葛洲坝电站机组透平油整治工作初探

摘要：葛洲坝电站透平油经过多年的运行使用，透平油劣化问题日益突出，严重影响机组的安全稳定运行。近年来葛洲坝电厂积极开展透平油专项整治工作，研究透平油劣化现象，分析透平油质污染原因，针对性地采取多种方式相结合的方法，尤其是引进了静电式净油机，改善了透平油质，在保障机组安全稳定运行的工作中取得了一定成效。

关键词：水轮发电机 透平油 污染与净化 静电式净油机

中图分类号：TB857文献标识码： A

1.概述

葛洲坝电站机组水轮机型式为轴流转浆式，发电机型式为半伞式，透平油选用L-TSA46号汽轮机油，作为调速系统液压驱动、及机组三部轴承（上导轴承、推力轴承与水导轴承）的介质。22台机组设计总透平油用量约为2600 m3，其中大江电站1700 m3，二江电站900 m3。

以大江机组为例。大江14台机组，每台机组调速系统各自有独立的油循环系统，每两台机共用一个事故油罐。油库引出加油、排油两条总管路，连接14台机组的调速油系统及三部轴承油系统（如图1），构成大江透平油系统。

由于机组调速油系统乃至整个电站透平油系统的运行方式所限，葛洲坝电站各机组间透平油的交叉污染无可避免，无法通过更换新油，一劳永逸地净化机组透平油。电站投产运行二十多年以来，机组透平油质逐年劣化，恶劣影响日益突出，不仅多次导致调速器液压系统故障造成机组强迫停运，还引起机组过速保护液压系统和分段关闭系统故障，严重影响机组的安全稳定运行。为此，自2006年开始，葛洲坝电厂积极开展透平油专项整治工作，研究透平油污染来源，探索净油措施，力求改善透平油质，保障机组安全稳定运行。

图1透平油系统的油循环简图

2.透平油污染来源分析

根据《GB/T 7596-2008 电厂用运行中汽轮机油质量》行业标准要求，透平油品质主要从透明度、机械杂质、颗粒度NAS等级、微水含量、酸值、运动粘度等方面来评价。葛洲坝电站机组使用的透平油都是L-TSA46号汽轮机油，该汽轮机油的防锈、防腐性能，抗乳化、抗泡沫性和抗氧化性等指标参数都比较好，油品本身比较稳定。相关油化部门提供的化验报告显示，运行使用过程中，透平油颗粒度NAS等级成为影响油品质量的主要参数。

透平油在机组运行中除了自身的缓慢变质劣化外，其污染劣化主要是由于外来污染物催化反应所致，透平油的外来污染主要有以下五个方面：

2.1 与大气接触带来的水分等污染

由于葛洲坝的油系统不是完全密封系统，有多个部位与空气接触，空气中的水分和杂质很容易进入透平油系统，造成透平油的污染及老化。透平油系统与空气的接触点有：集油槽呼吸孔、漏油箱呼吸孔、甩油盆、调速柜引导阀渗漏油；另外压力油气罐压缩空气含有的水分积碳、污油进入到压油罐污染透平油系统。

2.2 轮叶密封处的水分泥沙等污染

由于葛洲坝机组为轴流转桨式机组，轮叶转动处密封属于动密封，可能因磨损而失效，导致江水及泥沙渗入转轮内部，从而污染油系统。

2.3 机械金属磨损带来的金属粉末污染

由于葛洲坝机组为轴流转桨式机组，与混流式机组相比，其轮叶操作机构中存在更多、更大的金属摩擦副，因而轴流转桨式水轮机油系统中的金属颗粒产生的速度更快、数量更多。另外相关油泵、油阀磨损也产生金属粉末。这些金属粉末的主要成分是铜、铁和铬，经研究它们不但本身会对液压系统产生很大的危害，还会和水分一起加速油品的老化，使透平油产生黑色油泥。

2.4 密封材料溶解和磨损带来的污染

透平油系统中设置有大量的密封，如丁腈橡胶密封圈、石棉垫及夹布橡胶密封圈，这些密封为高分子聚合物、纤维或者石棉材料，这些材料的磨损物进入油系统，部分溶解于透平油中，除直接引起引导阀卡阻外，还同金属粉末及水一样加速透平油的劣化。

2.5 清洗剂、剂残留物带来的污染

在机组检修过程中，使用了较多的清洗剂和剂，如艾斯-50、脂等。此类清洗剂和脂的残留物可溶解于油中，加速透平油的老化。

3.透平油常规净化方法

根据对透平油污染来源的分析，我厂一方面加强检修质量控制，在积极检修、清洗调速器设备、三部轴承油槽的同时，防止过量的清洗剂、剂及其他污染物进入透平油系统；另一方面，积极采取主动措施，分别在透平油库和机组透平油系统两个部位，开展透平油质净化工作。

