溧阳抽水蓄能电站推力外循环系统振动及噪音原因分析及处理

韩战乐陈伟

中国水利水电第五工程局有限公司四川成都610066

摘要：通过分析溧阳抽水蓄能电站推力外循环系统振动及噪音的原因，通过一系列的机械结构及电气设备的改造，最终找到减小振动和噪音的方法和措施，通过技术改造振动及噪音大幅下降，确保了设备长期安全稳定运行。

关键词：推力外循环；振动及噪音；改造处理

溧阳抽水蓄能电站地处江苏省西南部的溧阳市境内。电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库及地面开关站等建筑物组成。地下厂房内安装了6台单机容量为250MW的混流可逆式水泵水轮电动发电机组，总装机容量1500MW。其开发任务主要是为江苏电力系统提供调峰、填谷和备用容量，同时可承担系统的调频、调相等任务。

1推力外循环系统原理及存在问题

1.1推力外循环系统的原理

溧阳电站的下导及推力轴承采用油冷却器，冷却器布置于机坑外侧，借助于外加油泵迫使油进行循环的冷却方式，故称为外循环冷却系统。

外循环系统主要由螺杆泵装置、双桶滤油器、双联油冷却桶水过滤器、管道、阀门、仪表及底座等组成。从冷却器出来的冷油进入油槽外的冷油环管，再由环管上的个支管将油引至轴承瓦部位喷出。热油通过分布在油槽臂上部的各支管，被油泵吸出并打入冷却器，经冷却器冷却后再进入冷油环管。这样，油就不断的循环冷却，确保瓦温满足机组的正常运行要求。

1.2推力外循环系统存在的问题

2016年6月电站首台机组开机前，调试单位完成推力外循环系统静态调试（机组未旋转），油泵运行正常。在机组首次开机过程中当机组转速达到150r/min（额定转速300r/min）时，推力外循环油泵、阀门、管路振动大，噪音大。经现场测量油泵本体的振动已超出测量元件的量程，而距离油泵较远的底座（自带减震装置）已达到7mm，现场噪音更是超过100分贝，甚至超过整台机组的噪音。推力外循环系统振动及噪音是影响机组继续安全调试的关键因素。主机厂家及外循环设备厂家高度重视，现场综合分析给出多种处理方式，虽然使油泵的高频振动略有减小，但未从根本上解决推力外循环系统的振动问题。2016年7月，因油泵剧烈振动带动电机振动致使电力电缆与接线柱长期摩擦导致绝缘破损发生短路事故，致使电机接线柱烧毁。

2推力外循环振动原因分析

为准确分析推力外循环系统振动及噪音的原因，首先对试验过程进行梳理。第一个试验是水轮发电机组不运转时，启动推力外循环油泵，此时油泵运转平稳，油泵、油管路、阀门振动幅值比较小，噪音也比较小，然而当机组转速达到额定转速的50%时，推力外循环系统振动及噪音明显变大，并超出可接受范围。第二个试验是当推力外循环油泵运转后而机组不运转，将油泵吸油管路上表阀的螺丝松动，让一部分空气进入油泵吸油管，油泵振动加剧，噪音变大。从以上试验可以证明油泵的振动随进入油泵吸油管中空气量的增加而加剧。

3推力外循环系统技改方法

前面已经分析了推力外循环系统振动的原因，主要是在油泵进口吸入了大量空气，造成油泵振动。在推力外循环设备厂家的指导下调节油泵出口旋塞，将少量高压油分流至油泵进口低压侧，使油泵吸油管的压力增大，迫使气泡进入油泵前破裂，这样就减少了气泡在油泵中破裂而引发的油泵振动。通过以上措施振动有所轻微改善，但已经超出了调节旋塞的调节范围，说明进入油泵的空气量较大，注入的压力油不足以迫使气泡全部破裂。

3.1降低吸油支管的管口高度及加装推力头封堵螺栓

在静止状态下油泵吸油管口距离油面的高度约为20cm，当机组进入高速旋转状态下，油被甩至机架内壁，且吸油管距离机架内壁较远，液面呈波浪型。当波峰位于吸油口上部时吸入热油，当波谷位于吸油口上方时则吸入大量空气，空气进入吸油管后因管路长度较短未全部破裂即进入油泵产生振动及噪音。

根据以上分析，设备厂家建议将24根吸油管按照图1的方式进行现场切割，经现场改造振动及噪音变化不明显，说明单纯的降低吸油管管口不足以减少进入油泵的空气量。

随后根据图2的要求，对推力头泵孔螺栓孔进行封堵已减少运行过程中增加的气泡，通过现场试验并无明显效果。

3.3增加水平消泡板及调整吸油管管口

在随后的分析过程中厂家仍认为机组高速旋转产生起泡并不能完全消灭是产生油泵振动及噪音的主要原因。厂家提出在下导瓦底部安装水平消泡板，在推力隔板周向安装垂直消泡板，并将吸油管引至机架内壁边缘穿越垂直消泡板。最大限度的消除运行过程中产生的气泡，降低振动及噪音。在现场实施过程仅安装了水平消泡板，垂直消泡板现场安装难度较大并未实施，同时按照厂家要求对吸油管进行了改造。在运行过程中未发现明显改善。

3.4推力油泵电机加装变频装置

推力外循环系统油泵电机功率110KW，电机转速1490r/min、油泵流量410m³/h、下导及推力油槽油量16m³。改造主要方案是在取消水平消泡板保留修改吸油管口的基础上取消原电机控制柜中的软启动装置，每台电机增设一套变频拖动装置，对控制系统进行完善。

通过加装变频装置在不同转速下测得以下数据：

通过测算推力隔板上部储油量约3.6m³，在转速为1490r/min时上部油量30s完成一次循环，当转速降为900r/min时，上部油量50s完成一次循环。实践证明降低吸入油泵中气泡含量最好的办法是降低吸入油泵中的油量。在不改变推力外循环系统冷却水量的前提下，机组在夏天运行外循环油泵选择1000r/min，推力及下导瓦的最高温度满足设备厂家的技术要求。当机组进入冬季运行，外循环油泵选择900r/min仍可满足对瓦温的要求，通过以上数据可以说明推力外循环系统的振动及噪音得到了明显的降低。

4结论

通过溧阳抽水蓄能电站推力外循环系统振动及噪音原因的分析，通过一系列机械结构及电气设备的改造，最大限度的降低了外循环系统的振动及噪音，确保了设备长期安全稳定运行。通过技术改造保留了原有的推力外循环油泵。一方面节省了安装、调试工期，另一方面避免了设备资产的浪费，同时油泵采用变频运行降低了电耗，通过测算每年可节约用电150万kWh，经济效益十分显著。