600 MW汽轮机油系统故障分析及处理

李长松，唐广通，南伟亮,刘永平，王哲

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.河北省电力建设第一工程公司，石家庄 050025)

1 系统概况

某电厂600 MW机组汽轮机油系统由润滑油、顶轴油、密封油、高压抗燃油(EH)组成，润滑油系统主要由汽轮机主轴驱动的主油泵、冷油器、交流润滑油泵、直流润滑油泵、高压启动油泵构成。高压安全油回油管路上设置有隔膜阀，机组低转速时依靠高压启动油泵供油关闭隔膜阀。机组高转速时可停运高压启动油泵，依靠主油泵供油关闭隔膜阀。顶轴油系统为2台手动伺服变量柱塞泵，1台顶轴油泵供6个轴承，顶起高度0.02～0.12 mm。密封油系统为单流环形式，密封油压要高于发电机内氢压一定数量值，以防止发电机内氢气沿转轴与密封瓦之间的间隙泄漏，同时也要防止发电机内大量进油。EH油系统主要由2台EH油泵，1台再循环油泵和1台再生油泵及滤油器、热交换器、油箱、溢流阀、蓄能器组成。系统工作压力为14 MPa，工作温度40～50 ℃。油泵启动后输出的压力油经过EH供油控制组件、滤油器、逆止阀及溢流阀进入供油母管和高压蓄能器。执行机构的回油经无压回油管路和压力回油管路返回油箱，在压力回油管路上布置有滤油器、冷油器、低压蓄能器和过压保护阀。

2 润滑油系统

2.1 低压安全油

2.1.1 故障现象

机组首次定速3 000 r/min，按程序停运，在高压启动油泵时，低压安全油即隔膜阀上油压降至零，机组跳闸。

2.1.2 故障分析

润滑油系统的工作原理是在机组启动前，隔膜阀上油压由高压启动油泵直接提供，机组转速升高后，隔膜阀上油压由主油泵出口的润滑油经节流孔减压后提供，在2个油路间采用1个逆止门进行转换，如图1所示。当机组转速低时，主油泵出力不够，逆止门被高压启动油泵出口油顶住关闭；当机组转速升高后，主油泵出力增大，主油泵出口油将逆止门顶开，低压安全油由主油泵提供。机组跳闸后，重新启动高压启动油泵，再次升速至3 000 r/min，检查主油泵出口压力正常，但高压启动油泵电流和隔膜阀上油压在机组启动前后没有明显变化，因此，作者判断主油泵未能向隔膜阀提供低压安全油。因低压安全油的这条管路上只有1个节流孔和1个逆止门，而节流孔完全堵塞的可能性很小，因此，作者认为应是主油泵至低压安全油的逆止门装反了。

图1 主油泵至低压安全油管道

2.1.3 处理方法

因机组已经启动，而逆止门在主油箱内，因此处理这个问题需要较长时间。待机组停机后待缸温降至120 ℃以下，停运润滑油系统，将主油箱的油导入净油箱，进入主油箱进行了检查，检查发现该逆止门确实装反了。将逆止门重新装配后机组重新启动，升速至3 000 r/min后停运高压启动油泵，低压安全油工作正常。

2.2 润滑油泵联锁试验

2.2.1 故障现象

对润滑油泵联锁进行试验，当交流润滑油泵跳闸联启直流油泵试验时，发现润滑油母管压力由0.14 MPa下降至0且持续2 s后才重新恢复至0.12 MPa。

2.2.2 故障分析

当汽轮机转动时，润滑油母管压力降至较低压力(甚至为零)，即使持续时间很短，也会对轴瓦造成严重损坏。作者分析认为，问题的根源应该出在直流油泵上，经检查发现，在直流油泵上设置了软启动器装置，该装置的原理是通过缓慢增加电压，使直流油泵逐渐增加出力，其目的是减少直流油泵启动时对直流电动机的冲击。由于直流油泵是缓慢增加出力，启动时间过长造成交流油泵跳闸，导致润滑油母管压力下降很多且持续时间较长，对机组的安全形成了威胁。

