周 克，李 昂

(国电大渡河检修安装有限公司，四川 乐山 614900)

透平油作为润滑、降温、液压用油，在各类水电站的发电机组调速系统、轴承润滑系统、闸门液压启闭系统中都大量使用，并发挥着目前为止几乎无可替代的重要作用。随着人民群众对环保要求的日益提高，如何提早发现并有效降低透平油泄漏损失和因此而造成的水污染风险，也成为靠近江河水流的水电站日益需要关心的课题。

1 透平油传统泄漏监测方式及不足

传统的透平油泄漏监测一般是通过对透平油系统的主要储油设备的油位进行超低限监测和报警。下面就水电站几类常见透平油系统的监测报警方式和不足进行说明。

1.1 发电机组调速系统

该系统的泄漏监测一般是对回油箱油位进行监测，当油位降低达到低限位报警值时进行报警。调速系统一般除回油箱外还设有压力油罐、漏油箱、接力器等动态储油设备，贯流式机组还设有轮毂高位油箱，具有筒阀或球阀的机组还需考虑相关操作接力器。因为各用油设备或存油设备油量变化幅度值比较大，为避免误报警，回油箱油位的高低限阈值设计一般比较大。表1列出了四川大渡河流域4个电站调速系统回油箱的相关参数和定值，从中可以看出调速系统回油箱变动油量占系统总油量比重最小达到了约18%，具有双调节的转桨式机组普遍高达37%。

表1 部分电站调速系统回油箱变动油量占比表

1.2 发电机组轴承润滑系统

水轮发电机组的轴承润滑系统按照油冷却循环方式分为轴承油槽内循环和冷却油箱外循环。内循环轴承油槽油位变化幅值小，传统监测方式比较适合。但对于具有多个储油设备的外循环轴承润滑系统，一般仅通过监测主储油设备的油位是否越低限进行报警。以国内单机容量最大的灯泡贯流式电站沙坪电站为例，轴承润滑系统的低位油箱高低限差值达到系统总油量的约30%。

1.3 闸门液压启闭系统

随着液压设备制造水平的日益提高，越来越多的大型水电站开始采用液压启闭的泄洪闸门，其操作接力器体积大、用油量多，接力器活塞杆全部伸出时储油量占到总油量的50%左右，由于同样以储油箱油位低限来触发泄漏报警，因此泄漏报警也存在较大的盲区。

1.4 传统方式的不足

通过以上3个常见系统的监测方式分析，不难看出，水电站透平油系统传统泄漏监测方式主要存在以下三个不足。

1)采用单一储油设备的油位变化来判断系统油量变化。对于具有多个变容积储油设备的系统，油位波动范围大造成报警阈值不精确，发生泄漏后，不能在最短时间内发现。

2)缺少实时的系统总油量检测值，无法在时间轴上对系统油量进行纵向对比，更无法与同类系统进行横向对比，对系统存在的缓慢泄漏情况无法及早发现。

3)测量纬度单一，系统油量的计算与各储油设备油温、油位以及各类接力器开度等都密切相关，单一的测量纬度造成测量精度低，判断依据粗放。

2 改进方案

2.1 建立系统油量数学计算模型

水电站各个透平油系统相对都比较独立，系统内储油设备的种类及数量固定，且系统油损耗极小，因此总油量相对固定。以具有n个储油设备的系统来讲，其系统实时油量计算公式为

式中：Vi为i号储油设备内不变油量的体积，是指该设备内长期充油的体积，这些部位的油量一般长期固定不变，且未安装油位传感器或在油位传感器测量范围以外；Si与Li分别为i号储油设备内变化油量的截面积和与该截面垂直方向的液面变化长(高)度，储油设备内变化油量是指随设备运行工况的不同而随时发生变化的体积，这部分一般都在液位测量装置或活塞行程测量装置的测量范围内；Ti为i号储油设备内当前油温下的体积修正系数，可以参考GB/T1885石油计量表，该标准采用20℃为标准温度，主要包括标准密度表和体积修正系数表两部分[1]，对于未安装油温传感器的储油设备可根据实际情况在油温变化范围内进行中位数取值；K为透平油的体积弹性模量，液压油的体积弹性模量与温度、压力以及含在油液中的空气有关，不含气液压油约为(1.2～2)×103MPa，油液混杂气体时体积模量变化较大，工程中取(0.7～1.4)×103MPa[2]；ΔPi为i号储油设备内透平油的相对压力，即压力表或传感器显示压力。

