水轮发电机组推力轴承瓦温升高原因分析及处理_郑攀登.pdf

第 卷第 期红水河 年 月 水轮发电机组推力轴承瓦温升高原因分析及处理郑攀登（贵州乌江水电开发有限责任公司乌江渡发电厂，贵州 遵义）摘 要：针对乌江渡发电厂某台水轮发电机组在汛期长期满负荷运行后，出现推力轴承瓦温升高并接近告警值的现象，笔者从机组运行工况、振摆数据、推力外循环冷却系统等方面进行了综合分析，确定推力轴承瓦温升高的原因，并提出可行的处理措施。通过对比推力外循环冷却系统 台油泵不同组合方式运行时推力瓦温数据差异，确定出问题的根源。经对油泵进行处理后，机组运行中推力轴承瓦温恢复正常，保证了机组安全稳定。该处理措施可为同行业工作者提供参考。关键词：水轮发电机组；推力轴承；瓦温；乌江渡发电厂中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）：开放科学（资源服务）标识码（）：(,):,:;概述乌江渡发电厂位于贵州省遵义市境内乌江上游河段，是我国在岩溶地区修建的第一座大型水电厂。大坝高 ，坝顶全长 ，库区水面面积 。电站正常蓄水位 ，总库容 亿，电站额定水头，总装机容量为。该电站在贵州电网中肩负着调峰、黔电送粤潮流调控主力发电厂的重任。乌江渡发电厂 号水轮发电机组由天津阿尔斯通水电设备有限公司设计制造，发电机型号为；号水轮发电机组由东风电机股份有限公司设计制造，发电机型号为。发电机组推力轴承的额定负荷为 ，为自润滑、自调整弹性液压式轴承，块塑料瓦沿圆周分布，瓦温在 时发出告警、时水机保护动作事故停机。机组推力轴承采用强迫油循环水冷方式，冷却水供水压力正常范围值为 收稿日期：；修回日期：作者简介：郑攀登（），男，贵州贵阳人，助理工程师，学士，主要从事水电厂水轮发电机组运行巡检工作。：。郑攀登：水轮发电机组推力轴承瓦温升高原因分析及处理；推力外循环设置 台冷却器，机组正常运行时自动启动 台冷却器，台备用，并依据运行时间自行切换。年，该厂某水轮发电机组在汛期满负荷情况下长时间运行之后，出现推力轴承瓦温升高且趋近告警值的现象，不利于设备安全稳定运行。机组连续满负荷运行时推力轴承瓦温数据如表 所示。为防止推力轴承瓦温升高现象进一步恶化，需利用机组检修期间进行处理。表 推力轴承瓦温数据表时刻瓦号：推力外循环系统工作原理推力轴承采用透平油进行润滑和散热。机组转动时，轴承所产生的热量通过热传递方式传递给透平油。推力外循环系统通过在推力轴承外部增加油泵，将热油从轴承内部经轴承出油管抽出，经推力外循环系统冷却器冷却之后由推力轴承进油管将透平油再次输送至轴承内部，完成热量交换，以保持推力轴承内部温度维持在正常范围之内。推力轴承瓦温升高原因分析推力轴承运行过程中，油槽油位、油质、冷却水水压、机组振摆、冷却管路、油路堵塞等有一个或多个出现异常时，都会导致推力轴承瓦温升高。因此，可从以下几个方面进行原因分析。推力外循环油泵故障由于推力外循环系统在机组正常运行时需自动投入 台冷却器，对推力轴承进行冷却。因此，台油泵共有 种不同的组合运行方式，可通过测量每种组合方式下推力轴承瓦温数据变化情况，进一步推测出冷却器有无故障或者冷却效率低下现象存在。通过查询上位机历史数据，得出在不同的油泵组合方式下机组满负荷连续运行 后推力轴承瓦温数据，如表 所示。表 不同油泵组合时推力轴承瓦温数据表序号油泵组合方式推力轴承瓦温 平均值最高值 号 号 号（号）号 号 号（号）号 号 号（号）号 号 号（号）由表 可以发现，号推力油泵投入运行时的推力轴承瓦温平均值较投入前的升高约 ，由此可以判断出 号推力油泵运行工况较差，冷却效率低下。因此，可以确定推力外循环油泵故障是导致推力轴承瓦温升高的原因之一。机组运行在振动区水轮发电机组在运行中，由于存在水力、电磁、机械不平衡因素，会导致机组振动加剧，从而促使机组各部瓦温升高。根据厂内机组各水头下振动区试验报告可以发现，额定水头下机组满负荷运行时，属于稳定运行区。为进一步检查机组满负荷运行时各部位振摆情况，通过查询机组在线监测装置，得到机组振摆数据，如表 所示。