抽水蓄能機(jī)組推力軸瓦燒損事故處理

抽水蓄能機(jī)組推力軸瓦燒損事故處理

白蓮河引水蓄能站位于湖北省黃河市羅田縣，距武漢143公里。電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量為300MW、立軸、單級(jí)、可逆、半傘式抽水蓄能機(jī)組。電站4、3、2號(hào)機(jī)組主機(jī)設(shè)備由ALSTOM公司生產(chǎn)供貨,1號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)部分由東方電機(jī)廠供貨、水輪機(jī)部分由哈爾濱電機(jī)廠供貨,4臺(tái)機(jī)均由葛洲壩集團(tuán)承擔(dān)機(jī)組安裝,但機(jī)組安裝、調(diào)試質(zhì)量由ALSTOM負(fù)責(zé)。白蓮河抽水蓄能機(jī)組型式為半傘式結(jié)構(gòu),設(shè)有1部上導(dǎo)軸承、1部水導(dǎo)軸承、1部推導(dǎo)組合軸承。推導(dǎo)組合軸承由下導(dǎo)軸承、推力軸承組合而成,安裝在下機(jī)架內(nèi),裝有12塊導(dǎo)瓦,每塊瓦內(nèi)設(shè)計(jì)有導(dǎo)瓦泵,裝有12塊推力瓦、剛性支承結(jié)構(gòu)。推力瓦、導(dǎo)瓦材質(zhì)均為巴氏合金。推導(dǎo)軸承采用導(dǎo)瓦泵外循環(huán)冷卻方式。在水輪機(jī)層設(shè)有高壓油泵減載頂起裝置、1臺(tái)主用交流泵、1臺(tái)備用直流泵,供機(jī)組啟停過程中形成油膜之用。推力軸承主要結(jié)構(gòu)尺寸如下:軸瓦內(nèi)徑1540mm;軸瓦外徑2700mm;瓦夾角24.9°;瓦厚度210mm;L/B0.7943;推力負(fù)荷7205kN;轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量6455kN;額定轉(zhuǎn)速250r/min;潤滑油牌號(hào)ISOVG46;瓦塊數(shù)12塊;額定比壓2.25MPa;支撐半徑R1083mm;周向偏心率0.500;徑向偏心率0.540;平均線速度27.75m/s;支撐托盤直徑354/326mm。電站首臺(tái)機(jī)組(4號(hào)機(jī))在2009年5月22日開始起動(dòng)調(diào)試,8月6日首次泵工況抽水,8月18日首次發(fā)電方向啟動(dòng)試驗(yàn),11月21日機(jī)組完成30天考核試運(yùn)行。在機(jī)組調(diào)試過程中先后發(fā)生了2次燒瓦事故,第一次燒瓦事故發(fā)生在5月26日機(jī)組利用SFC拖動(dòng),升速試驗(yàn)過程中,第二次燒瓦是9月19日在準(zhǔn)備進(jìn)入30天考核試運(yùn)行機(jī)組檢修消缺、打開推導(dǎo)軸承蓋時(shí)發(fā)現(xiàn)的。兩次事故分析及處理如下。2第一次燒瓦事故處理經(jīng)過2.1事故經(jīng)過2009年5月25日下午,SFC拖動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)速30%ne左右,因廠用電公用400V跳閘停機(jī),直流泵未能自動(dòng)切換,緊急手動(dòng)切換,整個(gè)過程約30~60s。2009年5月26日16:21,進(jìn)行當(dāng)天的第4次開機(jī)操作(SFC拖動(dòng)),開機(jī)前推力瓦溫、油溫為48℃左右,下導(dǎo)瓦溫為50℃左右,進(jìn)油、出油溫度為28℃左右(因?yàn)楫?dāng)天上午機(jī)組已進(jìn)行拖動(dòng)至75%試驗(yàn),11:50才停機(jī))。