3.1 油库透平油的净化

机组运行中的补油，或是机组修后的重新注油，均来自油库中处理合格的透平油。油库作为机组透平油的源头，出库油源的品质是机组透平油品质保证的基础。

油库透平油的净化主要有两方面：

一、通过差压式滤油机反复过滤透平油，直至透平油各项参数达标

差压式过滤属于较传统的过滤方式，由最初的板型滤纸式滤油机发展到现在的桶型滤芯式滤油机，在净化的效率、效果、滤芯容污量以及可操作性上都有了很大提高。

二、启用油库油罐呼吸器的空气干燥、净化装置

油库内部空气质量较差，为了避免油罐内的透平油因长期直接与空气接触，而吸入水分及灰尘，启用油罐呼吸器的空气干燥、净化装置，能够起到较好的隔离效果。

3.2 机组调速系统透平油的净化

机组正常运行过程中，调速系统透平油都自成系统，在集油槽、压油罐、导、轮叶操作机构中进行内部循环。自2007年开始，我厂开始研究、推行以下两种手段净化调速系统透平油：

一、集油槽内部装设油磁栅

针对透平油中混杂的磁性金属粉末，在集油槽内部的脏油区加装由条形磁力棒组成的油磁栅，可以吸附透平油中含有金属的颗粒,同时还可以将包裹有金属颗粒的油泥一起吸附。

图2：板式油磁栅安装现场图

图3：集油槽板式油磁栅（投入2月后）

装设油磁栅净化透平油的优点在于成本低、安装方便、效果显著，但仅针对磁性颗粒，适用性不全面；依靠系统自循环的透平油流动，主动性不强；同时，还存在容污量低、清理维护不便等缺点，只能作为一种辅的净油手段。

二、集油槽底部加装在线滤油机

为了进一步改善调速系统透平油质，在机组集油槽底部加装在线滤油机，从集油槽脏油区向净油区滤油。

图4：集油槽底部在线滤油机

该套滤油装置采用差压过滤原理，设有粗滤、精滤两个过滤等级，最高过滤精度可达6μm，同时还设有差压报警、自动停机功能。其优点在于自动化程度高、过滤效果好、效率高，但还存在滤芯容污量低、更换成本高等缺点。

通过这些常规的透平油净化方式，能够在一定程度上改善透平油质，将透平油污染度等级控制在NAS-9以内（如表1），但依然不能扼制透平油的劣化趋势，调速系统运行过程中仍有部件卡塞、威胁机组安全的现象出现，机组检修过程中，也可见集油槽、压油罐底部，油管内壁，转轮内壁等部位累积大量油泥、杂质等污染物，透平油净化的方法仍需继续探索。

表1 机组集油槽透平油污染度化验结果

设备

编号 污染

等级 颗粒尺寸范围

5-15 15-20 25-50 50-100 >100

NAS1638 7 32000 5700 1012 180 32

10F 8 45460 1170 220 20 0

12F 8 48637 2393 410 20 0

16F 8 54230 3763 730 90 0

17F 8 52370 2446 703 53 0

NAS1638 8 64000 11400 2025 360 64

15F 9 102370 1500 140 10 0

11F 9 72120 6040 947 103 0

13F 9 72147 4283 746 67 0

14F 9 85193 2820 506 77 0

4.透平油净化新方法

为了进一步研究透平油劣化状态，探索透平油净化新方法，我厂将部分机组的油样送至专业公司检验。检验结果表明集油槽上层油样中含有大量小于5μm的颗粒，污染度在NAS-8左右（见图5、图6）。集油槽底层的油样，含有大量颗粒物，污染度一般在NAS-12级以上，属于严重污染（见图7、图8）。

图5、某机组集油槽上层油样膜片放大200倍

图5可见油样中含有大量的5μm以下颗粒污染物。

图6、某机组集油槽强力磁栅上部吸附物稀释膜片放大100倍

图7、某机组集油槽底部油样膜片放大200倍

图7可见油样中含有大量纤维、深色颗粒物、透明胶状物，已经无法鉴定污染等级。

图8、某机组集油槽底部油样膜片放大200倍

图8可见油样中含有大量深色颗粒物和透明胶状物，已经无法鉴定污染等级。

专业公司的检验报告认为，油品中的5μm以上的大颗粒是由小颗粒不断催生附近油品劣化、致使自身长大，或因小颗粒之间聚合形成，而这些大小颗粒又会加重设备的机械磨损，而产生更多的细小颗粒，污染度每加重一级将会增加30%的机械磨损量。因此过滤去除大于5μm的大颗粒物仅能防止油品直接引起设备故障，不能消除污染源，不能阻止污染物的继续快速产生，所以在透平油库过滤净化合格（滤除6μm及以上颗粒）后的透平油在机组运行一到两年后又污染劣化。污染物持续快速产生造成集油槽底部的在线滤油机运行滤芯消耗很大。

