沙河抽水蓄能电站发电电动机上导油盆盖改造

孙成玲

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333）

1 概述

沙河抽水蓄能电站安装两台单机额定容量为50 MW立轴单级可逆混流式水泵水轮机（HLN178-LJ-332）及三相立轴悬式空冷可逆式同步发电电动机（SFD50-20/630），主机设备由原法国ALSTOM设计制造，总装机容量为100 MW，设计年发电量1.82亿kW·h，抽水电量2.44亿kW·h。其中水泵水轮机安装高程为-8 m，发电额定水头97.7 m，单机发电额定流量60.8 m3/s，抽水最小扬程101 m，单机最小扬程抽水流量53.7 m3/s。

2 改造原因

发电电动机上导油盆盖是机组组成件中的“较小”部件，其主要作用是防止转轴与静止部件之间的油雾泄漏[1]，同时还起到固定上导摆度测量传感器、转轴与轴瓦等电位碳刷、油雾吸收管道等作用。上导油盆盖结构是否合理将直接影响机组安全稳定运行。

沙河抽水蓄能电站发电电动机推力轴承和上导轴承均安装在上机架油盆内，原法国ALSTOM设计制造的上导油盆盖由碳钢座圈、环氧密封环及抽油雾装置等组成，其碳钢座圈通过固定螺栓与上机架连接，布置在发电电动机转子上方，位于发电电动机风洞内，如图1所示。

图1 原法国ALSTOM提供的上导油盆盖及抽油雾装置

上导油盆盖自2002年投运以来，因上导油盆盖强度不够，导致机组检修过程中常出现油盆盖变形现象，每次拆卸、回装时，均需要对其环氧密封环进行修磨，以解决因油盆盖变形带来的安装困难的问题。历经多次修磨上导油盆盖油封间隙由最初的单边0.5 mm变为单边1 mm，局部达2 mm，因轴封间隙过大导致密封不严，无法形成气密腔，以至产生大量润滑油、油雾泄漏致使发电电动机风洞内油雾较多[2]，污染发电机定转子线圈、上下机架、测量装置等，造成绝缘降低[3]，危及机组安全运行。

3 改造过程

3.1 第一次改造

为解决上导油盆盖存在的强度低，容易形变，拆卸、回装困难，油盆盖气封间隙逐渐增大，油雾泄漏等问题，2010年，沙河抽水蓄能电站组织对上导油盆盖进行改造。通过市场调查研究分析，决定采用哈尔滨通能电气股份有限公司设计制造的4片组装接触式密封盖[4]，如图2所示。

图2 上导油盆盖—4片

改造后的4片组装接触式油盆盖由座圈及接触齿组成。其中座圈采用特种轻质铝合金制成，具有强度大、不易变形等特点；接触式密封齿采用非金属多元复合碳精材料，具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、自润滑功能、耐化学腐蚀等特性。接触式油盆盖主要功能如下：

（1）4片组装接触式油盆盖座圈强度大，不易变形。缺点是相对较重，安装过程中会出现损坏接触齿的现象。其主要性能参数如下：

比 重：1.56

抗压强度：≥105 MPa

肖氏硬度：≥55

摩擦系数：0.03

使用温度：≤700℃

介质压力：3 MPa

（2）4片组装接触式油盆盖设置限位功能。精确的限位装置能有效限制接触齿的进给量，使接触齿与转轴之间减少磨损，保证接触齿与转轴之间保持零间隙。

（3）4片组装接触式油盆盖座圈固定件均加装绝缘套管。每个连接螺栓都加装了绝缘套管，使密封盖与机架之间绝缘。

（4）4片组装接触式油盆盖设置油雾自回收功能。通过油雾过滤呼吸器对机组运行中产生的油雾进行自回收。其中油雾过滤呼吸器由罩体、本体、折流板、集油器等组成，使油雾在通过折流板到集油器的过程中，由油雾凝结成油滴，返流回油槽内，经过过滤的空气被排出，使油槽内外压差保持一致。

（5）4片组装接触式密封齿采用多等分方式。接触式密封齿按圆周方向等分成若干偶数等份，每等份均能径向前进和后退，灵敏度高，能紧随轴的位移做径向跟踪，保障接触式密封盖在转轴径向摆动时一直保持和转轴间无间隙状况下稳定运行。