16:26:05機(jī)組開始拖動(dòng),16:28:55機(jī)組轉(zhuǎn)速升至30%ne;16:30:55機(jī)組轉(zhuǎn)速升至50%ne;16:33:30機(jī)組轉(zhuǎn)速升至75%ne;16:34:25sALSTOM調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)最高推力瓦溫均已達(dá)到70℃左右(當(dāng)時(shí)油溫為49℃,下導(dǎo)瓦溫為51℃),其中有一塊溫度上升較快,最高達(dá)到80℃,于是AL-STOM調(diào)試人員手動(dòng)緊急停機(jī),機(jī)組進(jìn)入停機(jī)流程。在停機(jī)過程中推力瓦溫繼續(xù)升高,16:36,機(jī)組轉(zhuǎn)速降至55%ne,推力瓦溫普遍達(dá)到86℃;16:37,機(jī)組轉(zhuǎn)速降至30%ne,推力瓦溫普遍達(dá)到95℃;16:38,機(jī)組轉(zhuǎn)速降至13%ne,推力瓦溫普遍達(dá)到105℃,最高達(dá)到110℃;16:38:55,機(jī)組停止。2.2事故原因分析事故發(fā)生以后,白蓮河抽水蓄公司對(duì)此高度重視,迅速組織事故原因分析,由于安裝、調(diào)試質(zhì)量由ALSTOM負(fù)責(zé),事故的最終分析結(jié)論以ALSTOM結(jié)論為準(zhǔn)。事故檢查分析按ALSTOM程序進(jìn)行,事故分析是逐步展開的。5月27日做了4項(xiàng)檢查:檢查受力變形,最大168μm、最小148μm、平均156.6μm,符合設(shè)計(jì)要求;檢查高壓油過濾器,過濾器表面及內(nèi)部有巴氏合金粉沫,初步確認(rèn)瓦已燒損;檢查高壓油泵頂起量AC泵0.06mm、DC泵0.05mm,符合設(shè)計(jì)要求;檢查風(fēng)閘磨損情況,良好。通過上述檢查,確認(rèn)推力瓦已燒損,決定將推力瓦全部拆出。6月2日抽出第一塊瓦,6月6日晚上推力瓦全部拆出,12塊瓦受損情況基本一致,每塊瓦面約70%磨損,磨損部位集中在中部和外圓部位。(見圖1)為盡可能查找推力瓦燒損原因,在ALSTOM分析的同時(shí),我們?cè)?月5日請(qǐng)東方電機(jī)廠及哈爾濱電機(jī)廠有關(guān)專家到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研分析。專家綜合意見有5點(diǎn):(1)5月25日上午利用SFC拖動(dòng)機(jī)組運(yùn)行中,廠用交流電異常中斷,高壓油減載系統(tǒng)直流泵未能自動(dòng)切換,其手動(dòng)切換時(shí)間長,軸瓦油膜破壞引起軸瓦局部擦傷,是26日燒瓦的起因。(2)推力軸瓦靈活度低,不利于形成油膜,是可能燒瓦的原因。(3)推力瓦及鏡板平面質(zhì)量精度低、達(dá)不到設(shè)計(jì)值。(4)高壓減載系統(tǒng)油泵設(shè)計(jì)流量偏低、且無流量、油膜厚度監(jiān)測(cè),以及管路可能存在的泄漏,可能導(dǎo)致局部油膜破壞瓦溫升高,由量變到質(zhì)變引起機(jī)組整體瓦溫過高燒瓦。(5)空載運(yùn)行即瓦溫偏高,反映出推力瓦設(shè)計(jì)上未考慮熱變形是燒瓦的主要原因之一。ALSTOM在6月11日給出最終意見,專家到現(xiàn)場(chǎng)召開了分析會(huì),ALSTOM復(fù)核了推力軸承設(shè)計(jì),復(fù)核成果見圖2、表1。ALSTOM確認(rèn)5月25日DC泵未自動(dòng)切換是燒瓦主要原因,確認(rèn)推力軸承設(shè)計(jì)制造沒問題,對(duì)中方專家有關(guān)的分析與建議未采納。2.3事故處理推力軸承的修復(fù)處理共耗時(shí)72天,主要修復(fù)措施如下:(1)全面清掃油槽、冷卻管路、高壓油泵減載系統(tǒng),為縮短處理時(shí)間將2號(hào)機(jī)推導(dǎo)冷卻器替換至4號(hào)機(jī)。(2)用玉石人工現(xiàn)場(chǎng)研磨修復(fù)鏡板,用刀尺檢查確認(rèn)平面度及光潔度。(3)更換備品推力瓦,燒損的推力瓦返廠修復(fù)留作備品。(4)更換46號(hào)透平油。(5)保證高壓減載油泵自動(dòng)切換可靠性,將油泵退出時(shí)機(jī)由90%ne改為100%ne。