摘要：综述我国汽轮机油系统发展状况及存在的问题，用故障树分析方法求出汽轮机润滑油系统的失效模式，并对润滑油系统中存在的故障正反馈回路及其对油系统故障的影响进行分析。
关键词：汽轮机油系统；发展综述；故障树分析
汽轮机油系统担任着润滑、冷却、控制和密封的作用，其正常工作是保证汽轮机组正常运转的必要条件。油系统不正常时既可引起轴颈、轴承非正常磨损、“烧瓦”、“抱瓦”等电厂常见的事故，又可引起汽轮机调速系统失控，导致汽轮机超速，甚至造成整个透平转子报废的严重恶性事故。轴承故障和调节系统故障都是导致机组停机时间最长的故障。随着机组单机容量增大，为适应对汽轮机效率、控制精度及可靠性要求的提高，汽轮机的油系统也不断发展，但同时也带来许多新问题。本文对汽轮机油系统发展进行了简单介绍和评价，指出存在的问题，并对当前故障较多的润滑油系统进行故障树分析，提出提高润滑油系统可靠性的措施和研究方向。
一、概述
某电厂#3机组为哈尔滨汽轮机厂制造73型300MW机组，2011年12月29日#3机组滑停惰走期间，主机润滑油系统直流油泵在润滑油母管压力下降至104kPa时联动，当润滑油压回升至127kPa时，运行人员手动停直流油泵，润滑油压随即下降，重新启直流油泵不成功，油压跌至29kPa时交流油泵电流由23A上升至46.7A，同时油压上升至147kPa恢复正常。
二、润滑油系统工作原理
该机组润滑油系统简图如下：
从系统简图可以看出，该类型机组润滑油系统是单注油器设计，在主机升、降速阶段必然会出现润滑油压波动现象，典型工况是：当主油泵转速上升到2000rpm左右系统油压降至最低，此时注油器参与供油，系统油压开始回升；当主机打闸降速至2000rpm左右系统油压降至最低，润滑油系统由注油器切换到交流油泵供油，系统油压开始回升。这是该型式油系统注油器和交流油泵供油的切换过程，是最不稳定的工况，见图2和图3。
图2：升速阶段转速（红）、润滑油压（黄） 图3：主机降速阶段转速（红）、润滑油压（黄）变化典型曲线变化典型曲线
2.1润滑油系统存在问题
随着机组容量的增加，机组轴径尺寸加粗，轴径表面线速度增大，同时转子重量大、油膜薄、机组油膜厚度约为0.2mm，而大机组的油膜通过实测只有0.05mm），不仅使当润滑油压偏低时轴径易与轴瓦间发生摩擦，而且轴径更易受油中微小颗粒的损伤，使近年来大机组轴径拉毛磨损的事故频繁发生。此外，对润滑油系统，特别是润滑油与调速油共用同一供油系统的机组，由于设计上存在缺陷或操作中失误，同时缺乏必要的监测手段，在非正常工况下或启停机过程中润滑油系统断油烧瓦的事故仍时有发生。
2.2原因分析及改进措施
（1）主油泵或交、直流油泵出力不足。可以对交、直流油泵本身的特性加以改进，包括叶轮直径增大、提高转速、更换特性更好的泵等，必要时，也可以对主油泵进行改进或更换；（2）射油器结构参数不合理。入口逆止门控制盘上浮受阻、不稳定，未起到严密封闭作用而引起泄漏，或射油器出口逆止门开度不够，直接限制了射油器出口的流量，也引起向系统的供油不足。采取的对策是全面检查射油器各部分结构的尺寸，特别是入口逆止门档板及其导柱，保证控制盘上浮前能起密封作用，上浮时平稳、无卡涩；射油器入口逆止门档板各滑动部位，安装前进行认真打磨，提高其光洁度，保证其动作的灵活及严密性；必要时进行结构参数的调整，包括扩大喷嘴和喉管直径、调整喷嘴与喉管之间的距离，使系统达到新的平衡；（3）各轴承或调节系统，尤其是发电机轴承的用油量偏大，可以进行限流；（4）套装油系统由于油箱容积的限制，且为便于布置油泵，各泵和射油器吸入口较集中，互有干扰，尤其是射油器工作时，易在备用油泵吸入区形成气泡，油泵又都垂直布置在油箱上面。这样，油泵在备用期间易在泵体空间的最高处形成气泡集聚，当油泵被联动或启动运行时，形成气塞使其出力下降。一些电厂采取的解决办法是在泵壳和泵轮或只在泵壳外上缘钻一个孔径为 4 的放气孔；在油泵吸入口加装挡油气泡罩子，但受原设计条件限制。
三、润滑油压跌落原因及其分析
