老挝东萨宏水电站贯流式机组油雾问题分析

老挝东萨宏水电站贯流式机组油雾问题分析

张文丹 ,周显栋 ,何磊

中国水利水电第十工程局有限公司安装分局检运公司，611830

（中国水利水电第十工程局有限公司 运行维护检修公司，四川 成都 610072）

摘  要：本文结合了老挝东萨宏水电站灯泡贯流式机组现场设备运行情况及厂房油污污染现状，简要分析了厂房油污污染的原因、造成的危害，根据现场运行设备的特性和厂房布置状况，以及在目前已采取的治理措施上作者提出的进一步改善治理的建议和意见。

关键词：灯泡贯流式机组；组合轴承；油雾；解决方案

1. 工程概述

东萨宏水电站(Don Sahong HPP)，位于老挝湄公河（Mekong River）流域占巴塞省（Champasak）境内，距离巴色市(Pak se)以东大约150km，距离孔恩瀑布（Phapheng Falls）5km，工程采用明渠引水发电，总装机容量260MW，是目前全亚洲单装机容量最大的灯泡贯流式电站。全站设计年平均发电量20亿千瓦时，现有两条230KV输电线路，一条并入老挝南部电网，另一条专供柬埔寨电网。

2. 油雾污染现状分析

东萨宏水电站四台机组运行时组合轴承油槽内会产生大量的油雾，这些油雾通过润滑油系统溢入空气中，对运维人员、机电设备、厂房建筑造成了一系列的危害。廊道层和冷却水供应室的空气中存在肉眼可见的油雾，发电机定子、转子、集电环、机旁电气盘柜、通风风机受污染较严重，降低了设备可靠性，增加了非计划停运概率。若不采取有效的油雾治理措施，将影响年度发电目标。

3. 油雾污染来源原因分析

东萨宏水电站的发电机组合轴承由正向推力轴承、反向推力轴和径向轴承组成。正向、反向推力轴承各16块，均采用喷油润滑冷却方式，机组运行期安装在轴瓦间的喷油管持续向镜面喷油。径向轴承润滑油来自重力油箱，从油槽底部排出的润滑油返回到高压泵站。发电机采用外加风机的径向常压强迫通风冷却方式。通风冷却循环路径为冷风由风机带入转子、定子空间，径向沿转子磁轭通风孔进入定子径向通风孔，热交换后的热空气经定子铁芯与机座壁的空间回至空冷器，冷却后的空气进入风机。

经分析，油雾产生的机理如下：

①由于推力轴承采用喷油方式，润滑油在喷射、撞击金属件和随镜板高速旋转的过程中会雾化产生大量油雾。

②组合轴承密封座虽然使用了3道密封，但为非接触式密封，导致发电机的冷却风机将大量空气吹入组合轴承油槽内，绝大部分油雾随着空气从排油管流入润滑油泵油箱，少量油雾从缝隙溢出到发电机风洞内。

③组合轴承润滑油回油因自然落差和风压双重作用形成高速油流，在润滑油泵油箱内进一步雾化产生更多油雾，混合了油雾的多余空气顶起油箱进人孔盖板溢出到空气中。

④润滑油泵油箱溢出的油雾温度为40℃左右，油雾在空气中因热运动逐步扩散至全厂房，大部分油雾在厂房通风系统的引导下吹至电气盘柜、桥架、风机保护罩等设备上，另一部分油雾与空气中的粉尘混合吸附在地面及设备表面。

⑤每年1~4月，东萨宏电站周边村民大范围焚烧树林和杂草，空气中的烟尘浓度升高，通风系统从外部吸取新空气的过程中将这些烟尘吸入厂房，烟尘迅速与油雾混合形成油泥，进一步加重了油雾污染。

4. 油雾污染的危害
   1. 对运维人员的危害

悬浮在空气中的油雾，主要是以液滴形式悬浮在离地面一定高度的地方。而根据液滴的直径大小，对人体的危害程度各有不同。一般的油雾大小约在2～10μm以下，据医学研究表明，以油蒸气和大直径的液滴形式存在的油雾都不会对人体产生危害，只有直径5μm 以下的油雾液滴才会经呼吸进入人的肺泡，并在肺部沉淀，这类型的油雾对人体危害较大。如果员工长期在油雾浓度较高的场所作业，当油雾冷凝后附在地板或设备上容易使作业人员或维修人员滑倒，也容易导致呼吸系统疾病与皮肤过敏等症状。

4.2.对发电机的危害

进入发电机风洞的油雾严重污染了定子、转子及其他附属设备，影响了发电机的绝缘、散热能力，并造成风洞内的电气元件老化、频繁出现故障。主要表现如下：

1油雾与制动粉尘、碳粉及其他灰尘混合在定子铁心通风槽等部位堆积成油泥，并附着在磁轭冲片、定子铁心通风沟、空冷器等部位，致使发电机通风散热性能变差、空冷器热交换效率降低。

