提高发电机高压油顶起系统运行稳定性的研究

提高发电机高压油顶起系统运行稳定性的研究
摘要：随着科技水平的不断发展和进步，我国的工业有了前所未有的发展空间，电力作为工业生产以及人们生活的重要能源保障，其应用的状况越来越受到人们
的关注。

水轮发电机作为重要的发电设备，随着时代的发展，不断的实现着创新，而高压油顶起相关装置作为水轮发电机中不可或缺的一部分直接关系到水轮发电
机能否正常的使用和运行。

因此，本文主要从高压油顶起相关装置在水轮发电机
上的实际应用入手，介绍了安徽绩溪抽水蓄能有限公司（以下简称绩溪电站）发
电机推力轴承高压油顶起装置的主要组成及特点，结合高压油顶起装置的实际改
进优化情况，阐述了高压油顶起装置在实际运用中出现运行不稳定、异响等情况
的优化方案。

关键词：水轮发电机组；高压油顶起；系统优化；推力瓦；推力外循环系统
Research on Improving the Operation Stability of Generator High-pressure Oil Jacking System
Hou Xiaoyu
（Anhui Jixi Pumped Storage Co.，Ltd.，Xuancheng 245300，China）
Abstract：With the continuous development and progress of the scientific and technological level，my country's industry has unprecedented room for development. As an important energy guarantee for industrial production and people's lives，the application of electricity has attracted more and more attention. Hydrogenerator
As an important power generation equipment，with the development of the times，innovations are continuously realized，and the high-pressure oil jacking related devices as an indispensable part of the hydroelectric generator directly related to the normal use and operation
of the hydroelectric generator. Therefore，this article mainly starts from the practical application
of the high-pressure oil jacking related device on the hydroelectric generator，and introduces the main components and characteristics of the high-pressure oil jacking device of the generator thrust bearing of Anhui Jixi Pumped Storage Co.，Ltd.（hereinafter referred to as Jixi Power Station），Combined with the actual improvement and optimization of the high-pressure oil jacking device，the optimization plan of the high-pressure oil jacking device in unstable operation and abnormal noise in practical application is expounded.
Keywords：Hydro-generating unit；High-pressure Oil；System Optimization；Thrust tile；Thrust external circulation system；
引言
抽水蓄能机组推力轴承建立油膜通常比较困难。

在机组启动瞬间推力轴承处于半干摩擦
状态；在停机时，随着机组转速逐渐降低，油膜逐渐减少，推力轴承也会处于半干摩擦的危
险状态，较易发生烧瓦事故。

所以抽水蓄能机组一般都配有高压油顶起装置。

高压油顶起系统（以下简称高顶或高顶装置）是通过高压油泵将润滑油压入轴瓦面高压
油室迫使镜板抬高形成持续油膜，避免水轮发电机组推力轴承在开停机过程中低速运转烧损
推力轴瓦的润滑系统，它的可靠性直接关系到水轮发电机组启停过程中金属推力瓦的运行安全。

1 高压油顶起系统的组成及特点
高顶系统由机械部分和电气部分组成。

机械部分主要作用为完成系统油压建立、高压油输送和油膜的建立，由泵组、溢流阀、压力表、过滤器、压差指示器、压力传感器等组成。

泵组有一台交流泵和一台直流泵（泵组具体参数详见表1），机组启动时，直流泵建压成功后切换至交流泵；若直流泵发生故障，则机组直接走停机流程。

机组停机时，交流泵主用，直流泵备用。

高顶装置在机组启动前投入，90%Ne时退出；机组停机时90%Ne投入。

高顶装置原理可见图1。

表1 绩溪电站高顶系统主要技术参数和材料表
图1 高压顶起装置原理图
Fig1 Schematic diagram of high voltage jacking device
如图所示，高顶系统从推力轴承油槽底部取油，经加压后注入推力瓦集油环，在推力瓦和镜板之间形成油膜，当高顶泵出口压力超过20MPa时泄压阀将会动作，通过溢油管注入推力油槽内。

电气部分主要用于完成泵的启停控制和逻辑判断，绩溪抽蓄公司设置有发电机系统辅助设备控制柜，柜体上可对泵组进行“自动”、“手动”和“切除”的操作，并配有PLC程序用于在“自动”模式下控制泵组的启停、切换。

2 绩溪电站高顶系统在启停逻辑上的优化
我国角大多数抽水蓄能电站高顶系统采用一主一备的泵启停逻辑，开机时启动主用泵，建压失败则启动另一台泵，直至建压成功。

而绩溪抽蓄公司开机时首先启动直流注油泵，若是直流注油泵启动正常，在建压成功后，停直流注油泵启交流注油泵，并一直到收到“转速大于等于90%Ne”信号时，停交流注油泵并退出高顶系统。

