新论灯泡贯流机组油系统
【关键词】 水电站 贯流机组 油系统
O 概述
与立式机组相比，灯泡贯流机组油系统的润滑油系统、高压油顶起系统、调速操作油系统相对复杂得多，其控制方式均有一定的特殊性，机组油系统及其控制系统设计的好坏直接影响到机组的安全运行。下面主要通过对灯泡贯流机组轴承用油系统的分析，以及生产、调试中故障分析处理，来说明如何针对贯流机组的特点，设计出更安全可靠的机组轴承油系统及其控制系统。
1 机组轴承油系统构成
贯流机组轴承油系统由高低压稀油泵站(含润滑低压油泵、高压顶起油泵)、高位油箱、漏油箱、油过滤器、轴承油冷却器、阀f-：1(单向阀、溢流阀、截止阀)、相关管路、自动化元件组成。
1.1 泵站设计特点
润滑油系统有三大人性化设计特点，一是将漏油箱集成在高低压稀油泵站中，二是将油过滤器，机组轴承油冷却器、单向阀、安全阀、压力和液位监视都集中在高低压稀油泵站上，三是可配套提供机组稀油泵站集散控制系统，合理配置油系统所需要压力、油温和液位自动化元件，并将各元件接线集中在泵站端子箱中，这样既方便现场安装，节省安装空间和时间，又有利于电站日常维护和使用。同时，还可以根据用户要求，提供整个油系统自动控制系统，可选择PLC控制方式或常规控制。推荐使用PLC控制方式，可避免复杂的接线。并且电站监控系统可以通过通讯来监测油系统。由于主机厂对机组油系统作用和要求比较了解，所以，在进行控制设计方面能将各种工况考虑得全面一，功能比较完善。
1.2 油路设置
贯流机组轴承润滑油系统油路通常是从低压油泵打到高位油箱，靠自重流至轴承，然后回到稀油泵站，这样组成循环。有些出力大的电站用户要求从油泵供油管接分管至轴承，这样是可以加快轴承充油，从而缩短了开机准备时间。但对于大出力的电站，由于润滑泵的电机功率是比较大的，因此建议为了节省能源和保护电机寿命，应该在分管上实现自动化控制。需要配置电动阀门，根据轴承油位或开机令来控制油的通断。一般只需在开机时打开分管。其实增加原件和设备，同时意味着采购、维护成本及故障的风险的增加。
1.3主要设备配置
润滑油系统主动性要设备有各油箱、低压润滑油泵、高压顶起油泵、冷却器、过滤器等，这些设备需要根据机组相关参数进行计算后选择。
贯流机组润滑泵采用两台低压螺杆油泵，互为备用，油泵的压力通常选为1.0MPa。根据机组轴承具体用油量来选择合理的油泵容量，通常驻一台泵的汉流量应该能满足轴承用油量。因为油泵容量大了造成能源损失，小了会使得备用油泵频繁启动，引起电压冲击，缩短设备寿命。
由于高压顶起在开机过程中的重要性，所以高压油泵必需选用安全可靠的产品。国产高压油泵使用寿命差一些。压力因磨损难以达到设定值。
高压顶起油泵采用两台高压齿轮泵，一主一备，用于机组开停机过程中，顶起机组，防止轴承在低速运转下油膜破坏导至的烧瓦。压力根据机组顶起部分的重量进行考虑，没有严格的计算。具体压力整定在机组安装调试时根据机组的实际重量，通过现场测试来整定。流量要求不是哪么严格，一般在9L/min，便能满足要求。为了增加机组的安全性，建议采用一交一直的高压泵供油方式。
油箱容量必需根据机组用油量及用户要求进行具体计算，通常需要考虑足够的容量来收集机组所有用油。
根据泵流量换算出冷却器的冷却面积，然后选择机组冷却器。此部分计算由冷却器专业厂家完成。由于冷却器并不容易损坏，一般每台机组配置一台大面积(能够满足冷却要求的)冷却器，另安装旁通检修管路，(建议采用双出口油杆泵，可将其中一出口作为检修备用管路)，或选择两台小冷却器并联运行，从维护角度此方案更合理。从成本和安装空间考虑，安装两台大面积冷却器是不合理的浪费。
2油系统控制
2.1高位油箱油位及轴承油泵的控制
润滑油系统设有高位油箱，油箱安装位置一般在机组中心线20米高以上，取得于轮毂增压所需压力要求。润滑油靠自动流入轴承，这样即保证供油可靠又能稳定油压。因此高位油箱油位的控制，对机组润滑系统的正常工作，防止机组各轴瓦(水导瓦、发导瓦、正反推力瓦)温度过高，保证机组正常运行起到及其关键的作用。
