广蓄电站300mw机组烧瓦事故分析

广蓄电站300mw机组烧瓦事故分析

1hell公司现场安装广东富源能源站位于广东省从化市吕田市。在一、二期工程中，配备了300mw可萃取式机组，总安装功率为2400w。电站在系统中主要起调峰、填谷作用,其次是参与系统调频、紧急事故备用。它是当今世界上最大的抽水蓄能电站。发电机由德国西门子公司负责成套供货,由柏林电机厂设计、制造。其中推力瓦由英国MICHELL公司供货,西门子公司派现场代表及安装督导负责现场安装、进度、调试及质量保证(实际工作由水电十四局安装公司承担现场安装)。推力轴承由推力瓦块、上弹簧板、下弹簧板组成。推力瓦由上弹簧板支撑,上弹簧板的球形曲面支承在下弹簧板的支承平面上,可以自由偏转。弹簧板可吸收推力瓦块上不均匀载荷,保证瓦块与镜板之间形成楔状油膜。推力轴承与上导均装在上机架上的“推一导组合轴承箱”内,采用油一水冷却器冷却。6#机在起动调试过程中,前后发生过2次烧瓦事故。第一次是在机组首次起动,进行空载工况轴承温升试验过程中;第二次是在机组经事故处理,恢复调试,进行到水泵调相工况试验时。通过对两次烧瓦的原因认真分析总结经验教训,精心安装,仔细检查并处理推力瓦的制造缺陷,时至今日,再未发生过烧瓦事故,并在5#、7#、8#机上进行了同样处理(原5#机试运时虽未发生烧瓦事故,是因为瓦面加工质量比6#机稍好,但瓦温一直居高不下,温度高达78℃,当时找不到原因),均取得良好效果。现加以总结,希望对类似机组避免这类事故有所补益。2推力瓦油膜厚度测量试验在发生第一次事故前,6#机曾做过3次轴承温升试验,都因瓦温太高(75℃、77℃、78℃),试验只得中断停机。检查冷却水系统正常,故未采取其他任何措施,再按自动开机进行第4次轴承温升试验。开机后达到额定转速时,交直流高压油泵自动退出,5#、10#推力瓦温度达到75℃,调试人员当即手动投直流油泵,但7#、10#瓦温随之已上升到80℃,调试人员立即手动停机。继而10#瓦温已高达200℃,其余的瓦温也超过112℃。经吊开推力头打开盖板检查,发现轴承油槽内有许多不规则的巴氏合金熔块、棕黑色切屑状金属丝沉淀及大量巴氏合金粉沫。推力瓦与镜板粘结,在镜板中部有一深4～6mm、宽约174mm的环向刮痕,所有瓦上的巴氏合金几乎全部磨掉。瓦中心喷油孔被巴氏合金全部堵塞,12根铜质刮油板全部被磨平,12块上导轴瓦全部卡死,推力头下落6mm。事故发生后,中外专家均到现场进行调查分析。德国柏林电机厂专家回国后对原设计进行复核计算,得出的结论是原设计计算无误,现场也没有发现事故的致命隐患。由于找不到真正的原因,中外专家仅提出几种推测:在温升试验时可能出现导致事故危害的暂态过程;可能推力轴承安装误差过大,难以满足初始起动条件。为了查出真正的原因,尽快恢复调试,采取了6项措施:(1)在每块瓦上装油膜测量传感器,以弥补温度测量的延滞性;(2)清洁推一导组合轴承油箱及冷却系统;(3)重新配瓦,并使瓦差不得大于±0.01mm;(4)在每块瓦边缘上倒5mm的45°角;(5)用7#机的推力头更换6#机推力头;(6)换新油并过滤。事故处理后,再次开机恢复调试。测得空载工况下机组静止投交直流油泵时油膜平均厚度为61μm,在50%额定转速交直流油泵均投入时,进油边油膜平均厚度为105μm,出油边油膜平均厚度为70μm;在100%额定转速时,交直流泵均投入时进出油膜厚度均为61μm,且有4～5块瓦的进油边油膜厚度小于出油边油膜厚度,出现反倾现象。此时瓦温在72℃以上,高达83℃(合同规定机组正常运行时,推力瓦温度不得超过70℃,在冷却水中断15min内不烧瓦),仅机组振动值满足合同规定值。显然此次事故分析推断不存在,处理不成功,所测得的油膜状态表明动压油膜未能建立,无法保证机组的安全正常运行。限于当时认识水平,为改造推力瓦提供尽可能多的依据,又完成了机组动平衡、过速保护、轴承温升、并网及甩负荷试验,在各种工况下测量油膜厚度及瓦温。当进行到水泵调相工况试验,又再次发生和第一次完全类似的烧瓦事故。3烧瓦的机理及加工工艺分析推力瓦的烧损,主要是由于推力瓦与镜板间干摩擦的结果。这是油膜减薄遭到破坏引起的。由于瓦的本身缺陷,使得推力瓦承载面高度发生变化后,瓦面最高的那块瓦受力最大,产生机械变形,运行油膜最小,加之背面运行温度分布不均匀产生热变形。因此中心部位总是凸出的,当受力大的那块瓦所能形成的油膜厚度为中部变形突出点破坏时,烧损就从这点开始。