水轮机调速器压油泵频繁启动原因分析与处理

水轮机调速器压油泵频繁启动原因分析与处理

徐永昆

中国能源建设集团云南火电建设有限公司，云南昆明650000

【摘要】本文介绍了水轮机调速器油压装置油泵频繁启动打压，使得油泵使用寿命减少，加大运维人员的工作量，甚至导致压油泵电机发热,油温升高而损坏压油泵及破坏油系统密封，严重影响机组的安全稳定运行。并结合庙林熊家沟水电站调速器压油泵频繁打压现象，进行原因分析与处理，为水轮机调速器同类型的事故的处理提供了借鉴。

【关键词】水轮机；调速器；压油泵；频繁启动 

1、引言

    水轮发电机组调速器的主要结构是由自动调节机构、控制机构、油压装置、保护装置、监视仪表以及其它等部分组成。

自动调节机构结构是包含引导阀、缓冲器、接力器、主配压阀、动态调整数差机构以及反馈机构的传递杠杆装置等零部件。

水轮机调速器的控制机构是由变速机构、手动操作机构、开度限制机构三个部分组成。

油压装置就包含回油箱、油泵、压力油箱、中间油箱，还有就是其它控制用的电接点压力表、安全阀、补气阀、止回阀等零部件。

庙林熊家沟电站总装机容量73万千瓦，在地方电网中主要承担着发电、调峰调频调压的任务。其中熊家沟电站调速器GYT-5000K，充氮蓄能器NXQ1-L100/20，齿轮高压油泵CBN-F310，压油罐正常工作油压13.5-16MPa，压油罐设计压力17MPa，压油泵数量2台，压油泵型号USI-44/35，压油泵工作压力13.5-16MPa，定期自动切换互为备用。

2、现象

在运行过程中发现压油装置油压下降比较快，油泵启动频繁，压力油泵启动打油次数比正常时明显增多，打油时间也比正常时增长；在机组在停机备用的情况下，此现象依旧存在，特别是近期压油泵启动打压次数明显升高，调速器自动位置空转、空载状态运行时油泵2分钟启动一次，油泵运行时间15-18秒（压力由13.5Mpa升至16Mpa）。并网运行时油泵5-6分钟启动一次，油泵运行时间15-18秒。

3、带来的危害

3.1加大运行人员工作量，需要随时观察巡检，且有不安全因素，特别是深夜值班人员因疲劳等因素观察不及时，当出现系统压力降低时，如果油泵不能及时自动启动补充压力，又不能及时手动操作，那么将导致调速器失效，而使得工作油压或事故油压引起停机事故。

3.2当地环境气候潮湿，油泵频繁打压会吸入部分含有水分空气，在压力油罐高压下空气中的水分变成液态水，久而久之，则调速油中混有大量水分油质乳化变质影响调速器的使用寿命及机组安全运行。

3.3由于调速器系统油压下降比较快，而导致电接点压力表和油泵动作频繁，加大设备损耗。特别是电接点压力表频繁动作容易失灵引起调速器误动作影响机组安全运行。

3.4油泵频繁启停打油，加大油循环频率，造成油温升高，油的黏度受温度影响而变化，油温升高黏度随之降低，油内水分、灰分、酸值不符合规定，油的使用寿命缩短，油泵工作不稳定严重影响调速器的安全运行，引起停机事故。

4. 原因分析

4.1初步原因及处理

原因：

1）安全阀整定值过低或整定值变化；

2）调速系统“自动”运行不稳定；

3）调速系统、接力器作用筒漏油大；

4）蓄能器漏气、氮气比例过小。

处理:

1）检查调速器运行是否稳定，不稳定切为“手动”运行；

2）检查调速系统漏油情况；

3）检查回油箱油位是否降低很大，来判别蓄能器漏气情况；

4）观察安全阀动作情况，并进行调整。

4.2 具体原因分析及处理

水轮机调速器一般情况下就是将转速信号（也就是机组的频率）和电网频率（给定频率）两者参数进行对比，根据其相差数值给予电液转换器一个操作接力器打开或者是关闭动作信号指令，进而控制水轮机过水流量的转速调节动作。