电站高位油箱的油位控制，主要根据机组不同运行状态，以及检测到的高位油箱油位，对两台轴承油泵的启动停止自动控制，实现开机、停机状态下的高位油箱油位不同控制方式，保证机组开机状态润滑油供油量正常;机组停机备用时，自动补充因渗漏而损失的润滑油，保证高位油箱维护油位正常，满足机组开机的要求，减小开机等待时间，提高机组开机成功率。油箱最低液位必须能保证机组在两台润滑油泵失电时能安全停机，通常要求能供轴承5---10分钟用油(机组技术协议中有规定)。另外对轴承油泵启动停止自动控制的优化，能避免轴承油泵的频繁启停，延长轴承油泵寿命，减少机组事故的机率。下面具体详细介绍具体的控制方式。
首先，在高位油箱设有两或三副油位报警接点，分别是油位正常、油位偏低和/或油位过低。在油位正常位置以上停备用轴承油泵，在油位偏低以下且机组运行时投入备用轴承油泵;在油位过低位置机组事故停机。
其次高位油箱设有溢油管道，溢流量要大于机组运行时单台轴承油泵供油量与机组各处轴承润滑油总量之差;同时溢流量对于小于机组运行时两台轴承油泵供油量与机组各处轴承润滑油总量之差。溢流面高于油位正常位置。
另外在油泵出口还设有油压报警接点，用于判断主用轴承油泵是否正常工作，若主用轴承油泵投入而油压过低说明主用轴承油泵有故障，需及时投入备用轴承油泵，保证机级润滑油供用正常，同时在油泵出口也有油压报警接点，若备用轴承油泵投入而油压过低说明备用轴承油泵有故障，此时要及时报警。
在机组正常运行时，不间断运行主用轴承油泵供油，使高位油箱油位控制在溢流面与正常油位之间;若主用轴承油泵故障，启动备用轴承油泵不间断运行，使高位油箱油位控制在正常油位与偏低液位之间;若油泵均正常而由于其它“特殊”故障的原因，高位油箱油位低于偏低液位，启动备用轴承油泵，并保持两台轴承油泵同时工作，直至油位达到正常油位才停备用轴承油泵，而主用轴承油泵继续运行。在机组停机时，高位油箱油位低于偏低液位，启动备用轴承油泵直至流位达到正常油位才停备用轴承油泵，使高位油箱油位控制在偏低液位在正常油位之间。
需要特别说明的是两台轴承油泵在某一油泵运行完毕之后，均要自动切换主备用状态，可保证在上面提到的“特殊”故障情况下，备用轴承油泵由两台油泵轮流充当，延长其启动停间隔;机组停机复归时，切换两台轴承油泵的主备用状态，保证机组正常运行(备用泵为启动过)完毕后，下一轮能换一台轴承油泵工作;机组停机状态，利于轴承油泵启停一次，才切换两台轴承油泵的主备用状态，停机状态最多只有一台轴承油泵(备用泵)工作。
2.2润滑油流量监控
贯流机组由于其特殊结构，必需有一循环系统为水导轴承、发导轴承、正反推力轴承提供足够润滑油，润滑油流量的正确监控至关重要。
一般贯流式机组润滑油供油管道上的油泵离机组轴承较远，正反推力轴承油槽有一定容量，机组长时间停机后，油阀后端至轴承出口均无润滑油。机组重新开机时，从打开油阀到轴承出口润滑油，时间大约1—2分钟，当温度较低时该时间会更长一点。有些贯流式机组示流信号器装在轴承入口嘀端，流量信号作为开机条件，这是不妥当的，会存在无润滑油开机现象，有开机烧瓦的隐患，特别是反推力瓦。只有加长延时来改善，但这却牺牲了开机速度，且有不真实的感觉。
润滑油示流信号器安装在各个轴承的出口处，避免了上面提到的隐患，不会造成成无润滑油开机。润滑油流量信号参与机组开机回路和机组事故停机回路，以及事故报警回路。当机组有开机令油阀打开，该流量信号达到开机流量，在其它开机条件满足时立即调速器开机，不延时判断，调速器开机前，对信号只指示，不报警、不动作事故停机回路。调速器开机后直至机组停机复归前，当该流量信号低于报警流量高于事故流量时，只报警但不动作事故停机回路;当该流量信号低于一事故流量时，立即报警并且动作事故停机回路关机。在停机状态油阀关闭，该流量信号只指示，不报警、不动作事故停机回路。从上面的润滑油流量控制方式可以看出，此种方式不存在人为的润滑油流量判断以及人为的延时，因此该方式不会在无润滑油的情况下调速器开机，而且机组启动时间短;其次，机组转动后立即投入润滑油监视，由于机组设有高位油箱，润滑油油压稳定，供油流量恒定，且工作流量、报警流量、事故流量有很大的设计余量，因此能在润滑油油量降低时报警，在润滑油完全中断前及时事故停机。
2.3 高压油顶起的控制