若是直流注油泵在启动过程中发生故障，机组直接走机械事故停机流程。

停机时交流注油泵主用，直流注油泵备用，在收到“机组辅助设备退出信号”时，停交流注油泵并退出高顶系统。

机组静止后，当发电电动机辅助设备控制柜收到“蠕动信号”时，直接启动交流注油泵。

若交流注油泵运行出现故障，则启动直流注油泵。

此举为确认直流泵的可靠性，防止在停机过程中，如若两台泵同时故障，导致机组发生推力瓦烧瓦的危险事故发生。

因此在启机时，先启动直流泵以确认直流泵未损坏，且能够保证建压成功，提升了机组的可靠性，降低了推力瓦烧瓦的风险。

3 推力外循环系统简介
机组运行时，推力油槽内油温会升高，为降低油温，机组通常会配备油冷却系统。

绩溪电站推力轴承采用外循环结构，推力轴承冷油从推力轴承补油箱进入推力瓦和镜板
之间，在机组转动时热油从镜板与推力瓦之间被甩到油槽，热油从油槽底部的出油管进入冷
却器，从冷却器出来后进入补油箱，再从补油箱进入推力瓦和镜板。

推力外循环系统示意图
见图2，起重红色为热油，蓝色为冷油，
图2 推力外循环系统示意图
Fig2 Schematic diagram of thrust external circulation system
4 绩溪电站高顶系统存在的问题及解决方法
4.1问题现象
在绩溪公司1号机组安装完成后进行了整组调试，调试期间，高顶油泵声音异常且出口
压力表指针摆动较大，高顶油泵出口压力不稳定。

机组在启动过程中，将高顶油泵启动后，
油泵出口压力基本稳定在9Mpa左右，但随着机组转速的上升，在经过较短时间后，发现油
泵出口压力表指针在6～8Mpa之间抖动，同时伴随着油泵的异常刺耳声音。

4.2分析原因
绩溪公司高顶系统设计初期，进出油管路如图3所示，A处为高压油进油口，高压油由
此进入推力瓦与镜板之间建立油膜。

B口为设计初期回油口，油泵将从此处取油，经过泵体
打压后回到A口。

C口为溢流口。

图3 高顶系统管路图
Fig3 High pressure oil jacking system piping diagram
绩溪电站推力油槽采用油位低浸泡，正常油位为640mm~720mm，高于A口，机组运行
过程中，伴随着机组的启动过程，由于辅机推力外循环油泵的启动运行，会将冷却后的油注
入推力补油箱中，造成推力油位的下降（约15公分）。

同时由于机组转动在推力油箱造成
的油流绕动，油槽内产生大量气泡。

气泡由B口进入高顶泵回油管路，接着带有气泡的推力
油会被吸入到高顶油泵中来，参与到高顶系统油循环中，在高压环境中，使得管路及其不稳定，故而产生异响、振动等现象。

4.3问题解决方法
首先高顶油泵取油口改至推力油槽进油管。

其次，在推力油槽进出口油管路之间加装单
向阀及其常开的隔离手动阀门。

将高顶管路改至推力油槽进油管，目的是确保从推力外循环油泵出口取稳定的低温透平油，避免从推力油槽中取油时取到气泡。

另在推力油槽进排油管之间加装了DN80的单向阀
及该阀门两侧的隔离阀（这两个隔离阀正常情况下处于常开位置，单向阀检修时用于隔离）。

该单向阀保证推力油槽排油管中的油可以单向留至推力油槽进油管，从而使得进油管一直有油。

避免当推力外循环油泵未运行且该进油管无油的时，高顶油泵从该管抽气。

从而，保证
高顶油泵油源稳定可靠。

5 结论
高压油顶起装置是具有金属推力瓦的大型水轮发电机组安全启停重要的装置，直接参与
机组的自动开停机流程。

高压油顶起装置的稳定性和安全性更显重要。

通过以上问题的处理，
彻底解决了绩溪电站高顶系统运行中的异响、振动现象，提升了系统效率，更好的保护推力
瓦及机组的稳定运行。

参考文献：
[1]国网新源控股有限公司组编. 抽水蓄能机组及其辅助设备技术. 发电电动机. 北京：中
国电力出版社，2019
[2]杨建华高压油顶起装置在大型水轮发电机组的应用黑龙江哈尔滨哈尔滨电机厂《大
电机技术》No.4 1985年
[3]黄华高压油顶起装置的程序优化湖北武汉武汉工程职业技术学院《科技创新与应用》2016年第35期。