调速器压油装置压力油经过调速器控制主配、事故配压阀→分段关闭阀→导叶接力器开关腔。压油泵频繁启动是因为压油槽内压力油参与了频繁调节、泄漏或压力油直接经过回油管重新回到了回油箱。而以上现象在机组保持稳定转速或停机备用时照样出现，所以排除是由于压力油参与了频繁调节的运营。油泵启停频繁直接原因是由于系统漏油量大或漏气（蓄能器气囊漏气，氮气比例过小）引起，为彻底查找原因，首先检查系统管路、阀门、阀组、接头及油泵是否存在漏点，其次检查蓄能器气囊是否有破损漏气现象，从设备外部到内部逐一检查，查找原因以彻底治理解决问题。

1）首先检查压油装置高压管路、法兰及外接压力表、操作油管路有无渗油、漏油现象。切换调速器油泵运行，观察油泵打油情况，听泵运转声音是否正常，确定油泵是否存在效率低问题；观察油箱油流情况，判断是否存在压油槽排油阀和压油泵出口油管排油阀关闭不严情况，否则更换阀门。

2）检查主配压阀。主配压阀是调速器机械液压系统的功率级液压放大器，它将电液转换器液压控制信号放大，以达到控制接力器开启或关闭的目的，由于主配压阀阀芯与阀套之间采用间隙密封方式，精度差异、装配质量、各地区温度差异等影响因素，其密封间隙并不严格一致，密封间隙过大会导致主配压阀压力油腔向控制油腔泄油速度加快，压力油损失速度随之加快，为保持油罐压力，油泵频繁启泵。更换阀组密封。

4.3检查油泵，如果油泵漏油过大，可能的原因：填料盖未压紧，适当地压紧螺丝；填料箱的盘根使用过久，已磨损不封油，更换盘根；

盘根或压紧盖有偏斜未装好；拆开重新安装，均匀地紧螺帽，消除偏斜。

4.4 检查蓄能器蓄蓄能情况。用充气装置检查蓄能器的压力是否满足要求（设计9.5-11Mpa），在无负荷调节任务的工况下，造成“压力低”的原因除漏油外最常见的就是漏气，氮气比例变小，包括气阀漏气、压力罐供气管路接头漏气、压力表漏气、皮囊破损漏气等。如果补气装置在满足补气条件后还未动作补气，那么由于漏气导致的压力罐压力低则会通过响应的油量来补充，这样会使压力罐油气比例遭到破坏，蓄能能力降低，在消耗等量油品的情况下压力下降更快，导致油泵启动频繁。

5、处理方法

针对调速器油泵频繁启泵问题的处理，根据问题类型、部位，采用有效的方法对症下药，才能使问题得到长期有效解决。

经过分析熊家沟电站蓄能器压力油泵启动频繁或打油时间过长。主要原因就是蓄能器漏气、氮气比例过小。

通过检测熊家沟电站蓄能器的工作压力为5.6Mpa，远远低于设计值。用高压氮气对蓄能器进行补气至9.5Mpa，观察一段时间，压力继续下降。同时在运行中发现压力油罐内的油气比例失衡，而且油泵又可以正常启动，基本可以判断为蓄能器装置失灵，皮囊泄漏，氮气比例过小。处理过程为更换蓄能器皮囊，检查相关附件，充气至设计压力稳压无泄漏。

6、处理措施

6.1从液压系统上拆卸蓄能器

1）关闭蓄能器进油阀，打开蓄能器放油阀放尽内部存油。

2）用充氮工具放尽蓄能器氮压。

3）拧开蓄能器排油螺栓检查内部是否有存油。

4）拆开蓄能器下部油管接头，松开蓄能器支架夹头，将蓄能器吊下，平稳放置在胶皮上。

5）取下接头密封件0型圈，用丝绸包扎蓄能器接头及油管接头，松6）松开装在蓄能器上的接头，拧松并取下并紧螺母，轻轻敲动衬套环并取下。

7）把菌形阀推进壳体内，取下0形橡胶圈、挡圈和支撑环，取出胶托和菌形阀，拉出皮囊。

8）检查各密封件是否完好（客封件有磨损、变形更换密封件。皮碗无磨损变形、老化，否则更换。建议在换皮囊时更换全部密封圈。

9）清洗检查蓄能器内壁(内壁无油污，无毛刺、疤痕）。

6.2 装复

1）装入新皮囊，将充气阀座从壳体小口拉出，并用并紧螺母固定。

2）装入菌形阀，胶托、支撑环（注意：文撑环应装在胶托相应位置)。

3）把菌形阀拉出，胶托、支撑环刚好封死克体大口。在支撑环与衬套环间的接缝内装入0形橡胶圈2和挡圈，装上衬套坏及并紧螺母B，在充气阀座上装上充气阀(注意紫铜垫片的清洁度）。

