王穎楠,劉克成,張立軍,石榮雪,韓鶴松

(國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,河北 石家莊 050021)

近年來(lái),隨著發(fā)電需求不斷增大,輸變電線路高壓化、大容量化,電廠、電網(wǎng)中充油設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行越來(lái)越重要,這就對(duì)絕緣油、潤(rùn)滑油等電力用油質(zhì)量提出了更高的要求。在煉制、灌裝、運(yùn)輸和施工過(guò)程及在電力設(shè)備制造和后期運(yùn)行過(guò)程中,電力用油都可能產(chǎn)生顆粒物質(zhì)。為評(píng)價(jià)油品中顆粒物質(zhì)的大小、尺寸和數(shù)量,在電力檢測(cè)中引入顆粒度的概念。顆粒度是指石油產(chǎn)品中顆粒性的客觀量度,其反映了油液中不同尺寸的顆粒物在油中的分布情況。目前,顆粒度已成為電網(wǎng)、電廠油質(zhì)檢測(cè)的常規(guī)項(xiàng)目之一。

因此,加強(qiáng)對(duì)電力用油中顆粒度的監(jiān)測(cè)及防控,對(duì)保證大型電力設(shè)備的正常運(yùn)行有著重要意義。本文分析了絕緣油、潤(rùn)滑油、抗燃油三類電力用油中顆粒的來(lái)源及評(píng)級(jí)方法、危害、超標(biāo)原因和處理方法,為判別電力用油油質(zhì)優(yōu)劣和設(shè)備狀態(tài)檢修提供更加詳細(xì)、準(zhǔn)確的信息。

1 油中顆粒度來(lái)源及評(píng)級(jí)方法

1.1 電力用油顆粒物質(zhì)來(lái)源

電力用油中的顆粒主要來(lái)自于設(shè)備安裝檢修過(guò)程中攜帶、油液變質(zhì)生成、機(jī)械磨損以及周?chē)h(huán)境等[1],這些顆粒的存在會(huì)影響到電力用油的品質(zhì),進(jìn)一步威脅到機(jī)器的正常運(yùn)作。

1.2 油中顆粒度評(píng)級(jí)方法

顆粒度等級(jí)是根據(jù)美國(guó)航空航天工業(yè)聯(lián)合會(huì)(NAS1638)標(biāo)準(zhǔn)劃定的:標(biāo)準(zhǔn)按照粒徑的大小將顆粒劃分為5個(gè)區(qū)間(5～15μm,15～25μm,25～50μm,50～100μm,＞100μm),并且根據(jù)每100 mL油品中含有的5個(gè)粒徑范圍的顆粒個(gè)數(shù),將顆粒度定義為14個(gè)等級(jí)[2]。我國(guó)電力行業(yè)針對(duì)這一指標(biāo)做出具體規(guī)定,現(xiàn)行電力用油中顆粒度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 電力用油顆粒度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

目前,油液顆粒度檢測(cè)主要有自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法、濾膜淤積法、X光分析法(其中包括了波譜、能譜和掃描電子顯微鏡法)、光譜分析法和鐵譜分析法等[3]。其中,電力行業(yè)實(shí)驗(yàn)室顆粒度檢測(cè)方法主要是依據(jù)DL/T 432-2018《電力用油中顆粒度測(cè)定方法》中規(guī)定的自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法。

自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法的測(cè)定依據(jù)為遮光原理,常用于樣品中無(wú)可見(jiàn)顆粒的測(cè)試:當(dāng)油樣通過(guò)電子傳感器時(shí),油中顆粒會(huì)遮擋光線,不同顆粒尺寸產(chǎn)生的遮光效果不同,傳感器將所產(chǎn)生的遮光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào),再劃分到按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置好的顆粒度尺寸范圍內(nèi)并計(jì)數(shù)[4]。

2 油系統(tǒng)內(nèi)顆粒度超標(biāo)對(duì)電力設(shè)備的危害

2.1 潤(rùn)滑油顆粒度超標(biāo)的危害

(1)固體顆粒物的存在會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組管道內(nèi)部循環(huán)不順暢,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其是當(dāng)油中含有金屬顆粒時(shí),會(huì)加速潤(rùn)滑油的老化。

(2)固體顆粒存在會(huì)加劇油液和設(shè)備的摩擦,導(dǎo)致軸頸軸瓦磨損或孔洞卡澀,進(jìn)而引發(fā)汽輪機(jī)機(jī)組故障。

(3)油系統(tǒng)中含有的灰、塵、纖維等會(huì)改變潤(rùn)滑油的粘度等性能,從而無(wú)法形成液體摩擦,不能在汽輪機(jī)機(jī)組中起到潤(rùn)滑的作用。

2.2 絕緣油顆粒度超標(biāo)的危害

(1)絕緣油中的金屬顆粒形成了非均勻的高強(qiáng)度電場(chǎng),破壞了絕緣油的絕緣性能,影響絕緣油的介電強(qiáng)度。

(2)金屬碎屑聚集在變壓器高壓套管下端區(qū)域,會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)發(fā)生畸變,形成小橋效應(yīng)。內(nèi)部放電積聚壓力導(dǎo)致油箱焊縫開(kāi)裂和變壓器高壓套管崩出,容易引起燃燒爆炸。