高压油顶起的系统，主要是确保在机组启动和停机过程的低转速区，机组轴瓦能建立油膜而保护轴瓦。一般情况下，开机时投入高压油顶起，转速上升至90%额定转速停高压油顶起;机组停机时转速下降至90%额定转速停高压油顶起，机组停转时退出高压油顶起。灯泡贯流式机组额定转速低，转动惯量小，机组启动和停机的过程短，转速变化快;高压油顶起油泵离机组轴承较远，高压油顶起建压有一定的延时。为充分发挥高压油顶起系统的作用，提高机组运行可靠性，在机组开机准备时投入高压油顶起，并检测高压油顶起是否正常，作为调速器开机的必要备件，至90%额定转速停高压油顶起。机组停机时分两种情况，正常停机时在断路器跳开后立即投入高压油顶起，10S内高压油顶起正常，动作调速器停机，直至机组完全停止并延时一分钟后退出高压油顶起，否则退出正常停机过程、退出高压油顶起，确保无高压油顶起不正常停机，提高机组安全系数;事故停机时不论任何情况立即(非90%的额定转速)投入高压油顶起，保护至机组完全停止转动并延时一分钟后退出高压油顶起。机组停机时高压油顶起的即进投入，可以克服因贯流机组从90%至低转速区时间很短而引起的不安全因素，特别对因润滑油中断引起的事故停机大有好处，尽可能降低到发导轴承、水导轴承的损伤。
2.4操作系统的控制
操作油系统主要用机组调速系统，保证调速系统的正常运行，两台油泵保证其压力油罐油压工作在正常的油压范围内。它主要包括通过操纵受授油器来控制桨叶的开和关以及通过操纵接力器来控制导叶的开和关，正常情况下操作很简单，当压力油罐油压事故低油压时，调速器紧急事故停机;压力油罐油压低于事故油压时，动作事故配压阀动锤关导叶停机;最后一道保护是采用纯机械过速保护装置，在调速器故障同时又在完全失电情况下，通过机械飞摆测速装置，来操作事故配压阀达到关机的目的，从而保护机组的正常运行。具体控制在此不作讨论。
2.5轮毂油箱部分控制
高位油箱同时隔出一个轮毂油箱，设有两副油位报警接点，分别是油位偏低、油位过低，当油位偏低时发出报警信号，当油位过低时及时补充润滑油，若轮毂油箱的油位至溢油位时，则多余油至则溢至油压装置。
3机组调试中出现的故障及分析处理
3.1高压油顶起时，高顶正常信号不稳定
此故障经常存在，机组无法正常开停机。高压油泵启动后，油压波动较大，造成油管剧裂震动，使得电接点压力表的高压油压闭合接点有频繁抖动断开，后建议改用高压油断开接点(断开接点不会因抖动而闭合)，并在控制中加短延时滤波程序，从而保证高压油顶起时，高油压信号正常发出。
3.2机组开始转动时，报润滑油中断事故停机
此故障存在时，机组开机过程不能正常完成。经过多方面的检查分析，发现开机准备时，润滑油流量正常，当机组开始转动时，润滑油出口流量瞬间的波动较大，使流量信号输出瞬间小于停机流量，造成机组转事故停机，而机组在50%的额定转速以上运行时，润滑油流量稳定。根据此现象，在PLC控制中对润滑油流量信号作特殊处理，当机组开始转动至80%额定转速的过程中润滑油流量连续10S小于停机流量才发事故停机令，而机组其它运行状态润滑油流量瞬间小于停机流量，立即发停机令。如此即能保证机组正常开机，又确保机组安全稳定运行。
3.3 机组甩100%的负荷时，机组最低转速低于80%额定转速
当机组转速低于90%额定转速，励磁会自动灭磁，若该机组有承担厂用电任务时，会造成成厂用电消失，给机组带来其他事故隐患。由于贯流机组转动惯量较小，水流量大，而机组的两段关闭装置为液压结构，存在0.2S左右的延时，在机组甩大负荷时，机组两段关闭拐点下移，使机组转速在快关阶段达到最低转速且小于80%额定转速。首先要考虑将两段关闭拐点上移，但由于结构的限制无法实现。因此通过改变调速器在甩负荷过程对导叶的控制规律，来限制最低转速的下降，具体办法当甩负荷机组转速下降到110%额定转速以下时，将导叶打开至启动开度直至机组加速度由负转正，进入正常频率控制状态。如此即可避免机组误发调速器主配拒动造成事故停机，又可大大提高机组甩负荷时的最低转转速，满足机组正常甩负荷的需求。
4 结束语
通过前面对机组润滑油系统及高压油顶起系统、操作油系统的介绍和分析，可以看出机组轴瓦的保护是不尽完善的。在机组监控系统未完全失控时，能保证机组各轴瓦长时间正常工作，在润滑油完全中断前将机组及时停机，保证各轴瓦安全，是非常非常必要的。参赛过对机组调试中发现问题的分析和处理，说明机组调试工作细致与否，对机组的运行品质有极大的影响。在调试中可发现设计中不易考虑到的特殊现象，对今后设计有相当的指导意义。在贯流机组的自动化设计时，一定要适合贯流机组的要求。同时在机组投运前的调试也要细致，尽可能发现不合理的地方并妥善解决完善，消除可能存在的事故稳患，确保机组顺利投产，安全稳定运行