这一点由于得不到润滑,产生干摩擦,热量猛增40～50倍左右,同时得不到油的冷却,瓦温及与之接触的镜板温度迅速上升,整个瓦面运行油膜经加温后粘度下降,油膜厚度降低,运行条件进一步恶化。烧损从这一点开始,由旋转的镜板传递热量,波及到临近的瓦,直至所有的瓦。这就是推力瓦烧损发生发展的机理过程。根据油膜厚度计算公式:式中:hmin——轴承允许最小油膜厚度,cm;式中:hmin——轴承允许最小油膜厚度;Rq——综合粗糙度,μm,可取Rq=Rz1+Rz2(Rz1、Rz2分别为瓦面和镜面的表面粗糙度)。通过以上两公式,得出hmin为88.2μm,而在100%的额定转速时,交直流油泵均投入的情况下,进出边油膜厚度仅为60μm,且有几块瓦出现反倾现象,油膜厚度不能完全覆盖瓦面与镜板面上的粗糙度和不平度,导致瓦面与镜板间出现直接接触,这样烧瓦是不可避免了,因此这次事故完全是由于推力瓦本身缺陷造成的。直接原因是瓦面的加工精度;其次是瓦的关键部位的形状、尺寸设计欠合理。基于这种思路,业主及有关专家建议对到货的瓦进行瓦面质量检测,并现场刮瓦(在这之前西门子现场代表及安装督导不允许现场刮瓦)。经检测发现瓦面形貌极差,呈凸、凹、波形,很不规则。局部不接触面竟达50%左右,根本无法保证每1cm2有4～5个接触点。这么差的瓦面加工质量完全出人意料。另外原设计图上瓦宽为325mm,厚为125mm,厚度比达0.38,这表明瓦偏厚,机组在运行中难以消除机械及热变形;再者,推力瓦仅在中心设一梯形油室,面积约占瓦面的10%,油室偏大有可能削弱动压油膜的刚性,这种情况在暂态过程更明显。瓦的承载和润滑是靠油动压润滑来实现的。当机组运转时,油流由于镜板旋转在推力瓦进油边前产生油压,由于瓦面上的进油角,油压的作用使得镜板与瓦面间产生一定厚度的油膜,瓦面与镜面处于液体摩擦,防止或减轻镜面与瓦面之间的干摩擦。由于推力瓦未设进油角,就难以建立动压油膜,只能靠交直流油泵加压供油。但实际到货的瓦弥补了这一设计缺陷,钢坯瓦比巴氏合金瓦面每边大5mm,然而在第一次事故处理中,却将5mm边削成了45°角,而瓦面又未刮相应进油角,结果在重新开机恢复调试,发现几块瓦有反倾现象,且进出边油膜厚度均在60μm左右,远远小于对最小油膜厚度的要求,只能靠交直流泵供油建立静压油膜。4瓦面油膜氧化和强度调整第二次事故发生后,由于找到事故的真正原因,因此目标明确采取了以下措施:(1)在每块推力瓦的底部中心挖一个直径约288mm,深为30mm的孔,以使推力瓦的厚度减薄,厚宽比由0.38降至0.28,并加一个直径和高度相应的圆环嵌于孔中,使其与原尺寸保持一致,增加机械变形量,改善热变形。(2)对每块推力瓦进行研磨和刮削,使其增加与镜板的接触面积,保证瓦面每1cm2有4～5个接触点,并刮出导油角,即刮低进油边和出油边0.02mm,再将原梯形油室改为Φ55mm的圆形油室。这样既保证了瓦面的不平度和粗糙度,又有利于瓦面油楔角的形成。(3)在下弹簧板的顶部减小其厚度2.5mm,同时在下弹簧板的底部加垫片,以保证和原来的尺寸一致,增加上下弹簧板的接触面积。(4)节流片由原来的6片改为3片,保留其中一片不变,其余2片孔径改为Φ7mm。并把油泵压力由原来的120bar增加到175bar,提高油膜刚度。通过以上改进处理,推力瓦温度过高的问题得到有效解决,没有出现反倾现象,所有瓦的油膜平稳增加。在额定转速时,油膜平均厚度为100μm±10μm,完全满足安全运行条件要求,且每块瓦的应力分布均匀。轴承温升试验时,空载工况下推力瓦最高温度70℃,额定负荷工况推力瓦最高值67.5℃,抽水工况最高值69.5℃。在交直流油泵均投入进行退泵试验,退一组泵,油膜厚度几乎无影响,两组泵均退出时,进油边油膜厚度减小10μm,出油边油膜厚不变。推—导组合轴承的热损耗仅为事故前的65%左右。原拟准备增大推—导组合轴承的冷却器容量的计划也为此取消。这些改进措施应用在5#、7#、8#机上也取得了同样的效果。5推力瓦结构及安装工艺这两次烧瓦事故给人们的教训是:无论监测保护系统多么完善,取瓦温信号、油膜厚度信号还是取其他信号作保护,均不能免除推力瓦本身缺陷而引发的事故。设置的保护仅是一种辅助手段。因此对大容量、高转速、起动频繁、运行工况复杂的蓄能机组的推力瓦加工精度要求更严格,结构必须合理,消除推力瓦设计、制造中的缺陷,这样才能