(3)分接開(kāi)關(guān)油室內(nèi)的碳顆粒會(huì)加速油質(zhì)劣化,并有沉積現(xiàn)象,顯著降低分接開(kāi)關(guān)室內(nèi)油的擊穿電壓。

2.3 抗燃油顆粒度超標(biāo)的危害

抗燃油具有熱安定性、毒性高和水解安定性差的特點(diǎn),常用于電廠的旁路再生系統(tǒng)。在運(yùn)行過(guò)程中常受到顆粒和其他材料的影響,極易造成油質(zhì)劣化,腐蝕汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的活動(dòng)部件,導(dǎo)致機(jī)組伺服閥、開(kāi)關(guān)電磁閥、主蒸汽門(mén)調(diào)門(mén)等卡澀,引起跳機(jī)等安全事故[5]。

油系統(tǒng)內(nèi)固體顆粒物的存在往往會(huì)對(duì)電力設(shè)備造成不可忽視的影響,對(duì)于運(yùn)行中電力設(shè)備顆粒度出現(xiàn)輕微不合格情況不能聽(tīng)之任之,長(zhǎng)期的油質(zhì)不合格會(huì)使油系統(tǒng)的污染從量變到質(zhì)變轉(zhuǎn)變,最終導(dǎo)致設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

3 油系統(tǒng)內(nèi)顆粒度超標(biāo)原因分析

通過(guò)對(duì)河北省南部電網(wǎng)各變電站及各電廠中電力用油顆粒度的檢測(cè)分析,顆粒產(chǎn)生的原因可歸納為以下3個(gè)方面。

3.1 潤(rùn)滑油顆粒度超標(biāo)

(1)在設(shè)備檢修過(guò)程中,檢修人員未及時(shí)清理毛發(fā)、鐵屑、焊渣、灰塵等污染物,停留在系統(tǒng)中的污染物就有可能不斷的污染油品質(zhì)量。

(2)由于油箱密封性過(guò)差,油箱處于微負(fù)壓狀態(tài),處于油箱周?chē)奈廴疚锿ㄟ^(guò)縫隙進(jìn)入到油系統(tǒng)中,進(jìn)而污染油品質(zhì)量。

(3)軸承與軸頸之間存在摩擦,產(chǎn)生金屬碎屑,污染潤(rùn)滑油。

3.2 絕緣油顆粒度超標(biāo)

(1)新開(kāi)發(fā)的絕緣油顆粒度含量較高,經(jīng)嚴(yán)格的工藝處理后,還存在一定量的細(xì)小顆粒。

(2)絕緣油在煉制、裝配及傳輸?shù)冗^(guò)程中混入的一些雜質(zhì),如粉塵、纖維碎末、碳顆粒、金屬碎屑等。

(3)由于油泵磨損、機(jī)械振動(dòng)、局部放電等變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的不純物質(zhì)。

3.3 抗燃油顆粒度超標(biāo)

(1)抗燃油系統(tǒng)中部分設(shè)備處于高溫環(huán)境中,局部過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致油質(zhì)劣化,形成的黑色碳化物游離在整個(gè)抗燃油系統(tǒng)中,引起顆粒度超標(biāo)。

(2)人員檢修、補(bǔ)油等操作不規(guī)范,導(dǎo)致沙礫、塵埃等外部污染物進(jìn)入到抗燃油系統(tǒng)中。

(3)在運(yùn)行過(guò)程中,油泵、油缸等設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部分出現(xiàn)磨損情況或金屬制品被腐蝕,產(chǎn)生大量的金屬屑和金屬氧化物。

(4)抗燃油再生系統(tǒng)的纖維素濾芯失效后未及時(shí)更換,導(dǎo)致再生系統(tǒng)中的顆粒度雜質(zhì)無(wú)法去除;硅藻土濾芯存在質(zhì)量問(wèn)題,組分和有效成分不穩(wěn)定,含有Al、Ca、Si等游離金屬離子,易形成小顆粒污染抗燃油。

4 降低顆粒度和提高油品質(zhì)的有效措施

通過(guò)深入分析電力用油中雜質(zhì)顆粒的來(lái)源、性質(zhì)及危害,并結(jié)合生產(chǎn)工作經(jīng)驗(yàn),本文針對(duì)絕緣油、潤(rùn)滑油、抗燃油3種常見(jiàn)電力用油制定有效的控制和處理措施,并對(duì)油質(zhì)管理方面提出建議。

4.1 提升設(shè)備運(yùn)行與檢修能力,采取針對(duì)性處理辦法

4.1.1 汽輪機(jī)油

(1)采取加裝隔熱板等方式隔離熱源,消除局部過(guò)熱點(diǎn),確保冷卻裝置運(yùn)行的可靠性,避免油質(zhì)高溫乳化。

(2)及時(shí)更換抗燃油再生系統(tǒng)中的濾芯,保證油品性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

