浅析塔日勒嘎水电站调速器油泵-电机组频繁断轴的问题分析与解决

胡龙

摘 要：塔日勒嘎水电站调速器油压装置油泵-电机组在两年的运行过程中接连出现12次的断轴问题，通过一次次问题分析检查验证最终发现了断轴的根本原因，并解决了断轴问题，希望本论文能够对其他电站有过相同问题的油泵-电机组断轴问题有所帮助。通过此次改造得到感悟是设备往往是机中有电，电中有机，相辅相成，相互促进。因机械结构改变起来往往比电气改造复杂的多，而通过电气程序改造有时可以很容易，并能很好的保护机械设备。同时对于发现的设备缺陷一定要建立隐患防患大于事后补救的思路，防止事故扩大，所以要运用好机电一体化的发展道路，能够在设备维修保养中少走弯路。

关键词：油泵-电机组;频繁断轴;机电一体化

一、绪论

塔日勒嘎水电站是位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内的水力发电站，是克孜勒苏河中游河段开发的第一级电站，电站距离喀什市150km。电站采用引水式开发模式，配备四台混流式水轮发电机组，总装机容量5万kW，额定水头44m，年设计发电量1.69亿kW.h。电站首台机组于2014年9月25日并网发电，电站调速器由武汉三联水电控制设备有限公司设计生产制造，为数字调速器，调速器型号为：PSWT-10000-16，主要控制方式有现地手动（机械手动、电手动）、现地自动和远方自动运行方式，站内调速器油压系统结构采用双电机、双油泵轮换启动打压的方式保持系统压力和完成开关调速器接力器操作，正常情况调速器油泵平均1小时起泵一次，启泵压力为14.4MPa，一次打压启泵至额定压力时间约为50-60秒，停泵额定压力为16MPa，溢流阀动作值16.5MPa，正常情况下采用远方自动的运行方式运行。

二、出现的主要问题和危害描述

自塔日勒嘎水电站投运以来，站内调速器油压装置先后12次出现调速器-油泵电机组传动键断裂问题。问题危害：在机组运行过程中调速器油压装置油泵电机组传动键断裂直接表现为整个调速器油压装置因事故低油压使整个系统无法建立和保持运行压力，从而使调速器失去对机组接力器的控制，进而失去对水轮发电机组的控制，如长时间未发现此缺陷将会使事故扩大，进而出现油泵电机发热烧毁、油压装置发热致所有密封件损坏、机组与电网解列、机组过速、机组飞逸等严重事事故。

三、问题的初步分析与预防

因出现该问题的时间为新疆克孜勒苏河的汛期（6-9月），对油泵电机组全面拆解检查周期长，如果修理时间过长严重影响公司的发电量和效益，所以本次查找问题首先采用小范围分析解决和事故预防，经初步分析问题原因可能为油泵在停泵瞬间出口压力过大，同时溢流阀开启不及时，导致油泵出口压力过高，有频繁液压反向冲击，使齿轮泵出现严重二次扫膛，齿顶圆卡住，致使轴被拧断。根据初步分析结论，我站对一台水轮发电机组两台调速器油压装置油泵的溢流阀同时进行了更换，使用了新的溢流阀。同时更换了新的油泵和传动轴后打压正常。防止事故扩大预防措施：因站内调速器油压装置正常运行为远方自动运行方式，油泵电机组传动轴断裂后无事故告警，如断轴问题未彻底解决，而巡检未发现此问题将导致事故扩大，会出现油泵空转致润滑油发热油压装置密封件全部损坏漏油、电机空转发热烧毁、调速器事故低油压等危险，为防止此问题，决定先用修改电气程序的方法来预防电机长时间空转运行而无告警，使设备有了双重安全保障，增加程序的效果为当油泵运行超过100秒而未停泵时自动轮换为备用泵（正常启泵时间为50-60秒），并在监控系统上位机报油泵故障，从而避免事故扩大化。

四、问题的再次分析与解决

两个月后经验证更换过溢流阀的调速器又再次出现了油泵-电机组断轴问题，但因为提前增加了电气程序得以事故没有扩大，所以得出结论问题根本原因不在油泵出口溢流阀，同时也验证了通过电气程序闭锁能够防止事故扩大化的可靠性，为电站机组在汛期能够运行提供了保障，也为之后彻底的分析解决油泵-电机组传动键断裂故障打好了基础。经过对调速器油压装置的拆分解体详细检查分析，总结原因有如下四点：

（1）油泵启动频繁，油泵轴要经受反复冲击。

（2）原传动长轴为扁口槽，扁口槽会随着使用周期变长出现磨损导致扁口槽变大，油泵每次启动都会造成泵轴扁口与传动轴扁口撞击，导致油泵扁轴失效断裂。

（3）为保证油泵扁口轴强度，泵轴的硬度提高的同时也会变脆，抗冲击力变差。

（4）长传动轴对装配同心度要求高，如同心度不好也会造成泵轴与传动轴之间的偏心撞击。

所以将改造方案定为，将原长钟罩和长传动轴取消，换为短钟罩和直连联轴器，从而将扁口油泵更换为圆轴油泵。

说明：改造后的油泵-电机组由于油泵高于液面，最不利因素是油泵吸油高度变高。针对该问题，我们将吸油口高程控制到250mm以内，另外吸油管道弯头控制到1个以内。（齿轮泵最大吸油高度500mm，吸油管道弯头不超过2个。）需要注意的是，蓄能器升压到额定工作压力后，最低油面应高于吸油滤网上端100mm左右，以充分保障油泵吸油。

如上左图所示为改造前油泵-电机组，右图为改造后油泵-电机组，相较而言，改造完成后的油泵-电机组具有如下优點：

（1）油泵传动轴为圆轴结构，可以避免扁轴结构强度问题造成的泵轴断裂情况。

（2）电机与油泵之间的传递长度短，同轴度要求更低。

（3）油泵置于液面以上，检修维护更方便。

五、改造取得的成效

通过对电站四台机组调速器油泵-电机组技术改造后近两年电站内再未出现断轴问题，保障了电站水轮发电机组的安全稳定运行。