仙居抽水蓄能电站发电电动机高压油顶起系统优化浅析

8第43卷 第S2期
2020年12月
Vol.43 No.S2
Dec.2020
水 电 站 机 电 技 术
Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station
0 引言
发电电动机推力瓦是抽水蓄能机组的核心部件之一，其运行状况的优劣对整个电站机组的安全稳定运行有着重要的影响。

而发电电动机高压油顶起系统作为机组启停低转速阶段对推力瓦面的保护，其运行性能的好坏直接影响到机组推力瓦的使用寿命。

浙江仙居抽水蓄能电站通过对发电电动机高压油顶起系统容量配置、启停逻辑、压力整定等方面的优化升级，充分保证了设备运行可靠性。

1 概述
浙江仙居抽水蓄能电站发电电动机为半伞式结构，高压油顶起系统由交、直流高压注油泵及其控制回路、油管路等组成，用油取自推力油槽底部，通过进油过滤器过滤后，由交、直流高压注油泵加压至11 MPa左右，再通过双联精密过滤器过滤，将高压油注入推力瓦瓦面进油孔进行润滑。

浙江仙居抽水蓄能电站发电电动机高压油顶起系统投产初期启停逻辑为：
开机阶段，当发电机辅助设备控制柜收到“机组开机开启高压油顶起泵”命令时，首先启动直流高压注油泵。

若直流高压注油泵启动正常，在建压成功后，停直流高压注油泵启交流高压注油泵，当收到“转速大于等于90 %Ne”信号时，高压油顶起系统退出；若直流高压注油泵在启动过程中发生故障，则自动切至交流高压注油泵，直至收到“转速大于等于90 %Ne”信号时，退出高压油顶起系统。

停机阶段，当发电机辅助设备控制柜收到“机组停机开启高压油顶起泵”时，直接启动交流高压注油泵。

若交流高压注油正常运行，当收到“机组辅助设备退出信号”时，退出高压油顶起系统；若交流高压注油泵运行出现故障，则自动启动切至直流高压注油泵，当收到“机组辅助设备退出信号”时，退出高压油顶起系统。

图1 高压油顶起系统管路图
收稿日期： 2020-09-30
作者简介： 赵宏图（1989-），男，工程师，从事抽水蓄能电站的建设、运行、维护及检修管理工作。

仙居抽水蓄能电站发电电动机高压油顶起系统优化浅析
赵宏图，张 亮，程 晨
（浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 台州 317300）
摘 要： 浙江抽水蓄能电站每台机组高压油顶起系统主要由交流注油泵、直流注油泵及其相关管路组成，在机组启停低转速阶段对推力瓦注入高压油进行润滑。

自2016年4台机组投产以来，针对高压油顶起系统出现的问题，运维人员进行了多次优化升级。

本文对出现问题的原因进行了深入分析，并提出切实可行的处置方案，以供同类型设备结构的电站参考和借鉴。

关键词： 抽水蓄能；高压注油泵；推力瓦；逻辑优化
中图分类号：TV735 文献标识码：B 文章编号：1672-5387（2020）S2-0008-03
DOI：10.13599/ki.11-5130.2020.S2.003
9第S2期赵宏图，等：仙居抽水蓄能电站发电电动机高压油顶起系统优化浅析
2 问题分析
（1）高压油顶起系统投入时，推力瓦与镜板之间的设计油膜厚度值为103 μm，设计压力7.4 MP左右。

自2016年5月首台机调试启动以来，各机组高压油顶起泵初始压力值存在差异，并都出现了降至8.0 MPa（压力开关动作整定值＞8.5 MPa）以下的情况。

其中1号机组高压油顶起泵出口压力投产初期为11 MPa左右，运行6个月后降至9 MPa左右，并多次出现降至8 MPa以下的情况；2号机组高压油顶起泵出口压力投产初期为9.5 MPa左右，运行3个月后降至9 MPa左右，多次出现降至8 MPa以下的情况；3号机组高压油顶起泵出口压力投产初期为9 MPa左右，运行2个月后出现降至8 MPa以下的情况；4号机组高压油顶起泵出口压力投产初期为9.5 MPa左右，运行1个月后降至9 MPa左右。

总之，各机组运行一段时间后，高压注油泵出口压力均存在不同程度下降的情况，且压力值不够稳定，存在推力瓦面油膜厚度变小，进而导致推力轴承磨损甚至烧瓦的风险，
（2）2017年04月，3、4号机组C修期间，发现部分推力瓦及其托瓦存在向内径移位的现象（见图2）。

推力瓦内挡块产生变形，推力瓦径向位移值设计允许位移值为2 mm，但个别瓦径向最大位移已达
20 mm。

图2 推力瓦向内移位情况
导致该问题产生的机理为：机组运行时镜板与推力头受热膨胀，停机后，镜板与推力头温度迅速下降，此时高压油顶起系统已退出，导致镜板与推力瓦间油膜厚度较小，镜板与推力瓦瓦面金属接触摩擦力增大，带动推力瓦径向移动；机组再次运行，高压油顶起系统启动，推力瓦与镜板间形成油膜，摩擦力很小，镜板与推力头受热膨胀，但推力瓦只能在上次内移后的位置自由热膨胀。

当再次停机后，又出现上述过程，经过长期循环累积，推力瓦出现向内径的明显移位。

该问题主要根源在于设计阶段未充分考虑高压油顶起系统在停机阶段退出运行对推力瓦的影响，需进行相应启停逻辑优化。

3 处理措施
（1）增加高压注油泵容量，充分保证运行裕度。

将4台机组交、直流高压注油泵输油量由原30 L/min提高到45L/min，同时将原油泵入口滤油器改为更方便清洗和更换滤芯的结构（过滤精度仍维持125 μm）。

油泵由原德国REXROTH内啮合齿轮泵PGH4-3X/025 RE11VU2型（排量25.3 mL/r，流量36.3 L/min）更换为PGH4-3X/032 RE11VU2型（排量32.7 mL/r，流量46.9 L/min）。