(3)在儀器檢修過(guò)程中,嚴(yán)格控制各類污染物進(jìn)入到油系統(tǒng),并在檢修結(jié)束前徹底清除,以免混合到油液中。

(4)及時(shí)解決汽輪機(jī)軸封輕微漏氣,在檢修過(guò)程中精細(xì)調(diào)整高壓端軸封進(jìn)汽分門(mén)間隙,保證間隙不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,減少漏汽漏油的可能性。

(5)加強(qiáng)對(duì)軸承金屬溫度的運(yùn)行監(jiān)視,防止油質(zhì)惡化影響機(jī)組運(yùn)行。

4.1.2 絕緣油

(1)變壓器套管下端和旁鐵軛及箱體之間缺少絕緣屏障,存在放電風(fēng)險(xiǎn),建議在變壓器的均壓球表面覆蓋絕緣紙,確保變壓器擁有足夠的絕緣性能。

(2)提高油液過(guò)濾措施,實(shí)施油系統(tǒng)切實(shí)可行的循環(huán)沖洗和過(guò)濾辦法,保證油系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢圆扇≡谟蛢艋魃霞友b濾網(wǎng)或者外置濾油機(jī)等方式對(duì)油液進(jìn)行過(guò)濾,確保運(yùn)行油中顆粒度含量在合理范圍內(nèi)。

(3)改善變電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生情況,可適當(dāng)減少進(jìn)人門(mén)數(shù)量,消除粉塵混入工作現(xiàn)場(chǎng),并配有專門(mén)工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行灑水清掃。

(4)重視變壓器安裝前其本體殘油排除、抽真空注油前內(nèi)部沖洗等工作,有效避免機(jī)械雜質(zhì)以及各種微小顆粒散落在變壓器油系統(tǒng)內(nèi)。

4.1.3 抗燃油

(1)定期清理抗燃油油箱和電加熱器,使用綢布去除油箱表面的顆粒物,消除油系統(tǒng)中的死角,排出黑色雜質(zhì)。

(2)加強(qiáng)抗燃油系統(tǒng)濾油力度,保持濾油機(jī)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,保證濾油效果。對(duì)抗燃油濾油系統(tǒng)進(jìn)行改造,可適當(dāng)增加濾油回路。

(3)對(duì)抗燃油系統(tǒng)進(jìn)行沖洗,先后進(jìn)行管路沖洗和油動(dòng)機(jī)內(nèi)部沖洗,沖洗后再進(jìn)行活動(dòng)試驗(yàn)、快關(guān)試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)等合格后再返回電廠,確保油動(dòng)機(jī)的清潔度和功能正常。

(4)抗燃油系統(tǒng)要使用符合廠家要求的氟橡膠密封件,禁止使用其他材質(zhì)的密封件。

(5)抗燃油系統(tǒng)上閥門(mén)的材質(zhì)應(yīng)選用氟橡膠或者聚四氟乙烯等密封材料,嚴(yán)禁使用石墨密封材料,防止因石墨產(chǎn)生粉狀顆粒,污染抗燃油。

4.2 提高油質(zhì)管理水平,加強(qiáng)檢測(cè)準(zhǔn)確性

油系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開(kāi)良好的油質(zhì)管理。提高油質(zhì)管理水平,一方面要求生產(chǎn)廠家要不斷提升制油工藝,在油系統(tǒng)設(shè)備安裝過(guò)程中,嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范和按設(shè)計(jì)圖紙要求,在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)允許的情況下,可設(shè)置油質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備,及時(shí)觀測(cè)油系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo),快速控制油液的品質(zhì)狀態(tài)。

另一方面要求油質(zhì)檢測(cè)人員提高自身責(zé)任意識(shí),管理人員要提升監(jiān)督管理水平,確保油質(zhì)質(zhì)量過(guò)關(guān),相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員規(guī)范實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的操作規(guī)程,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠,嚴(yán)禁將不合格油品加入到油系統(tǒng)中。

5 結(jié)論與展望

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)電力設(shè)備穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高,而顆粒物質(zhì)的存在會(huì)影響其可靠性,大大縮短其使用壽命并且存在安全隱患。在顆粒度檢測(cè)方面,油液顆粒度檢測(cè)的全自動(dòng)控制系統(tǒng)成為主流方向,設(shè)計(jì)最優(yōu)系統(tǒng)控制模塊、降低與人工實(shí)驗(yàn)最大偏差等問(wèn)題亟待解決。在顆粒度控制方面,急需完善油液分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈敏性,顆粒度與設(shè)備故障之間的聯(lián)系有待進(jìn)一步研究。

本文深入調(diào)查電網(wǎng)、電廠電力設(shè)備中電力用油顆粒的產(chǎn)生原因,全方位考慮并提出控制顆粒度的有效措施,為維持電力設(shè)備正常運(yùn)行有著極為重要的意義。