淺談桐柏水輪發電機組軸承油循環系統的改造

淺談桐柏水輪發電機組軸承油循環系統的改造

奚旭東

(桐柏電力工程管理局，浙江 天臺317200)

【摘要】桐柏電站報廢重建時，將機組軸承油潤滑循環系統從原機組的內循環改為外循環，本文分析比較了內外循環的優缺點，得出新的循環方式——雙循環方式，并提出了在外循環系統上的改造意見。

【關鍵詞】軸承油潤滑；內外循環比較；雙循環系統；外循環上的技改

中圖分類號：TV734.1

On reform of Tongbai hydroelectric generating set bearing

oil circulation system

XI Xudong

(TongbaiPowerEngineeringAdministration,Tiantai317200,China)

Abstract:When the Tongbai Hydropower Station was scrapped and rebuilt, unit bearing oil lubrication and circulation system was changed from the inner circulation of original unit to outer circulation. In the paper, advantages and disadvantages of inner and outer circulations are analyzed and compared to obtaining a new circulation form, namely dual-circulation form. Reform suggestions on outer circulation system are proposed.

Key words: bearing oil lubrication; inner and outer circulation comparison; dual-circulation system; outer circulation technology reform

浙江省天臺縣桐柏電站于2004年10月進行機組報廢重建時，對機組做了重大改造。

桐柏電站新、老機組均為混流臥式機組；工作水頭300m，轉速1500r/min，均采用二支點支撐。新、老機組軸承在結構上有些差異，主要為老機組推力軸承在前軸，新機組推力軸承在后軸，差別不是很大，但油潤滑循環系統卻有很大差別。

1軸承油循環的工作原理

機組的大軸是依靠軸承來對其作徑向和軸向移動的限制作用。它們一動一靜，其間將產生極大的摩擦力，進而產生大量的熱量，使軸承溫度激劇上升，直至燒毀軸承。為減少兩者之間的摩擦力，在它們之間加入潤滑劑，由潤滑劑將軸和軸瓦分開，使軸和軸瓦都與潤滑劑相摩擦。潤滑劑為什么用油而不用水呢？主要有兩個原因：

a.油具有質量輕、摩擦系數小的特點。

b.油的黏滯系數要比水大得多。

實驗證明：在壓力作用下，水很快就斷開了，而油卻不會。用油作為潤滑劑正是利用油的這種特性。在軸瓦和軸間加入油后，大軸轉動帶動油運動，由于油的粘滯性而形成油膜，只要在進油口不斷地進油，就能保持油膜的穩定性。這樣油既起了潤滑的作用，又由于油不斷地從出油口流出而帶走了熱量。

2內、外循環優缺點比較

桐柏電站老機組采用的是內循環形式，即在推力鏡塊的徑向上安裝了刮油板。通過大軸的轉動，自動將下層冷油帶到上層。到達上部的油一部分進入注油孔產生油膜，其余部分從瓦背流落，帶走一部分熱量。從瓦隙和瓦背出來的熱油經水冷器冷卻下沉到軸承墩下層，這樣就形成了一整個循環。

新機組油循環采用外循環。在廠房項30m高處設一高位油箱，由管道自流，流經冷卻器后到達軸承頂蓋，進入軸承，再從軸承底部流出，流入到回油箱。通過油泵將回油箱中的油打到高位油箱，這樣完成了一個循環。

兩種循環各有優缺點，比較如下：

a.投資費用上。內循環具有重大優勢，內循環制造工藝簡單，只需幾塊鐵片即可。而外循環需要龐大的管路和笨重的油箱，以及各種配套設備。且內循環很省油，只需一桶油，而外循環需要40～50桶油。

b.運行費用上。內循環不需要外力，只要機組轉動就能自動循環，幾乎不需費用。外循環則需多臺11kW的電動機不斷運行才能實現循環，費用可想而知。

c.運行和檢修簡潔和方便上。運行時內循環對油的監視只有油位一個，而外循環不僅要監視回油箱、高位油箱，還要監視油管、各種閥門和示流信號器，增加運行工作量，檢修也極不方便。

d.外循環有個致命弱點，就是不能斷油流。一旦斷油，即使馬上停機也不能阻止燒壞軸瓦的悲劇。那是因為斷流后軸承間隙沒有油能持續油膜的連續性，使軸承由于干摩擦而直接燒毀軸瓦。而內循環則不管怎樣都不會斷流，就像人類有自身免疫力一樣，內循環有而外循環沒有。

e.散熱性能上。外循環由冷油直接進入軸承，且不在軸承內滯留，軸承間隙進油量大，能帶走大量的熱量，且油自身散熱條件好。內循環在軸瓦的上瓦背基本帶不走熱量，上層油溫基本和瓦溫接近。且軸承內的油量本身就不夠多，自身散熱條件也差。經過長時間的運行，往往使瓦溫穩定在較高的位置。這是在老機組最后幾年的運行中得出的經驗。