4）装上螺堵（注意菌形阀应缓慢向外移动，检查有否漏点。按规定压力对皮囊进行充氮（充氮方法参考：益能器充气工具），检查皮囊是否有沙眼,漏气现象，（用肥皂水检查，如有漏气，更换密封件）。

5）装上接头，把蓄能器安装到支架上，再把螺母与接头拧紧。

6）关死旁路截止阀，缓慢打开进油截止阀，当听到有“嘶嘶”进油声就停止，让高压油慢慢地进入蓄能器。

7）关闭放油阀，打开进油闷。

8）检查皮囊各接头是否漏气、漏油。

9）检修后将设备擦拭干净。

10）清扫检修现场，清点工具、密封和其它配件。

6.3 调速器蓄能器充气操作

如图1:专用充氮气示意图。

图1专用充氮气示意图

1）检查全关调速器排油阀；

2）全关调速器压力油给油阀；

3）手动启动油泵向调速器补油；

4）监视调速器压力表油压指示；

5）当指示为0.02Mpa时停止油泵；

6）先将蓄能器顶部螺帽旋下；

7）将专用充氮工具的螺口①与蓄能器顶部螺口连接旋紧；

8）将专用充氮工具的螺帽口②与高压氮气瓶口相联旋紧；

9）顺时针旋转专用充氮工具的旋阀③顶开顶部气门芯；

10）打开高压氮气瓶口阀门充气；

11）注意观察压力表④上的压力值；

12）反复关开高压氮气瓶口阀门，查看压力表④压力值，当压力值在高压氮；

13）气瓶口阀门关闭后，达到额定值(9Mpa)时即可停止充气；

14）如果充气压力过高可用旋塞⑤进行放气。

7.处理前后结果对比分析

7.1更换前气囊残留氮气压力约5.6Mpa左右（设计9.5-11Mpa），调速器自动位置空转、空载状态运行时油泵2分钟启动一次，油泵运行时间15-18秒（压力由13.5Mpa升至16Mpa）。并网运行时油泵5-6分钟启动一次，油泵运行时间15-18秒。

7.2更换后气囊氮气压力补至9.8Mpa，调速器自动位置空转、空载状态运行时油泵11分钟启动一次，#1油泵运行时间58秒左右，#2油泵运行时间89秒左右（压力由13.5Mpa升至16Mpa）。并网运行时油泵4-5小时启动一次，油泵运行时间60-90秒。

7.3蜗壳内无水操作导叶全开、全关一个行程油泵只启动一次，油压临界值13.5Mpa，导叶全开状态试验紧急停机，工作泵13.49Mpa投入运行，备用泵13.0Mpa投入运行，紧急停机动作完成过程中最低油压降至12.21Mpa后开始上升，调速器事故低油压整定值12.00Mpa，满足运行要求。

7.4调速器储能罐容积2×100L，第一次建压由9.8Mpa升至16Mpa过程中油泵打进储能罐内油的体积约50L左右，更换后油、气比例约为1:3，符合设计要求。

8、结束语

总之，调速器压油泵频繁启动，是混流式机组运行的较大隐患，其严重程度影响到机组出力和运行利用小时，甚至于危及水轮发电机的安全运行。及早发现故障，分析故障，正确判断和确定改障的具体部位，是提高机组效率和预防机组事故发。笔者所在的电站更换气囊后调速器运行状态明显得到改善，进一步提升安全生产保障能力，气囊更换工作顺利有效。

参考文献

[1]吴应文.水轮机微机调速器控制原理调试及故障处理[A].湖北省水利发电工程学会，2007：41.