2.2 确定系统各储油设备的相关参数

水电站各系统的储油设备的容积一般都可以通过分割为圆柱体、球体或长方体进行计算，因此对于测量和计算相关尺寸比较容易。但由于各个系统的储油设备具有一定差异性和复杂性，为确保计算的简便性及结果的准确性，应注意以下几点。

1)系统内的储油设备应尽可能排查全面，并列出设备清单，便于进行表格化计算。

2)在充分考虑测量传感器测量范围的情况下，各设备的不变油量部分应尽量最大化，进而减少变化油量部分的占比。

3)在计算模型中各容器的不变油量Vi和变动油量截面积Si一般作为常数，且对总油量计算结果影响较大，因此应尽量测量精确。

4)计算模型中的Li作为实时监测量，对计算影响很大，因此应按要求定期对各类油位和行程传感器进行校验，确保计算的准确性。

5)针对贯流式机组一般采用高低位重力油箱进行外循环的轴承润滑系统，其管路设计较长[3]，且存在停机与开机态管路中油量不一的情况，应单独对油管路按工况不同进行分别计算。同时可以结合管路配有的流量计对参数进行检验和修正。

6)在液压系统中一般都存在大量小型液压元件及控制油路，具有数量多、工况复杂、尺寸不便计算的特点，考虑到其占系统总油量极小，因此可以不做考虑或进行适当估算。

7)针对温度修正系数Ti和体积弹性模量K，对于额定压力低和温度变化量小的系统，可以根据实际情况进行简化处理，以减小计算工作量。

2.3 在监控系统建立油量实时监测报警和对比分析模块

计算机监控系统是油量实时监测系统的主要载体，现有的大部分水电站计算机监控系统都已经覆盖了透平油系统中各储油设备的油位、油压、油温、接力器开度等参数，因此按照油量计算模型在系统中建立相关程式，通过实时调取、整合这些数据，就可以计算出该系统的实时油量，并在相应的监控模块上进行反映。

通过对一段时间内系统总油量波动范围的分析，可以确定出系统油量的下限值和上限值，并据此在监控模块中设定油量异常的报警阈值。

监控软件是电站工作人员直接操作的软件，随着大数据技术的不断发展和设备智慧化程度的日益提高，通过计算机数据采集和通讯服务软件，还可以实现监控软件与智能设备之间的数据上传和下发[4]，并在相应的智慧化管理平台上对油量数据进行纵向和横向的实时对比与趋势分析，当总油量变化趋势异常时及时进行报警。

3 瀑布沟电站1F机组调速系统总油量简化计算

以瀑布沟电站1F调速系统为研究对象，主要考虑回油箱、漏油箱、压力油罐和接力器4个储油设备。由于本例中接力器布置方式为双接力器同向布置，因此接力器内无变动油量。考虑到油温变化范围较小、对总油量影响不大，因此本次计算中Ti值取1；考虑到调速系统中油液混杂一定气体，因此本次计算中K值取1 000 MPa；调速系统额定油压为6.3 MPa，因此压力油罐和接力器的ΔPi取6.3 MPa，回油箱和漏油箱ΔPi取0 MPa。算法中各储油设备具体参数见表2。

表2 各储油设备参数表

由此，可以简化瀑布沟电站1F调速系统总油量计算公式为：

V=(5.1+10.2×L回油箱)+(0.03+0.3×L漏油箱)+(0.6+3.4×L压油罐)×1.006+(1.8+0)×1.006=

10.2×L回油箱+0.3×L漏油箱+3.42×L压油罐+7.54

此公式中，影响系统总油量的变动参数为回油箱、漏油箱及压油罐的实时油位值。这3个数值在水电站监控系统中已经进行实时采集，通过在监控系统中增加油量监测分析模块，就可以实现系统总油量的监测。

4 结 语

本改进方案与传统泄漏监测报警系统相比，增加了实时油量这一监测量，从一维监测变为多维监测，大大提高了油量监测的精确度，降低泄漏报警阈值范围，从而极大地降低因为泄漏发现不及时而造成的损失和环境破坏。除此之外，当系统中出现传统方式难以发觉的轻微渗漏时，也可以通过实时的油位变化趋势分析而提前发现，避免隐患的进一步恶化。

目前，我国水电站正在向“无人值班(少人值守)、远方集控”的运行模式转变[5]，随着环境保护要求的提高，传统的一些事故监测预警方式也必将发生相适应的改变。本文以水电站最长见的透平油泄漏污染为切入点，就提高水电站油量监测精确度提出了切实可行的改进方法，可为各类水电站进一步降低透平油泄漏危害提供一定的参考。