事故處理后,7月3日再次SFC拖動(dòng)恢復(fù)調(diào)試,7月8日開始配重,7月16日水泵方向配重基本結(jié)束,8月6日首次抽水,8月28日抽水4h最高瓦溫79℃,8月29日完成甩100%負(fù)荷試驗(yàn),9月1日完成發(fā)電工況熱穩(wěn)定試驗(yàn),機(jī)組滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行約3h,最高瓦溫約72.6℃,9月17日完成所有試驗(yàn)擬進(jìn)入30天考核試運(yùn)行前機(jī)組停機(jī)消缺。4號(hào)機(jī)組運(yùn)行過程中,仍存在個(gè)別推力瓦溫過高的情況,如8月28日凌晨機(jī)組抽水達(dá)4h后,瓦溫最高達(dá)79℃,我方多次要求ALSTOM復(fù)查溫度測(cè)量回路及相關(guān)儀表器件,對(duì)供油管路及設(shè)備進(jìn)行檢查,但ALSTOM未予重視。3第二次燒瓦事故處理經(jīng)過3.1事故經(jīng)過2009年9月18日開始30天考核試運(yùn)行前消缺,原計(jì)劃只有5天,主要處理轉(zhuǎn)子擋風(fēng)板裂紋、閥門泄漏等缺陷,由于為加裝推力軸承熱油濕度傳感器而拆一塊側(cè)蓋板無意中發(fā)現(xiàn)推力瓦發(fā)電方向進(jìn)油邊兩端部100mm范圍內(nèi)燒瓦,鏡板有環(huán)狀刮痕,油槽底余油中有燒結(jié)的巴氏合金塊,鏡板及瓦面情況見圖3所示。由此掀開燒瓦真相,開始推力軸承全面處理。3.2事故原因分析由于在第一次燒瓦修復(fù)后機(jī)組調(diào)試運(yùn)行中,4號(hào)機(jī)沒有明顯瓦溫異?，F(xiàn)象,消缺時(shí)無意中發(fā)現(xiàn)燒瓦,出乎各方意料,分析原因時(shí)視線重點(diǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)行中曾出現(xiàn)的2次小插曲。(1)21日檢查高壓減載油泵過濾器,發(fā)現(xiàn)有少量巴氏合金碎屑,并開始爭(zhēng)論是否拆瓦檢查(我方要拆瓦、ALSTOM方不同意)。隨后做了幾頂檢查:檢查各處油樣未見異常,高壓油泵循環(huán)后檢查過濾器,檢查頂起量AC泵0.05mm、DC泵0.06mm,同時(shí)運(yùn)行0.08mm。最終按外方意見未開油槽檢查推力瓦,7月25日15:29再次開機(jī),16:35最高瓦溫66.6℃。(2)7月31日調(diào)試過程中:11:45高壓油泵在13.5MPa~10.0MPa之間抖動(dòng),出口油溫達(dá)150℃;12:15直流泵故障,下午檢查直流油泵有金屬油泥;19:00用1號(hào)機(jī)直流泵替代更換。檢查頂起量AC泵0.07mm、DC泵0.06mm,同時(shí)運(yùn)行0.08mm(管路油壓14.5MPa)。9月25日ALSTOM召開第二次燒瓦事故分析會(huì)。根據(jù)ALSTOM計(jì)算分析,機(jī)組啟機(jī)時(shí),若油溫與瓦溫溫差較大,高壓減載油泵噴油時(shí),瓦面變形較大,中間低,兩端高。當(dāng)油泵流量15L/min,油溫與瓦溫溫差大于10℃時(shí),鏡板與瓦面將有大量接觸,當(dāng)溫差小于10℃時(shí)仍有少量接觸;只有油泵流量45L/min時(shí),無論溫差大小,油膜厚度可抵消瓦面熱變形,鏡板與瓦面沒有接觸;當(dāng)泵流量達(dá)30L/min,溫差小于10℃時(shí),瓦面沒有接觸,溫差大于10℃時(shí),瓦面局部有接觸。綜合分析,第二次燒瓦原因:油中有雜質(zhì),尤其是7月31日直流泵燒損后,進(jìn)了很多雜質(zhì);停機(jī)后立即啟機(jī)以及停機(jī)過程中,瓦溫高、油溫低,溫差將大于20℃,中部噴油冷卻瓦面,瓦面凹變形,油膜厚度不足以克服凹變形,產(chǎn)生干摩擦;支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,瓦面自由傾斜度不夠、小于0.2弧度,不利于形成油膜。