2　油雾和灰尘长期吸附在绝缘层上，对发电机线棒等绝缘造成腐蚀，使其绝缘性能下降，加速老化，极易造成发电机线圈短路或击穿，威胁发电机的安全运行，大大缩短机组大修周期。

3　长期的油槽漏油、油雾外溢，造成发电机运行环境恶劣，运行人员必须密切关注润滑油箱油位变化，油位较低时必须立即向油箱补油，这样造成了透平油的浪费、增加了机组的运行成本和维护工作量（见表1）。同时为了消除油污安全隐患，必须额外增加停机维护次数和年度检修时间。

表1 机组注油记录表

4　油污加快了风洞内电缆和自动化元件的老化，导致机组的制动风闸和加热器故障率远高于其他新建电站的同类型机组。四台机组自投运以来反复出现制动风闸位置反馈开关失效、加热器损坏等缺陷，造成此类缺陷的原因多为电缆绝缘胶皮硬化破损发生短路、接地和位置反馈开关内油污堆积造成卡阻，这些因素都和油污直接相关。

4.3.对集电环的危害

发电机集电环设置在封闭罩内，设有鼓风吸尘装置，鼓风机风源来自风洞。这导致风洞内的油雾进入集电环，和碳粉混合形成油泥吸附到集电环内任何部件上，如图2。碳粉和油雾的混合油泥主要有三个方面的危害：

1　油泥比纯净的碳粉更易吸附在绝缘柱表面，导致转子对地绝缘迅速下降，如2021年5月1日3号机组就因集电环部位碳粉吸附导致转子接地故障停机，经过4个小时的检查清扫才恢复并网发电，如图1。

2　油泥吸附导致碳粉收集装置滤芯堵塞，导致碳粉收集装置过载运行，容易造成装置损坏。

3　为防止机组因碳粉原因导致转子接地报警停机，需要定期停机清扫碳刷，增加停机维护时间和次数，降低了机组利用率。

4.4.对机旁电气盘制柜的危害

东萨宏水电站机旁电气盘柜所在的发电机层环境温度约为38℃，柜内设备的自然冷却换热能力较差，主要通过柜顶风机强制换气冷却。外部油雾在换气过程中进入柜内污染柜内电气设备，主要危害如下：

1　机旁电气盘柜内的开关电源、测温装置、裸装集成电路板等精密元件防尘、防水等级低，其对环境温度、清洁度的要求较高。油雾污染降低了精密元件的稳定性，增加了设备故障率。由于东萨宏电站的设备均由中国供应商提供，备件采购周期长，若关键控制元件损坏后现场没有备件更换将导致机组在很长时间内无法投运发电。例如2020年10月1日发现3号机组励磁调节柜内的2号TTM板损坏，维护人员立即联系厂家提供备件，直到2021年5月才收到备件。

2　对PLC控制器、网络通讯模块等封装防尘能力较好的设备，油污可以通过数据传输端口造成通讯故障、电路板损坏等问题，加速电气原件老化。

3　监控系统盘柜风机未使用温度控制器控制启停，合上风机电源后所有风机处于连续运行状态。油污堵塞散热风扇的空气滤网导致风机“堵转”、电机负载变大、发热量增大，且油雾在风机电机上形成的油膜阻碍了电机的散热，从而造成电机热量集中发生故障。同时油污侵入电机内部，造成电机绕着绝缘降低，进一步增加故障率。据统计厂房内受油雾影响区域的风扇故障率明显高于洁净区。

4　由于柜顶风机出现故障，电源开关不能自动断开，停转后电机一直带电发热，烧坏塑料底座并脱落，极有可能砸坏下方设备，容易引起盘柜火灾。

5　油雾对励磁功率柜的危害是多方面的。第一，整流桥工作时会产生很多热量，油污吸附对其散热影响较大；第二，油污堵塞空气滤网，降低了通风冷却效果，并加重了风机负载，增加风机的故障率。

