1項目概況

岷縣龍王臺水電站位于洮河干流岷縣縣城東北5km的茶阜鎮(zhèn)西村,是一座河床式電站,設(shè)計水頭11m,裝機容量3x7MW,采用燈泡貫流式機組。該項目于2008年3月開工建設(shè),于2011年8月3臺機組全部投入試運行,是目前洮河中上游建成的第一座采用燈泡貫流式機組的電站。

受油器是龍王臺水電站3×7MW的燈泡貫流式雙調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的特有設(shè)備和重要部件,是一種通過固定殼體經(jīng)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行油源輸送的轉(zhuǎn)換裝置,其將外部高壓油通過靜止管路系統(tǒng)連續(xù)注入主軸上的相應(yīng)進(jìn)口中,在運行中通過調(diào)整水輪機獎葉的轉(zhuǎn)動來優(yōu)化設(shè)備效率,合理利用水力資源,充分發(fā)揮與導(dǎo)水機構(gòu)的協(xié)聯(lián)作用。受油器設(shè)在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上游端,固定在發(fā)電機燈泡頭內(nèi)地板上,結(jié)構(gòu)為浮動瓦式,能夠有效避免油管被過度磨損。但該3×7MW的燈泡貫流式機組受油器采用第一代受油器(圖1),已多次發(fā)生故障,阻礙了機組的正常運行,成為該水電站發(fā)電機組易發(fā)生故障的關(guān)鍵設(shè)備。

2受油器故障現(xiàn)象及原因分析

2.1受油器故障現(xiàn)象2020-08-04T04:30,運行人員發(fā)現(xiàn)3×7MW燈泡貫

流式3#機組調(diào)速器集箱油位突然下降,油泵啟動頻繁,燈泡頭地板出現(xiàn)大量油污和油霧,同時獎葉自動全關(guān)至零,但整個運行設(shè)備其他部位全部正常,經(jīng)監(jiān)控后臺調(diào)查初步判斷為機組受油器發(fā)生安全故障。隨后,運行人員采取正常停機程序并匯報有關(guān)人員做進(jìn)一步檢查,檢修人員進(jìn)入機組現(xiàn)場進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn),調(diào)速器各管路接口無滴漏現(xiàn)象:但在進(jìn)入燈泡頭時有一股油味,非常刺鼻,整個燈泡頭內(nèi)設(shè)備全是油污:檢查時受油器管路接口也無漏油現(xiàn)象,但受油器座內(nèi)側(cè)碳粉回收箱有大量積油:打開地板發(fā)現(xiàn)燈泡頭加筋格內(nèi)也有大量積油:碳刷支架和集電環(huán)全部讓油污和碳粉覆蓋成泥狀:同時機組工作負(fù)荷減小,振動加大,被迫停機。就此,進(jìn)一步判斷為受油器與操作油管有漏油及軸承斷裂的可能。

2.2受油器故障原因分析

在主機廠家與安裝單位技術(shù)人員的分析和指導(dǎo)下,運行人員、檢修人員、管理人員初步判斷為受油器密封裝置嚴(yán)重?fù)p壞或操作油管有破裂現(xiàn)象。同時,對受油器進(jìn)行了分解拆卸工作,但在拆卸放油管路時有一股油從受油器體漏油口不斷流出,就此進(jìn)一步確定受油腔體內(nèi)橡膠密封與密封銅套同時存在問題。拆卸后發(fā)現(xiàn)銅套嚴(yán)重?fù)p壞,如圖2所示。更重要的是,V形橡膠密封也損壞嚴(yán)重且裝配出現(xiàn)問題。為進(jìn)一步分析密封銅套破損的原因,經(jīng)多次測量,操作油管內(nèi)外管同心度比設(shè)計范圍大0.06mm。

圖2 銅套嚴(yán)重?fù)p壞示意圖

另外,在排油管排油過程中發(fā)現(xiàn)軸承滾珠及金屬碎片,軸承外圈及滾珠蓋已損壞,造成部分滾珠丟失,如圖3所示。

圖3 排油管及轉(zhuǎn)輪體內(nèi)清掃出的滾珠及碎片示意圖

受油器的漏油問題和軸承碎片問題近年來時常發(fā)生,機組每年都有受油器橡膠密封及軸承更換事件發(fā)生。

橡膠密封破損的可能原因如下:(1)銅套本身質(zhì)量存在問題(材質(zhì)):(2)加工、運輸或安裝過程中已經(jīng)受損,但起初運行時問題不易暴露:(3)裝配時受力不均勻,再加上接觸面間隙不均勻,導(dǎo)致運行過程中形成的離心擺動力成為損壞的重要原因。

軸承損壞原因如下:該燈泡貫流式機組中心軸線和預(yù)埋件垂直度存在嚴(yán)重的偏差,從而造成軸承面受力不均,進(jìn)而導(dǎo)致軸承磨損過度而損壞。

3受油器結(jié)構(gòu)改造

3.1改造背景

為有效提高龍王臺水電站3×7MW燈泡貫流式機組的自動化程度,實現(xiàn)設(shè)備的無人值守,降低設(shè)備的巡檢要求,對于3×7MW燈泡貫流式機組易發(fā)故障節(jié)點進(jìn)行了技術(shù)升級改造,從源頭上減少故障隱患,進(jìn)而提高該3×7MW燈泡貫流式機組運行的安全性和可靠性。受油器是龍王臺水電站3×7MW燈泡貫流式機組的關(guān)鍵設(shè)備,由于其采用的是第一代受油器,工作性能不佳,易發(fā)生漏油、軸承斷裂等安全故障,在燈泡貫流式機組自動化升級改造的大背景下,必須對第一代受油器進(jìn)行升級改造。