对于5μm以下的小颗粒物，已经无法通过常见的差压式过滤方式进行净化、滤除。我厂通过多方调研，在2010年底，引入了一种全新的透平油净化设备――EOC-R150A型静电式净油机。

其工作原理是：利用电泳原理在电极间加载高压静电场，使油中油泥等污染物流经高压静电场时，被静电场作用发生偏转，从而被特制的滤芯吸附，达到清洁油品的目的。从理论上来说，该静电式净油机能够去除透平油中直径在100μm以下的细小颗粒，而且，由于电泳原理的特性，直径越小的颗粒，越容易被净化。从这一点上来说，静电式净油机很好地弥补了常规差压式滤油机的不足。

图9 EOC-R150A型静电式净油机工作原理图

为了试验静电式滤油机的实际工作性能，2011年4月下旬开始，将净油机安装于某台刚刚完成大修的机组集油槽上部，从脏油区向净油区滤油，连续试运行1700多小时后，对集油槽油样进行化验评估。

图10 静电式净油机投运1700小时后滤芯图

表2 试验机组集油槽净化前后取样化验结果

检验项目

检验日期 颗粒数量（个/100ml）（分级μm） 污染度等级

（NAS级）

5~15 15~25 25~50 50~100 >100

2011.3.16

油品样本 178937 17400 2356.7 140 0 10

2011.7.8

油品样本 13237 1503.3 323 46.67 0 6

净化率 92.6% 91.4% 86.3% 66.7%

表2中数据显示，静电式净油机投入使用前，该机组投运不久，各类杂质尚未沉积，集油槽中透平油的清洁度等级为NAS10级，其所含小颗粒污染物较多，而且各个级别污染物数目的大小与其颗粒度大小成反比，其中5～15μm的污染物数目最多，达到十七万多。 经过静电式净油机70天的净化过滤后，清洁度等级明显提高，达到6级（这也是目前葛洲坝电站透平油系统清洁度所取得的最高等级），而且该净油机对小颗粒污染物的滤除率呈递增趋势，对5~15μm的污染物滤除效果最为明显，达到92.6%。

试验表明，与其他常规滤油装置相比，静电式净油机因为采取静电吸附原理滤油，具备以下优点：

1、对直径5μm及以下级别的微小颗粒滤除性能优异；

2、对金属粉末、胶性油泥等各类污染物具有全面的净化能力；

3、静电吸附式滤芯容污量大，断电后清洗方便，可重复使用；

4、滤油压差小，功率消耗低，运行稳定，使用维护方便。

但也正因为净油原理的不同，静电式净油机具有突出的缺点：

1、对透平油中水分含量要求严格，必须低于500ppm，否则电场电极间电阻减小，电流增大，电压降低，吸附能力大大降低，超限时会报警停机。

2、在滤芯大小一定的情况下，透平油沿滤芯电极板流动速度越低，其中污染物颗粒电泳运动的越充分，净化效果越好，因而静电式净油机设计流量较低。

截止目前，EOC-R150A型静电式净油机已陆续在葛洲坝电站多台机组试运行，对机组透平油的净化效果明显。从调速系统实际运行情况来看，机组调速系统工况优良，导轮叶引导阀、过速电磁阀、分段关闭切换阀等小间隙配合部件无卡塞现象；从调速系统透平油的常规化验结果来看，透平油洁净度提升，污染度等级最高达NAS-6级，创电站透平油洁净度新高。由此可见，推进静电式净油机在葛洲坝电站的全面应用，与现有净油设备同时工作，能够在很大程度上改善机组透平油质。

结束语

在现阶段，无法通过单一手段满足透平油的净化需求时，深入研究透平油劣化原因及形态，积极探索透平油净化手段，采用多种形式、原理、功能的净油装置协同工作的模式，来达到高效、全面、精细的净油效果，是透平净化的必由之路。

实际上，除了不断探索透平油净化手段、提升透平油质外，我们还开拓思路，从其他角度考虑解决油质劣化、危害机组安全运行的方式方法：

5.1针对机组各部位透平油的功用和特点，将机组调速系统透平油和三部轴承油分离，采用各自独立的油库以及加排油管路系统，防止两个部位的透平油交叉污染。

5.2 对于导轮叶引导阀、过速电磁阀等严重影响机组安全运行的设备，在其供油管路上特别加装可倒换的双通道式精细过滤装置，保证特别重要设备的用油洁净度。

参考文献：

1、《电厂运行中汽轮机油质量》GB 7596-2008

2、《水电厂自动化》2007年3期 罗昌文 羊绍军水轮机调速器油质污染及控制分析

3、《机电信息》2011年15期朱科 水电站透平油污染的分析与治理