6　油雾吸附在控制电缆及裸露母线上，降低设备对地绝缘和线间绝缘，增加了400V厂用电和24V直流控制电源接地、短路故障率。

4.5.对通风系统的危害

通风系统强迫油雾在厂房内循环，对风机和风管以及出风口附近的设备造成了很大的污染，这些污渍对设备的散热、绝缘都有很大的影响，也增加了设备清扫、维护工作量。

4.6.对地面及墙面的影响

油雾污染地面和墙面，作业人员行走时容易滑倒。同时油污能渗透到建筑涂料，造成墙面和地面不可逆的腐蚀、变色，影响厂房整体面貌。

5. 治理措施
   1. 润滑油回油管加节流片

为了减少润滑油泵油箱内的油雾，2019年GE厂家在润滑油回油管上安装了节流片，降低回油速度。该方案对减少油箱内的油雾效果非常明显，但组合轴承油槽内的空气无法及时排除，导致大量的油雾被空气挤出，进入风洞，严重污染发电机定子和转子，影响设备绝缘和散热。风洞内的油雾浓度饱和后极易发生发电机爆炸、火灾等严重事故。

5.2.安装油雾吸收装置

目前，组合轴承油槽安装了一台油雾收集装置，用于吸收油槽内的油雾，但油雾收集效果不佳。2020年按GE厂家的指导意见，在润滑油泵油箱上增装了一台油雾吸收装置，油雾问题依然没有解决，同时新增的油雾吸收装置将油箱内客观存在的油雾吸出，造成了不必要的润滑油损耗，变成了主要的油雾溢出点。国内同样面临油雾问题的葛洲坝、龙滩和大岗山等电厂也有过采取了增加吸油雾装置功率或数量的改造方案，均未达到预期效果。

5.3.将润滑油箱进人孔盖板改为半开放式盖板

2020年运维团队尝试将1号机组进人孔盖板改为半封闭结构，在盖板上安装一层过滤网，使油箱内多余的空气通过滤网排出油箱并过滤油雾。但油雾过滤效果不佳，依然有大量油雾穿过滤网。经过分析，该方案中油雾未得到充分冷却，油气无法完全分离。

6. 下一步工作计划

1　定期停机清扫集电环碳粉和碳粉收集装置，避免非计划停运。

2　应对监控系统盘柜风机控制进行改造，增加温度控制和电机保护元件，更换与电机容量匹配的电源开关，确保电机故障后能自动断开电源。

3　采购柜顶散热风机备件，更换损坏的风机，并增加风机检查维护频次，及时清扫风机和滤网。

4　封闭控制模块、通讯模块、计算机等设备的备用数据接口，防止油污侵蚀。

5　为提高制动风闸的可靠性，运维团队计划在2021年机组检修期间将其位置反馈开关的电缆改造为耐温耐油电缆。

6　梳理自动化元件库存量，提取采购受油污影响的易损件，确保各系统设备的完好率。

7　开展一次彻底的厂房除尘、除油清扫工作，减少厂房空气中的粉尘浓度。

8　5号机施工期间和烧伤季节尽量缩短通风风机运行时间，避免室外含灰尘、烟尘多的空气进入厂房。待副厂房空调安装后，改变风机使用方式。

9　制定设备清扫专项方案，在机组年度检修期间对发电机定子、转子、自动化元件、机旁盘电气设备等做一次全面除油污清扫，确保设备稳定可靠。

10　目前透平油库存量为50标准桶（1台机拥有量约为150标准桶），应增加透平油储备量。

11　运维人员进入-3层冷却水供应室、-4层廊道层等油雾高浓度区要佩戴口罩。

12　为减少油雾溢出，运维团队计划在每台机的润滑油泵油箱上安装临时挡油棚，使油雾在密闭的挡油棚内自然冷凝。

7. 意见和建议

结合葛洲坝、龙滩、大岗山电站的经验和目前采取的三种方案来看，要解决东萨宏电站油雾问题宜用“堵”、“疏”结合的方案。将组合轴承油槽密封改为接触式密封，堵住进风点，减少发电机冷却风机吹入油槽的空气量，降低油槽内的气压。改变油槽和润滑油泵油箱的吸油雾方式，在排除多余空气的同时实现油气分离。

在5号机订货设计阶段应考虑油雾问题，采用产生油雾少、油雾密封效果好的设计方案，如老挝南欧江2级电站安装的灯泡贯流式机组对油雾控制较好，机组内和厂房未出现油雾问题，其组合轴承采用油浸式结构、油槽上下游各有一道止油环、润滑油泵油箱为全封闭式油箱，如图。

图6  南欧江2级机组组合轴承截图

参考文献

[1] 董钟明等.大型水轮发电机组轴承油雾问题研究与防治探讨.2020

[2] 刘斌等.大岗山电站发电机油雾问题研究与治理.2020

[3] 粟冬.浅谈水轮发电机推力轴承油雾密封结构设计.2020

作者简介：

周显栋（1990-），男，湖南常德，工程师，学士，从事水电站运维检工作。

张文丹（1990-），女，四川眉山，技术员，大学本科，从事水电站运行及调度工作。

何  磊（1989-），男，四川眉山，技术员，大专，从事检修及安全管理工作。