（6）4片组装接触式密封齿具有补偿及退后功能。接触式密封齿每等分均可径向前进或后退，前进量径向单边为1 mm，后退量径向单边为2.5 mm，灵敏度高，能够有效补偿在运行中的磨损量，保证接触齿与转轴之间保持零间隙。

沙河抽水蓄能电站上导油盆盖通过第一次改造，解决了原法国ALSTOM设计制造的上导油盆盖强度低、易变形、轴封密封失效的问题。但是在机组实际运行过程中出现了新的问题：

（1）4片组装接触式密封齿长时间与转轴摩擦接触，碳粉落入油盆内引起轴瓦和转轴间绝缘下降，轴瓦磨损问题；同时接触齿与转轴接触面出现“啃轴”现象。

（2）油盆盖座圈与上机架之间接触部分用耐油绝缘垫相隔，通过48只套环氧树脂的螺栓固定，绝缘垫震动位移、环氧树脂套管破损，破坏油盆盖板与上机架的绝缘，引起轴电流。

（3）耐油绝缘垫并非整体且螺栓孔洞较多，对位困难，盖板结构紧凑，现场作业空间小不具备吊装条件，油盆盖又较重，拆装不便，易造成接触齿出现损坏的问题。

3.2 第二次改造

为有效解决上导油盆盖第一次改造中带来的新问题，2016年，沙河抽水蓄能电站再次组织对4片组装接触式上导油盆盖的结构、位置、工作环境等进行研究分析，向制造厂提出了由4片组装而成的接触式油盆盖改为8片组装而成接触式盖板，如图3所示。

图3 上导油盆盖—8片

8片组装接触式上导油盆盖的座圈分为主副两圈座圈，在主座圈上留有10 mm的副座圈平推距离，主副座圈分别留有吊孔，将主副座圈之间、主座圈与上机架之间密封均由密封垫改为“O”型密封条。同时将8片接触式油盆盖的接触齿材料由碳精材料改为新型非金属多元复合材料，该材料除了具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、自润滑功能、耐化学腐蚀等特性外，还具有优良的电绝缘性能。

4 改造成果

近6年的机组运行情况表明，自2016年沙河抽水蓄能电站安装了8片接触式上导油盆盖不仅彻底解决了原法国ALSTOM提供的上导油盆盖的诸多问题，还有效消除了4片接触式油盆盖带来的“啃轴”、轴电流超标、安装过程中接触齿破损等问题。8片接触式油盆盖具有如下优点：

（1）上导油盆盖接触齿采用新材料。机组运行时，不需再考虑上导油盆盖板与上机架之间绝缘问题，两者可直接接触，免去安装环氧树脂套管和耐油绝缘垫，降低了故障风险和拆装困难。

（2）上导油盆盖结构改进后，主座圈（外圈）起吊时有更大作业调整空间，避免磕碰大轴；副座圈直接可以单人手拎至主座圈大致位置，并平推到位，便于拆装，消除了拆装过程中损坏接触齿的隐患。

（3）上导油盆盖密封改进后省去了密封垫的螺栓打洞、对孔调整等工作，节省了检修作业时间，保障了安装质量，消除了安全风险。

综上所述，接触式上导油盆盖有效地解决了沙河抽水蓄能电站机组油雾泄漏的问题，此种接触式密封装置通过完整的力学链来保证和约束接触齿与转轴之间的压力，在此力学链的控制下，密封装置和转轴之间能够有效接触，形成零间隙，既满足了动态的运行，又实现了静态的需要，将动态与静态有机地结合在一起，以满足运行中各种压力的需求，包含动静结合处真实运行工况下可能需要的所有功能，从而达到长期有效的理想的密封效果。

5 结语

沙河抽水蓄能电站对技术改造工作务求做精、做细、做实，从“小”处着眼，以务实的态度，引入合作对象，大胆创新尝试，解决机组运行中的“大”问题。其中上导油盆盖改造着眼新材料的使用，创新优化设备结构，消除了机组运行过程中因油雾泄漏而带来的安全隐患，解决了水电机组常见的难题。改造成果可为其他常规水电机组或抽水蓄能机组类似改造提供参考，具备推广价值。