改進(jìn)措施:換泵前啟停機(jī)過程中一定要雙泵運(yùn)行,若單臺(tái)泵運(yùn)行,機(jī)組啟停前應(yīng)提前啟泵運(yùn)行20min,以縮小瓦與油的溫差,使之小于10℃。終極的改進(jìn)措施:a)增加推力軸承靈活度,將推力支座Φ165.5改為Φ166,適當(dāng)加大配合間隙(為便于安裝、更換支撐螺母,支座正面加工出安裝孔)。b)修改托盤結(jié)構(gòu):將Φ165改為Φ165.5g6;增加托盤支承面積,將托盤由環(huán)形(內(nèi)環(huán)Φ326、外環(huán)Φ354)支撐改為Φ250平面支撐。c)改支撐螺桿,將球面半徑由R6000改為R2000,增強(qiáng)傾斜靈活度。d)在隔油板有間隙處增加密封件,盡可能降低運(yùn)行瓦溫。e)更換高壓減載系統(tǒng)油泵及相應(yīng)過濾器,油泵由15L/min提高到46L/min,更換油泵交流電機(jī)。f)將高壓油減載系統(tǒng)分配器節(jié)流孔改為1.5mm。3.3事故處理由于托盤、瓦座、推力支承螺栓、高壓減載油泵加工周期較長,設(shè)備到貨后先在其他機(jī)組上改造。在事故搶修中處理措施與第一次燒瓦處理一樣,僅全面清掃油槽及管路,更換推力瓦。推力瓦是第一次燒損后修復(fù)的瓦,瓦面經(jīng)過研磨挑花處理。事故處理約1個(gè)月,10月20日機(jī)組再次開機(jī)并網(wǎng)。在采取最終改進(jìn)措施前,機(jī)組啟停機(jī)兩臺(tái)高壓油泵同時(shí)運(yùn)行,停機(jī)后重啟機(jī)間隔時(shí)間要大于30min。機(jī)組重啟后,又進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn),10月20日下午,完成發(fā)電調(diào)相工況動(dòng)平衡檢查及熱穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn),機(jī)組振擺情況正常,推力油外循環(huán)冷卻器調(diào)試濾網(wǎng)未拆除,運(yùn)行1h,瓦溫最高達(dá)到75.8℃。10月21日發(fā)電工況熱穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn),推力油外循環(huán)冷卻器調(diào)試濾網(wǎng)拆除,發(fā)電運(yùn)行2h15min,瓦溫最高達(dá)到71.1℃。10月23日進(jìn)行泵工況熱穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn),泵工況運(yùn)行5h,瓦溫最高達(dá)到74.6℃,機(jī)組運(yùn)行正常。4其他機(jī)組的運(yùn)行情況新的托盤、瓦座、推力支承螺栓、高壓減載油泵在2009年12月后陸續(xù)交貨,4臺(tái)機(jī)油泵已全部更換,1、2、3號(hào)機(jī)新的托盤、瓦座、推力支承螺栓已全部更換。2號(hào)機(jī)2010年8月16日開始啟動(dòng)調(diào)試;8月18日完成發(fā)電空載動(dòng)平衡和空載熱穩(wěn)定試驗(yàn),機(jī)組額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行約2h后,機(jī)組各部溫度趨于穩(wěn)定,其中推力瓦溫最高為68.8℃;9月4日,完成發(fā)電工況300MW滿負(fù)荷熱穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn),機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行大約3.5h,其中推力瓦溫最高達(dá)到72℃;9月16日完成泵工況熱穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn),運(yùn)行5h