2.2.3 处理方法

修改软启动器的参数，缩短直流油泵启动时间。经反复试验，最终将直流油泵启动时间由5 s缩短为2 s。交流油泵跳闸，直流油泵联启后润滑油母管压力最低降至0.07 MPa之后回升至正常值，能够保证机组安全运行。

3 顶轴油系统

3.1 故障现象

主机在盘车状态时，时常出现盘车自动脱开的现象。

3.2 故障分析

作者分析认为，盘车脱开可能有以下几个方面的原因：一是有蒸汽漏入汽轮机会造成汽轮机转速升高，在离心力的作用下，将盘车装置甩开。二是在盘车装置中齿轮有缺陷，例如盘车投入时由于撞击造成的齿轮变形或者齿轮上有凹凸，当有缺陷的齿轮受力时会因缺陷部位受力不足造成啮合不牢，使盘车脱开。三是汽轮发电机组轴系中心较好，且顶起高度较高，转动所需的动力较小，当顶轴油油量大时，顶轴油所提供的动力使机组转动，机组转速高于盘车转速时将盘车装置甩开。

3.3 处理方法

当主机处于盘车状态时，主蒸汽、再热蒸汽已经隔离，主机阀门严密性合格，在追查运行趋势时也未发现盘车脱开与主蒸汽、再热蒸汽参数有关联。唯一有可能漏入汽轮机的只有轴封蒸汽，当轴封蒸汽量过大时，有可能冲动汽轮机机组，破坏真空。将轴封进汽手动隔离门关闭严密，仍然发生了盘车脱开，因此排除了这一因素。对盘车装置进行解体检查，未发现齿轮有损坏，也排除了这一因素。重新调整了顶轴油系统，将各瓦顶起高度向下微调，由原来的0.09 mm降至0.05 mm左右，之后盘车未再自行脱开。

4 密封油系统

4.1 发电机进油

4.1.1 故障现象

在风压试验期间，发电机油水检漏报警开关报警，就地检查发现发电机内部存在进油问题。

4.1.2 故障分析

发电机进油的实质是密封油进油量大于回油量，从而造成浮子油箱满油，进而导致回油扩大槽满油，当回油扩大槽满油后，油就进入发电机的底部。

造成发电机进油的原因主要有以下5点：

(1)密封瓦损坏或间隙大；

(2)差压阀无法维持正常的氢油压差；

(3)浮子油箱浮子卡涩；

(4)由于回油管道安装角度不对，从而造成回油不畅；

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(5)浮子油箱与回油扩大槽连通管不通。

4.1.3 处理方法

对密封瓦进行了检查，未发现密封瓦有损坏，检查安装间隙，结果也符合设计要求，如图2所示。在发电机风压试验期间，检查差压阀，其跟踪正常，氢油差压值一直保持在规定范围内。对浮子油箱进行了解体检查，也未发现浮子卡涩。检查回油管道安装情况，虽发现回油管道安装与设计图纸略有差异，但分析认为不会影响到回油的畅通。检查浮子油箱与回油扩大槽的连通管上的手动隔离阀处在全开状态，但连通管是否畅通还需进一步验证。在发电机风压试验期间，将浮子油箱隔离，回油用旁路阀调节。解开浮子油箱上连通管法兰，发现冒出一股气后就不再有气体喷出。而连通管本应是与回油扩大槽连通，而回油扩大槽是与发电机内部连通的，在发电机风压试验期间，连通管应该有连续气体冒出才正常。检查回油扩大槽连通管法兰，发现法兰之间有一堵板未拆除，这一堵板应是厂家在运输途中为了避免杂物落入回油扩大槽内而设置的，施工单位在安装管道时忽略了这一堵板，从而造成了连通管不通，也就无法保证回油扩大槽与浮子油箱的压力保持一致，实际状况如图3所示。当浮子油箱的压力高于回油扩大槽时，极易造成回油扩大槽回油不畅而满油，进而导致发电机内部进油。

图2 发电机密封瓦

图3 密封油系统示意图

4.2 差压阀损坏

4.2.1 故障现象

在发电机充氢升压过程中，发现氢油差压无法维持，隔离差压阀，用旁路手动门维持氢油差压。作者怀疑差压阀卡涩，决定将差压阀解体清理，将差压阀解体后发现阀板已脱落，差压阀损坏。