1.润滑油系统油压低保护整定值：油压小于80kPa联动交流油泵，油压小于70kPa联动直流油泵。直流油泵在润滑油母管压力104kPa时联动是因为联泵信号取自主机#4瓦进油管（进油节流孔后），为开关量信号，CRT显示的润滑油母管压力取自主机前箱压力，为模拟量信号，模拟量信号要滞后于开关量信号，根据从DCS查询情况，当直流润滑油泵联动时，前箱及#4瓦处的低油压信号均已发出，说明直流润滑油泵联动是正常的。
2.主机润滑油母管压力降至104kPa，直流油泵联动后，润滑油母管压力回升（变化过程：104kPa-139kPa-123kPa-127kPa），但交流油泵电流未出现明显上升，油压尚未稳定，运行人员操作经验不足，过早手操停运了直流油泵，导致主机润滑油母管压力迅速跌落至29kPa，是事件的直接原因。
3.运行人员手操停运直流油泵后，润滑油母管压力迅速跌至直流油泵联动值，造成主机润滑油压低低接点一直导通，电气防跳跃回路启动闭锁了直流油泵的合闸回路，造成直流油泵无法合闸启动。暴露出润滑油直流油泵控制回路设置不完善，该控制回路缺少强合功能，在紧急工况下，由于电机防跳回路在合闸命令解除前不能自复位，直流油泵无法紧急启动，是事件的扩大原因。
4.前文介绍该类型机组润滑油系统在主机升、降速阶段必然会出现润滑油压波动现象。翻查我厂2010年以来四台机组启停63次，出现主机润滑油母管压力低联动直流油泵情况共10次。分析原因如下：
4.1主机启、停阶段一定转速下，润滑油注油器和交流油泵切换供油时工况不稳定。当主机转速上升主油泵吸油量增加，主油泵出口润滑油从注油器回流到主油箱的油量增加，引起系统油压下降。主机转速较低时注油器未能正常供油，吸油控制板也处于不稳定状态，可能引起主油泵出口润滑油回流主油箱的油量增大，致使系统油压下降幅度较大。
4.2通过多次在线启动交、直流润滑油泵试验，发现交、直流油泵电流和系统润滑油压力变化不确定。翻查近两年#3机停机前启动交流油泵时的电流与润滑油压变化曲线，出现4次交流油泵电流只有20～23A，润滑油压力基本维持不变，而经过2～5分钟后电流上升至29～30A，润滑油压力也立即升高10～20kPa。因此不排除交流油泵、直流油泵的出口逆止门机械灵活性不好，或注油器出口压力与交流油泵出口压力匹配性欠佳，增加了注油器与交流油泵切换供油时的不稳定因素。
4.3根据哈汽300MW机组润滑油系统说明书及运行实际操作经验，主机润滑油压下降与油温偏低有一定关系，启停机过程应适当调整润滑油温。
四、防范措施：
1.对四台机组主机直流油泵控制回路中对主机直流油泵控制回路进行防跳闭锁优化，并增加强合功能。
2.机组运行中必须保证主机交、直流油泵能随时投运，定期做启动交、直流油泵试验，特别是停机前应试验确认。
3.增加运行人员培训工作，编写主机主油泵和交、直流油泵切换时，如何确认油泵切换状况正常的操作指引，规范主机启停阶段的主要操作。
4.机组启动期间保证润滑油温控制在43℃～49℃之间，另外主油箱油位偏低容易造成油泵汽蚀或进空气，定期检查主油箱油位，及时补油。
5.机组检修时解体检查主机润滑油注油器吸油控制板、注油器出口逆止门、交流油泵出口逆止门、直流油泵出口逆止门状态，使其动作灵活、无卡涩或其它故障。
五、结论
汽轮机润滑油系统是保证机组设备正常运行的重要环节，开停机过程中润滑油压大幅度下降，轻则造成直流油泵联动，重则有可能造成油压突降太低烧瓦的危险。通过从设备和运行人员经验方面分析造成润滑油压跌落的原因，制定相应措施，从而保证了设备的正常运行。
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[3]张志强，于达仁，徐基豫.汽轮机油系统故障监测与诊断综述[J].中国电力，2001.342>：10-15.
论文作者:江锡锦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
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