采取该措施后，各机组高压油顶起系统初始压力达13 MPa左右，目前，各机组高压油顶起系统正常运行压力在11~12.5 MPa 之间，远高于设计压力。

（2）优化启停逻辑，从根本上解决推力瓦内移问题。

开机阶段，当发电机辅助设备控制柜收到“机组开机开启高压油顶起泵”命令时，交、直流高压注油泵轮流切换启动。

在高压油顶起系统运行过程中若系统压力低于8.0 MPa，则启动备用泵，双泵保持同时运行。

若高压油顶起系统压力进一步低于7.0 MPa 时，发出高压油顶起系统压力低报警信号，且双泵保持同时运行。

停机阶段，当发电机辅助设备控制柜收到“机组停机开启高压油顶起泵”时，直接启动交流高压注油泵。

在高压油顶起系统运行过程中若系统压力低于8.0 MPa，则启动备用泵，双泵保持同时运行。

若高压油顶起系统压力进一步低于7.0 MPa时，发出高压油顶起系统压力低报警信号，且双泵保持同时运行。

同时，在机组停机稳态后，高压注油泵继续保持运行30 min，并在停机期间每小时启动1次，时长为3 min，避免停机状态下推力头收缩时带动推力瓦向内移动。

4 对高压油顶起系统的设计和运维建议
为保证发电电动机高压油顶起系统能满足抽水
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蓄能机组各种运行工况的要求，根据现场实际经验提出以下几点建议：
（1）设计阶段应充分考虑高压注油泵运行性能下降的影响，尽量提高油泵容量裕度，确保在油泵性能下降的情况下，也能保证推力瓦和镜板间有足够厚度的油膜。

（2）设计阶段应充分考虑运维阶段高压注油泵前后滤芯的可重复利用性，尽量采用可清洗的滤芯形式，避免频繁更换滤芯，降低经济效益。

（3）设计阶段应充分考虑高压油顶起系统对推力瓦的作用，建议机组由运行转停机后，保持高压油顶起系统继续运行一段时间，避免出现类似推力瓦内移的问题。

（4）运维阶段应特别注意加强对高压油顶起系统压力的跟踪分析，避免压力下降造成推力瓦受损，同时，关注高压注油泵前后滤芯的运行情况，出现堵塞报警应及时进行处理。

（5）运维阶段应注意对高压油顶起系统相关压力表、压力开关、压力传感器等相关自动化元件的定期校验工作，防止因校验不到位导致监控流程无法正常执行。

5 结束语
在抽水蓄能电站不断发展过程中，各国内外厂家对发电机、水轮机等主机设备的设计已比较成熟，但往往忽视机组辅助设备的重要作用，对机组辅助设备的设计考虑还不够全面。

例如发电电动机高压油顶起系统一方面与推力瓦寿命直接相关，另一方面也对机组的启停成功率有着重要影响，因此在设计阶段，必须充分考虑高压油顶起系统的出口压力、运行容量、输出流量、启停逻辑等因素，避免在运行阶段带来潜在的风险。

参考文献：
[1] GB/T7894-2009水轮发电机基本技术条件[S].
[2] 国网新源运维检修部.缺陷分析报告[Z].
10 %、40 %、20 %、80 %、40 %、125 %、60 %、150 %、100 %、50 %的方式进行逐级升压逐级降压，每级稳压5 min，稳压过程中对蜗壳焊缝及组合密封面进行检查，直至压力升至试验11.5 MPa后，保压30 min，对蜗壳焊缝及密封部位进行全面检查合格后将压力降至3.7 MPa。

蜗壳保压在3.7 MPa时进行外围浇筑混凝土，采用常温分层保压浇筑的方式。

4.8 尾水管
尾水锥管分上、中、下三段钢板卷制焊接，其中上、中段材料为00Cr13Ni5Mo，下段材料为Q345C，通过焊接方式进行连接。

中段锥管设有长方形的进人孔，尺寸为600 mm×800 mm。

锥管进口直径2 565 mm，重约18 t。

尾水管采用22 mm厚的Q345C钢板卷制焊接，共分9节，进口直径3 430 mm，出口直径5 200 mm，重约69.2 t。

出口段最后三段为分瓣节，在现场拼装进行组圆焊接。

尾水管装有排水管、钢管排水管、蜗壳排水管等，并设有机组技术供水取、排水口，其出
口离机组中心线水平距离为22 m。

5 结语
仙居电站作为国内自主设计、制造单机容量（375 MW）最大的抽水蓄能机组，其水泵水轮机采用了近几年来国内外大型水泵水轮机较为先进而又成熟的一系列技术，又借鉴了蒲石河、响水涧等电站的一些成功设计和制造经验，故在水力开发、转轮设计、制造工艺等方面都达到了世界先进水平，尤其是机组性能指标方面均优于合同保证值的要求。

仙居电站水泵水轮机埋件（尾水肘管、扩散管、蜗壳）均为现场组装焊接。

蜗壳组装完成后现场进行水压试验，采用逐级升压逐级降压的水压方式,有效消除焊缝残余应力,并应用常温保压分层浇筑混凝土的方式。

仙居电站机组设备外观设计、细部工艺设计等方面较以往均有较大的提高，但与国外机组相比还有一定的差距。

（上接第4页）。