3油循環系統的優化方案

從以上比較來看，內循環遠遠勝于外循環。但不足的是內循環使軸承溫度過高。在機組運行當中，經常因為軸承溫度過高而停運檢修。且檢修并非每次都順利，因為刮瓦等多種工序都會花費大量時間。若將這些時間都用在發電上，將帶來更大的效益。從提高效益上來說，采用外循環要比內循環更經濟，而且大大減少了檢修人員的的精力和物力。因此，到底孰好孰壞不能輕易的判斷，往往難以取舍。

那么是否有更好的辦法呢？答案是有。這就是一雙循環系統：在內循環的基礎上，在軸承瓦背上開個孔，再通上冷卻水。這樣，在軸承瓦的摩擦表面就有油膜產生，而不通過冷卻水對瓦的熱量進行散發。這種方法在理論上來講倒是很好，但在實際應用中，首先，制作工藝較難且復雜，其次，難以保證接頭不漏水，如果漏水，水混到油中進入到軸承間隙將破壞油膜，軸瓦將被燒壞。因此該方法的實用可靠性不強。

在內循環的基礎上加一個小油泵，讓其在軸承底部抽油，打壓到軸承項蓋后流到軸瓦上部。由于流體都有對流現象，熱的上升，冷的下降。這樣，在軸承底部的油相對來說較冷。在原來的老機組中確實存在這種現象，軸承放油口的油溫基本接近常溫，而軸承上蓋的溫度卻燙手。筆者認為這個方案切實可靠。它有如下優勢：

a.雖較內循環投資要大，但相差不多，且有較好的散熱功效。相對與外循環而言大大節約了投資。

b.用油省，因為其管路較小，容量有限。

c.運行與檢修方便?？梢栽谕ㄍ斏w的油管中采用軟管，檢修時，只要取出軟管就可以了。

d.即使在油泵停運的情況下，也能通過內循環保持軸承間隙內有足夠的油產生油膜。而不至于燒毀軸瓦，最多不過上升點溫度而已。

綜上所述，這個方案介于內循環和外循環之間，但更接近于內循環。它既解決了內循環散熱能力差的問題，又消除了外循環的致命弱點。因此這個方案值得推廣和應用。

4在外循環系統上的改造

桐柏電站已經改造成外循環系統，在經濟投資上已成定局，那么如何改良外循環系統致命的弱點呢? 桐柏電站新機組斷油的可能性很小，它采用三段保護確保不斷油。在回油箱里有三只油泵；1號、2號油泵互為備用，3號泵為直流泵，是事故備用泵。三段保護：第一段1號、2號互為備用；第二段事故備用泵投運；第三段靠高位油箱里的儲油自流來達到最終的保護。從保護的條件來說，應該相當完備，斷流幾乎是不可能發生的。但我們要考慮事情的不確定性，即使在這樣的保護下亦有可能斷流。

如果軸承斷油，是因為軸承不儲油。是否有一個既不能儲油又不能斷油的好辦法呢？有一個設想，將軸承進油口和出油口互換。即進油口在軸承底部，而出油口放在軸承頂蓋。再將進油口處加裝單向閥。其工作基理如下：

從軸承底部流入的壓力油不擠滿軸承是流不出來的，只有擠滿了軸承才能在上口流出，這樣就在軸承內部儲滿了油。并且頂蓋上排走的是上層高溫油，這樣油的散熱效率會更好。而且可將高位油箱放低點，將油流速放慢點。即使管路斷油后，因為單向閥防止油從進油口流走，出油口因無壓斷流。所以軸承內充滿了油，能使各摩擦部位都有油膜。即使溫度上升也不會馬上有燒毀軸瓦的危險。

5結語

以上是筆者對油循環系統的一些見解。本文在小型機組上更傾向選取在基礎于內循環系統上改造的雙循環系統。在實際運行中，以前的老機組也有溫度很高的時候。而由多年的運行經驗得知，溫度高不一定會燒軸瓦。桐柏站老機組在運行時曾達到76℃而不燒軸瓦。筆者認為：燒軸瓦只有在事故狀態下出現，高溫和燒軸瓦沒有必然的因果關系，只有急劇的溫升才會燒軸瓦。且內循環系統只要機組的質量過關，安裝水平高，也能使軸承達到較好的溫度。

參考文獻

徐招才，孫力.水輪發電機組輔助設備及自動化[M].北京：中國計劃出版社，1999.