表 机组振摆数据表检测项目监测日期限值负荷 上导瓦温（号）（号）（号）推力瓦温（号）（号）（号）水导瓦温（）（号）（号）（号）上机架振动 水平 水平 垂直 下机架振动 水平 水平 垂直 红水河 年第 期表（续）检测项目监测日期限值上导摆度 水导摆度 顶盖振动 水平 水平 垂直 定子机座振动 水平 水平 垂直 由表 可以看出，机组在满负荷运行时各部位振动、摆度数据均在正常范围值之内。由此可见，该因素并未对推力轴承瓦温造成影响。冷却器供水水压不足推力轴承采用强迫油循环水外冷方式冷却，冷却水进入冷却器将热油中的热量带走后从排水阀排出，而水压的大小直接决定冷却器的冷却效果。乌江渡发电厂推力轴承冷却水设计压力为 ，压力过低时冷却效果下降，导致瓦温上升；冷却水压力过高时对供水管道要求较高，材质不符合要求时容易引起冷却水管破裂。经过查看设备现场巡视记录发现，机组满负荷连续运行期间，冷却水供水压力为 ，满足设计要求。因此，可以确定冷却器供水水压不足不是造成机组推力轴承瓦温升高的原因。推力油劣化变质乌江渡发电厂机组推力轴承采用透平油作为润滑介质，因透平油具有较好的润滑和冷却性能，可以保证轴承长时间运行而不损伤轴瓦及镜板。但当透平油发生油混水或劣化变质时，其黏度将发生变化，直接影响轴承润滑和冷却效果，同时也会造成轴承损伤。空气、水分、氧气、光照、电解等因素均会引起透平油劣化变质。为防止此种现象发生，水电厂运维人员会定期通过轴承取油阀采集油样进行化验，以便及时发现透平油劣化变质现象并进行更换，保证轴承健康运行。为验证是否因推力油劣化变质导致推力轴承瓦温上升，专业人员通过观察油色、采集油样化验后发现，机组推力油油色正常，为浅黄色且无油混水现象，同时化验结果显示透平油无劣化变质。因此，可以确定推力油劣化变质不是造成机组推力轴承瓦温升高的原因。推力油中断乌江渡发电厂机组推力轴承中的润滑油通过采用外加油泵方式实现油循环流动，热油经油泵抽出至冷却器冷却后再流至推力轴承油槽之中。因其采取的是外部冷却方式，当油流循环中断时，冷却效果将无法实现，此种情况发生后推力轴承内部热量不断累积，轴瓦温度迅速升高，危及轴承及轴瓦安全运行。该厂水机保护中设有推力油中断事故停机功能，保护动作判据为推力油中断 （通过油流示流器判断）同时推力轴承瓦温达到事故停机定值即 ，当二者同时满足时保护开出，机组事故停机，以减少推力轴承损伤，防止烧瓦现象发生。为验证推力油是否存在中断或油流较小现象，运维人员现场检查冷却器油流示流器，显示正常，压力表显示压力在正常范围值之内；同时，通过调取监控系统时间记录及 信息均未发现有油流中断信号发出。因此，可以确定推力油中断或油流不足不是造成机组推力轴承瓦温升高的原因。推力油槽油位降低机组推力轴承中的润滑油油量较少时，将会影响轴瓦与镜板间的进油量，难以维持油膜正常形成。而在正常情况下，推力油槽中的润滑油油量是以其设计要求进行确定的，可通过油槽本体所设磁翻板油位计或油位变送器观察实际油位。因机组运行时润滑油可通过推力头和内挡油环之间的间隙甩向发电机内部以及从转子中心体与推力头连接螺栓处甩向发电机内部，称之为内甩油；除此之外，机组在运行时润滑油因轴承转动而形成油雾，油雾可以通过推力油槽呼吸器和油槽盖板缝隙处逸出，称之为外甩油。以上两种甩油方式在甩油情况严重时，均会导致推力油槽油位明显降低而影响轴瓦温度。为验证机组运行时推力油槽是否存在甩油现象，通过对油槽油位模拟量变化情况进行统计，得到的数据如表 所示。从表 可以看出，机组长时间运行时，推力油郑攀登：水轮发电机组推力轴承瓦温升高原因分析及处理表 推力油槽油位变化情况统计表项目日期 油位 油位正常范围值 槽油位并无明显变化，且模拟量数值均在正常范围值（）之内；同时，经过现场检查，发现风洞内并无油污汇积情况。因此，可以确定推力油槽油位降低不是造成机组推力轴承瓦温升高的原因。推力轴承油滤网堵塞推力轴承中热油经外循环冷却器冷却后经过滤网重新回到轴承油槽内，当滤网出现堵塞现象时，将影响油循环流动的速率，进而影响冷却效果。