4.2.2 故障分析

该类型差压阀的工作原理是氢压通过外部控制管线引入主膜片上方，密封油压经外部控制管线引入主膜片的下方。当氢压升高时，弹簧带动膜片和阀杆组合件下移，阀口开度增大，差压阀出口流量增加致使密封油压增大，直到在设置的压差值附近达到平衡为止。 反之, 当氢压降低时，弹簧带动膜片和阀杆组合件上移，阀口开度减小，差压阀出口流量减小致使密封油压减小，直到在设置的压差值附近达到平衡为止，如图4所示。

图4 差压阀工作原理图

该类型差压阀设有超压保护，最大入口工作压力为1 MPa，内部能承受的最大差压(油压大于氢压)为0.3 MPa。在差压阀还没有引入氢压的情况下就引入较高的油压，差压阀内部会使差压过大，从而造成差压阀阀板损坏、脱落。同时差压阀出口压力要低于入口压力，否则, 易损坏平衡膜片。

4.2.3 处理方法

更换差压阀后，重新投入差压阀。差压阀系统(如图5所示)投运顺序为：首先使用旁路门手动调节密封油系统的油氢压差；其次打开阀门J1引入氢压，紧接着打开阀门J2引入油压，再全开阀门J4；最后逐步关闭旁路门，同时逐步打开阀门J3，直至旁路门全关、J3全开，此时差压阀投入运行。退出差压阀则采取相反的步骤。

图5 差压阀系统示意图

5 EH油系统

5.1 故障现象

在EH油泵运行时，EH油温上升很快，将冷却水流量调至最大，油温仍达到报警值且依旧有上升趋势，只得停运EH油泵。

5.2 故障分析

某电厂600 MW机组EH油冷却器设置在有压回油管道上，未设置自循环冷油器。EH油温高主要有以下原因：一是冷却系统故障，EH油得不到有效冷却；二是EH油系统有内部泄漏，EH油流量偏大，油流与管道摩擦及EH油泵做功造成EH油温升高。

5.3 故障处理

首先排查了冷却水系统，检查冷却水系统阀门开启状态正常，流量已调至最大。由于冷却器是管式换热器，还对水室进行了排空气处理，因该机组为新建机组，因此排除了冷却器脏污的因素。重新启动EH油泵，油温仍快速上升。

排除了冷却系统的问题，重点对EH油系统内漏进行了检查。启动EH油泵，首先检查溢流阀，如果溢流阀过流，其回油管会发热，检查回油管温度正常，因此排除了溢流阀泄漏的因素。其次对油动机进行了检查，将机组挂闸，经过一段时间后，逐个检查油动机回油管温度，未发现某条回油管道温度明显偏高，因此可排除油动机上的卸荷阀、伺服阀有内漏。最后对EH油系统上的高压蓄能器进行了检查，在正常状态下，蓄能器的进口阀开启，回油阀关闭。逐个检查高压蓄能器回油管温度，发现有一个蓄能器回油管温度明显偏高，用扳手关闭蓄能器回油阀门，发现该阀门有一定开度，将回油阀门关闭严密后，EH油泵电流有一定减少，EH油温逐渐下降，最终恢复正常状态。

6 结论

(1)机组启动后，在切换主油泵过程中机组跳闸，主要原因为主油箱内部低压安全油管道上的一个逆止门装反造成停运高压备用油泵后，隔膜阀上部油压降至0。

(2)机组交流润滑油泵与直流润滑油泵联锁试验时，机组母管油压降至零，原因为直流润滑油泵所装设的软启动器参数设置不当。

(3)在顶轴油系统调试时，机组顶起高度过高，机组在顶轴油的作用下自行转动，从而使盘车脱开。

(4)发电机密封油系统中回油扩大槽与浮子油箱的连通管未连通，造成发电机进油。

(5)密封油差压阀投切操作程序错误，造成差压阀损坏。

(6)抗燃油系统中蓄能器回油阀误开，造成EH油流量过大，导致油温过高。

参考文献：

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