水電企業率先受益新電改

今年以來，新一輪電力體制改革啟動，開啟了萬億電力市場改革大幕。在國家發改委分別就新能源發電、需求側管理、輸配電價改革試點和跨省跨區電力交易出具指導方案的大背景下，新電改、國企改革和新能源發電成為電力股投資的三大主線。

水電企業率先受益新電改

2014年11月，國家發改委制定《關于深圳市開展輸配電價改革試點的通知》，拉開了新一輪電力體制改革的序幕。2015年3月，中共中央和國務院聯合下發了《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》(下稱“新電改9號文”)作為本輪電力體制改革的綱領性文件，標志電改正式開始。目前新電改五大關鍵配套文件相繼浮出水面，包括電力市場建設、交易體制改革、發用電計劃改革、輸配電價改革和售電側體制改革等五個電力體制改革關鍵性配套文件已形成征求意見稿，提出在今明兩年先在全國范圍選擇2至3個省份進行綜合試點，放開工商業大用戶參與售電側市場，根據負面清單開放社會資本組建售電商。

“新電改的速度還是超出預期的。下一步主要看輸配電價改革試點區域的改革進展?！蹦涿治鰩熣J為，輸配電價改革是全面推進電改(售電放開、競爭環節電價放開等)的先行條件。從電改重點看，首先，放開大用戶直供電，利于發電企業，利于高負核區域的電力企業;其次，推動售電側改革。在目前輸配電價改革試點范圍上，6月5日，發改委又將貴州省列入輸配電價改革試點范圍?！八?，在相應的區域龍頭電企，如深圳能源、內蒙華電、皖能電力、湖北能源等都值得關注?！狈治鰩熑缡钦f。

對于售電市場改革帶來的利潤空間，華泰證券測算，目前電網購銷差價在0.2元/千瓦時左右，按2014年5.52萬億千瓦時全社會用電量來測算，總計將有1.1萬億元的購銷差價重新分配，這對行業的影響是顛覆性的。若售電側有10%的收益，則可貢獻超過千億的利潤蛋糕;若有20%的利潤，則可貢獻2200億元左右的利潤?！半娏w制改革是2015年改革的重點攻堅任務。預計政策上會陸續下發售電側改革指導文件和下發售電牌照，電改的高潮即將到來。電力產業鏈利益重構持續進行，受益領域包括水電、小電網及大中型火電、大型地方發電企業等?！毖芯咳耸糠治龅?。

這邊具體改革目標尚未落定，而那邊資金早已積極啟動。近期，各地方紛紛成立售電公司，就連國網也在積極謀劃爭取參與競爭性售電業務?！笆垭娋C合試點地區名單或從內蒙古等已獲批的7個輸配電改革試點地區中誕生，五大發電集團有望獲首批售電牌照?！睒I內人士判斷認為，電力銷售體制的改革將直接利好發電類上市公司，特別是以水電為代表的發電企業將會在發電側競爭中占取先機。原因在于：第一，電價提升空間大。目前，我國水電上網平均電價為0.301元/千瓦時，是我國各能源發電電價水平最低的，較燃煤電廠平均上網電價低0.08元/千瓦時，隨著改革力度的加大，電力市場化推進，水電競價上網優勢明顯，電價水平提升空間巨大。第二，裝機規模持續擴張，調節能力增強。

截至4月底，全國6000千瓦及以上水電裝機容量達到2.66億千瓦，累計增速為8%，水電機組占全國裝機容量的比重為19.9%，預計全年新增水電1400萬千瓦。近兩年，投產了一批大型調節性水電站投產，如溪洛渡、錦屏、糯扎渡等，這些調節性較好的電站可增加蓄水，平衡電量分配，增發枯水期電量，提升行業盈利。因此，在具體投資標的上，券商們紛紛推薦閩東電力、黔源電力、浙能電力等地方電力龍頭公司，認為這些公司在本輪電改中有望獲得最大收益。

國企改革利于電企盈利能力提升

“國企改革”也是本輪電改過程中的關鍵要素，國企改革進程變化會進一步提升電力行業盈利程度。電力板塊上市公司中，除個別為民營企業外，絕大多數都被央企及地方國企控股。雖然以前電力銷售主要是通過國家電網，但隨著未來售電側的放開，各路資本也紛紛涌入，擁有國資背景的發電企業參與售電的概率或將更高。

