贯流式机组的自动化程度,实现设备的无人值守,降低设备的巡检要求,对于3×7MW灯泡贯流式机组易发故障节点进行了技术升级改造,从源头上减少故障隐患,进而提高该3×7MW灯泡贯流式机组运行的安全性和可靠性。受油器是龙王台水电站3×7MW灯泡贯流式机组的关键设备,由于其采用的是第一代受油器,工作性能不佳,易发生漏油、轴承断裂等安全故障,在灯泡贯流式机组自动化升级改造的大背景下,必须对第一代受油器进行升级改造。

经市场调研,新设计和安装的灯泡贯流式机组基本采用第三代新型受油器,从其他水电站调研的情况来看,第三代新型受油器具有结构简单、安装便利、故障率低、使用寿命长等特点,对比第一代受油器,设备自动化程度大幅提高,可实现设备的无人值守。另外,故障率的大幅降低有效提高了灯泡贯流式机组的运行效率,降低了维修和保养成本。在这一背景下,岷县龙王台水电站采用第三代新型受油器对3×7MW灯泡贯流式机组第一代受油器进行技术改造。

3.2受油器结构改造

第三代新型受油器结构示意图如图4所示,该受油器采用全浮动瓦密封结构,全浮动瓦与受油器体融为一体,两者通过连接主轴的受油轴连接,并起到支撑作用。当灯泡贯流式机组产生振动和摆动现象时,整体部件随之进行振动和摆动。新型受油器设计成3个油腔,分别与原主轴3个油腔连通,油腔外侧采用软管连接调速系统的油管路。受油器内腔与轴配合部分采用巴士合金材料进行浇注,在受油器内腔与受油器轴进行配合滑动时,巴士合金材料对受油器体的支撑效果理想。受油器体与外界全部采用软管连接,可有效消除受油器体发生振动和摆动时对连接油管的动作约束,防止受油器体密封与受油轴之间的硬接触摩擦,密封效果理想,从而避免发生漏油等故障。在该新型受油器体上游侧设计有专门的反馈机构,将奖叶接力器的行程通过钢丝绳反馈至调速器,为调速器奖叶调整提供数据基础,从而完成调节指令。受油器反馈装置回复轴承设置在受油器体外部,回复轴承损坏等故障的发生不会导致轴承滚珠进入受油器转轮体内,能有效避免回复轴承损坏故障等对3×7MW灯泡贯流式机组运行造成安全隐患。

图4 新型受油器结构示意图

新型受油器与原操作油管之间设计有油路转换机构,实现受油器油路通道与原操作油管各油路通道的顺利连接。新型受油器安装改造后,可避免受油器轴承因受力不均导致的损坏故障发生,避免因轴承滚珠及金属碎片进入转轮活塞缸使故障扩大的情况,另外还可有效避免受油器漏油故障的发生。

4改造后应用效果分析

在3×7MW灯泡贯流式机组主机厂家和安装单位的帮助与指导下,新型受油器结构改造完成后按图纸进行装配,8月14日所有安装及检修工作全部结束后,于当天10:00投入运行。从当前情况来看,3×7MW灯泡贯流式机组及受油器工作安全平稳,其他设备运行状况稳定,检查受油器密封效果非常明显,运行至今无故障发生,机组运行条件达优良状态。

应用新型受油器后,调速器系统主油泵启动时间间隔大幅度增加,从之前的7mmn延长到120mmn,有效降低了水电站的用电损耗,同时延长了调速器系统主油泵设备的使用寿命,设备的检修、维护和保养间隔增加,节约了成本,提高了设备运行的可靠性。另外,在受油器体的一个大修期间内,不需要额外进行受油器的检修,使用寿命长。同时,该新型受油器安装便利,受油轴安装盘车时间短:之前第一代受油器受油轴在安装时需要进行多次盘车,工作时间为4~6天,而新型受油器受油轴采用软连接设计,安装时仅仅需要进行一次盘车,安装工序简单,有效节约了受油器的安装、维修、保养成本。

5结语

灯泡贯流式机组受油器发生故障的影响较大,漏油故障产生的油污和烟雾不但会对发电机绝缘、电源引线、各类信号引线形成破坏和误导,更为严重的是,如碳刷产生火星,则后果不堪设想。众所周知,灯泡贯流式机组的检修工作非常繁重,但在基础安装过程中要求严格,可以给今后的检修工作减轻一定的压力。一般情况下,灯泡贯流式机组最容易出现的故障就是受油器与各管路的漏油问题、轴承容易磨损等。针对这一情况,采用第三代新型受油器来对第一代受油器进行结构改造,实践应用效果理想。3×7MW灯泡贯流式机组新型受油器的改造应用有效提高了电站机组运行的安全性和可靠性,降低了电站机组受油器安装要求,同时减少了压力油泄漏量和调速器油压装置油泵的启动次数,实现了节能降耗的目的,为实现电站灯泡贯流式机组绿色运行奠定了基础。