經(jīng)市場調(diào)研,新設(shè)計和安裝的燈泡貫流式機組基本采用第三代新型受油器,從其他水電站調(diào)研的情況來看,第三代新型受油器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝便利、故障率低、使用壽命長等特點,對比第一代受油器,設(shè)備自動化程度大幅提高,可實現(xiàn)設(shè)備的無人值守。另外,故障率的大幅降低有效提高了燈泡貫流式機組的運行效率,降低了維修和保養(yǎng)成本。在這一背景下,岷縣龍王臺水電站采用第三代新型受油器對3×7MW燈泡貫流式機組第一代受油器進(jìn)行技術(shù)改造。

3.2受油器結(jié)構(gòu)改造

第三代新型受油器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示,該受油器采用全浮動瓦密封結(jié)構(gòu),全浮動瓦與受油器體融為一體,兩者通過連接主軸的受油軸連接,并起到支撐作用。當(dāng)燈泡貫流式機組產(chǎn)生振動和擺動現(xiàn)象時,整體部件隨之進(jìn)行振動和擺動。新型受油器設(shè)計成3個油腔,分別與原主軸3個油腔連通,油腔外側(cè)采用軟管連接調(diào)速系統(tǒng)的油管路。受油器內(nèi)腔與軸配合部分采用巴士合金材料進(jìn)行澆注,在受油器內(nèi)腔與受油器軸進(jìn)行配合滑動時,巴士合金材料對受油器體的支撐效果理想。受油器體與外界全部采用軟管連接,可有效消除受油器體發(fā)生振動和擺動時對連接油管的動作約束,防止受油器體密封與受油軸之間的硬接觸摩擦,密封效果理想,從而避免發(fā)生漏油等故障。在該新型受油器體上游側(cè)設(shè)計有專門的反饋機構(gòu),將獎葉接力器的行程通過鋼絲繩反饋至調(diào)速器,為調(diào)速器獎葉調(diào)整提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ),從而完成調(diào)節(jié)指令。受油器反饋裝置回復(fù)軸承設(shè)置在受油器體外部,回復(fù)軸承損壞等故障的發(fā)生不會導(dǎo)致軸承滾珠進(jìn)入受油器轉(zhuǎn)輪體內(nèi),能有效避免回復(fù)軸承損壞故障等對3×7MW燈泡貫流式機組運行造成安全隱患。

圖4 新型受油器結(jié)構(gòu)示意圖

新型受油器與原操作油管之間設(shè)計有油路轉(zhuǎn)換機構(gòu),實現(xiàn)受油器油路通道與原操作油管各油路通道的順利連接。新型受油器安裝改造后,可避免受油器軸承因受力不均導(dǎo)致的損壞故障發(fā)生,避免因軸承滾珠及金屬碎片進(jìn)入轉(zhuǎn)輪活塞缸使故障擴(kuò)大的情況,另外還可有效避免受油器漏油故障的發(fā)生。

4改造后應(yīng)用效果分析

在3×7MW燈泡貫流式機組主機廠家和安裝單位的幫助與指導(dǎo)下,新型受油器結(jié)構(gòu)改造完成后按圖紙進(jìn)行裝配,8月14日所有安裝及檢修工作全部結(jié)束后,于當(dāng)天10:00投入運行。從當(dāng)前情況來看,3×7MW燈泡貫流式機組及受油器工作安全平穩(wěn),其他設(shè)備運行狀況穩(wěn)定,檢查受油器密封效果非常明顯,運行至今無故障發(fā)生,機組運行條件達(dá)優(yōu)良狀態(tài)。

應(yīng)用新型受油器后,調(diào)速器系統(tǒng)主油泵啟動時間間隔大幅度增加,從之前的7mmn延長到120mmn,有效降低了水電站的用電損耗,同時延長了調(diào)速器系統(tǒng)主油泵設(shè)備的使用壽命,設(shè)備的檢修、維護(hù)和保養(yǎng)間隔增加,節(jié)約了成本,提高了設(shè)備運行的可靠性。另外,在受油器體的一個大修期間內(nèi),不需要額外進(jìn)行受油器的檢修,使用壽命長。同時,該新型受油器安裝便利,受油軸安裝盤車時間短:之前第一代受油器受油軸在安裝時需要進(jìn)行多次盤車,工作時間為4~6天,而新型受油器受油軸采用軟連接設(shè)計,安裝時僅僅需要進(jìn)行一次盤車,安裝工序簡單,有效節(jié)約了受油器的安裝、維修、保養(yǎng)成本。

5結(jié)語

燈泡貫流式機組受油器發(fā)生故障的影響較大,漏油故障產(chǎn)生的油污和煙霧不但會對發(fā)電機絕緣、電源引線、各類信號引線形成破壞和誤導(dǎo),更為嚴(yán)重的是,如碳刷產(chǎn)生火星,則后果不堪設(shè)想。眾所周知,燈泡貫流式機組的檢修工作非常繁重,但在基礎(chǔ)安裝過程中要求嚴(yán)格,可以給今后的檢修工作減輕一定的壓力。一般情況下,燈泡貫流式機組最容易出現(xiàn)的故障就是受油器與各管路的漏油問題、軸承容易磨損等。針對這一情況,采用第三代新型受油器來對第一代受油器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造,實踐應(yīng)用效果理想。3×7MW燈泡貫流式機組新型受油器的改造應(yīng)用有效提高了電站機組運行的安全性和可靠性,降低了電站機組受油器安裝要求,同時減少了壓力油泄漏量和調(diào)速器油壓裝置油泵的啟動次數(shù),實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的,為實現(xiàn)電站燈泡貫流式機組綠色運行奠定了基礎(chǔ)。