因机组运行时无法拆开滤网油箱对其内部进行检查，故只能在机组检修期间进行检查处理，以确定是否系滤网堵塞导致推力轴承瓦温升高。处理措施综合上述分析，可以确定机组推力轴承瓦温升高的直接原因是 号冷却器运行工况较差，导致冷却效率低。因此，需结合机组检修对冷却器进行检修，清理冷却管路，以提高冷却效率；同时，考虑可能系电机本身输出功率不足导致冷却效果较差的情况，可利用机组检修机会对电机进行检查处理。推力外循环冷却器水管路清洗机组检修时，全关冷却器本体进水阀、排水阀、进油阀和出油阀，做好冷却器隔离措施，并将内部残留冷却水排空。检查确认具备检修工作条件后，松开冷却器下水室进水管侧面检查门顶丝，打开检查门进行清渣清扫。经检查发现，进水管路确有堵塞现象，经处理已恢复正常。当需对上、下水室进行解体清洗时，应严防损坏冷却铜管，并确保水室安装正确；同时，在清洗冷却铜管和水室时，只能用棕丝刷或纤维类刷子，切勿用钢丝刷，以免损坏铜管箱体。在清理刷洗时应小心，不能划伤密封垫圈。冷却器解体检修后，分别对油腔和水腔做密封耐压试验，试验前排净设备中的空气，试验压力为工作压力的 倍，保持压力 后检查无渗漏。推力外循环冷却器油泵电机检修冷却器油泵主要由转子部件、定子部件、心轴、壳体及接线盒等部分组成。检修时，拆下电机油泵堵丝，排净泵内余油；拆下泵壳与进、出油管法兰连接螺栓，取下电机油泵。电机油泵内部结构如图 所示。图 电机油泵内部结构图 去除定子、转子表面高点、毛刺，检查定子线圈，清扫表面灰尘、杂质及导电物质；检查叶轮无高点、毛刺，无摩擦痕迹，无严重汽蚀；轴承内表面无毛刺、高点，轴承间隙为 ，粗糙度在 以下，符合设计要求；轴承的径向间隙低于 ，轴承的内、外圈及保持架无断裂、变形，滚珠无锈斑、起色皮等现象。检修完成后将电机装复。推力外循环油滤网清洗检查推力外循环总进油、排油阀，全关后打开油滤网油箱盖板，将油箱内部积油清出。油箱内部滤网如图 所示，可以看到，滤网整个圆柱表面上已被污渍覆盖，影响油循环速率，因此，需对该滤网进行清洗。推力外循环油滤网油箱清扫必须用汽油；铜丝网及油箱内的杂质必须用面粉团粘干净；铜丝网如有破损，应用焊锡进行修补，破坏严重时，应重新更换铜丝网。经过清洗之后，滤网表面杂质已不存在，从而提高油循环速率，提高冷却效果。红水河 年第 期图 推力外循环冷却器油箱内部滤网 措施实施之后的效果经过实施以上处理措施之后，统计出该机组再次满负荷连续运行时的推力轴承瓦温数据，如表 所示。从表 可以看出，措施实施之后机组推力轴承瓦温最高值为 ，较之前最高瓦温 降低约 ，成效显著。机组推力轴承瓦温降低，证实所采取措施效果明显，为机组高负荷长时间连续安全运行提供强有力的保障。表 推力轴承瓦温数据表日期瓦号 结语机组推力轴承瓦温数据变化监视分析是运行基础工作之一，其对于提前发现轴承运行异常、保障机组稳定运行具有重要意义。本文主要针对乌江渡发电厂某机组在满负荷连续运行后出现的推力轴承瓦温偏高的问题进行研究分析，对可能引起推力瓦温偏高的因素进行一一剖析，文中用到的分析思路可以为同类型机组的故障分析提供参考。参考文献：杨敬飚，赵晓嘉，乔进国，等水轮发电机推力轴瓦降温措施研讨大电机技术，（）：卜良峰，徐宏光，任光辉某电站水轮机导轴承温度偏高的分析处理大电机技术，（）：杨秀江，宋汝会，卢涛立式水轮发电机组推力瓦温偏高故障的分析处理水电与新能源，（）：王贤发，瞿自伟，覃远梁水轮发电机轴承温度异常升高原因分析及防范措施电力大数据，（）：张磊桐柏公司发电机推力瓦温过高原因分析及处理水电站机电技术，（）：张富春，杨举，艾斐，等某电站机组推力轴承瓦温偏高分析水电站机电技术，（）：（责任编辑 秦凤荣）（上接第 页）王岚，杨平，李长荣金相实验技术 版北京：冶金工业出版社，张加俏，倪红军，金宇阳，等金腐蚀时间对 钢金相组织观察的影响热加工工艺，（）：单军关于特高压线路工程跨越重要设施保护方法的研究济南：山东大学，马凤臣，袁广宏，丁宝民，等输电线路张力架线双向防跑线装置设计山东电力技术，（）：肖立华，张恒武，邹永兴，等输电线路牵引绳断线防跑线装置的设计与测试南方电网技术，（）：（责任编辑 秦凤荣）