由于地方發電企業有以下優勢：①擁有深厚的政府背景，在技術和人員上也都具備資格，是率先獲取售電牌照的主體。②從成本來看，由于發電企業可以直接和大用戶協商電價和電量，地方電網公司外購渠道除兩大電網之外可以從發電企業直接購買。外購電主體的多元化能有效提高公司的談判地位，降低外購電成本。③發電企業有進入售電領域的內在動力，收購地方電網公司是最快捷的方式之一，因此此類公司在并購市場上身價倍增。④業務外延擴張，地方發電企業和電網企業都是當地的上市平臺，在國有資產證券化的浪潮中，地方政府可能將供熱供氣供水等相關資產陸續注入到上市公司中，公司的資產規模將快速上升。

因此，在投資機會把握上，分析師建議可從兩點來入手：首先，國有資本投資改革試點改變，讓地方性的發電企業擁有電源資產，結合區域背景有望爭取到更多大中型工商業用戶，更大可能受益于售電側放開，代表公司有國投電力等。其次，資產證券化角度，在本輪國企改革政策驅動下，電力行業資產證券化有望提速，其電力行業基本面的改善為后續資產注入帶來可能。

“當前電力行業處于體制改革及國企改革影響的關鍵時期?！眹┚舱J為，國企改革頂層設計方案及其配套措施出臺，特別是關于混合所有制改革、消除同業競爭等方案措施的出臺，將成為電力行業國企改革專題投資的催化劑，央企和地方國企先行先試案例也將引燃電力板塊國企改革行情。

在具體投資標的上，其推薦綜合受益于國企改革和新電改的贛能股份。而對于國企改革先行領域(央企及五省三市地方國企)、大股東有明確資產注入承諾的電力公司按照注入空間，國泰君安認為第一梯隊主要有華能國際、國電電力、大唐發電、豫能控股、皖能電力、長江電力、內蒙華電、東方能源、華銀電力等，其中國電電力大股東國電集團在2014年7月承諾每年財務決算后核查，滿足條件后3年內注入。第二梯隊有甘肅電投、粵電力A、大連熱電、寧波熱電等。其中寧波熱電大股東寧波開發投資集團承諾，2016年底前完成資產注入。

新能源發電迎來歷史最好時機

我國大力發展清潔能源勢在必行，核電、光伏和風能等新能源將會是未來我國電力領域重點發展的電源。而且新能源具備逆經濟周期屬性，且受益于“一帶一路”國家戰略，新能源政策與項目投資規模有望繼續加碼。光伏方面，2015年3月，國家能源局印發的《國家能源局關于下達2015年光伏發電建設實施方案的通知》中確定了2015年全國新增光伏電站建設規模17.80GW的目標，2015年國內將迎來裝機大年。

而風電方面，記者獲悉，國家能源局等部門可能計劃將“十三五”風電最低裝機目標由200GW上調至250GW，“十二五”第五批風電項目核準計劃34GW創歷史新高，結合即將啟動的海上風電，中長期需求增長空間打開。而核電方面，2015年3月，國內核電重啟終于兌現，國內核電2016年開始迎來開工與核準高峰，萬億市場即將打開。

以核電行業為例，其已成為未來我國電力領域重點發展的電源。因核電建設有利于提升國家整體裝備制造水平，因此國家也給予了多項政策支持及稅收優惠，并且加快了核電項目審批等等。具體來看，巴基斯坦項目采用華龍一號堆型進入可開工狀態，羅馬尼亞CANDU堆項目也處建設中，而阿根廷項目更是獲得順利簽單。

在核電投資機會上，中電投合并、中國核電上市則是年內大事件，其進程變化對核電企業估值帶來了很大影響，電力市場中的許多投資熱點變化很多也與之進程息息相關?？紤]到目前核電系央企主要有中核集團、中廣核集團、國家電力投資集團(中電投+國家核電)、中核建，上市企業只有中廣核電力(H股)、中國核電(6月10日A股上市)和原中電投旗下6家A股上市公司，其資產證券化率很低，這為核電央企并購重組、提高核電資產證券化率提供了可能。另外，隨著中國核電在6月10日上市，帶動了電力板塊中相關參股核電公司估值上行，具體受益標的主要有浙能電力、大唐發電、申能股份、華能國際、贛能股份、皖能電力、長江電力、湖北能源、上海電力等。

作者：北極星電力網 2015-06-16

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201506/t20150616_685744.html