苏 雷，丁 强，杨 静，王 涛

(国能大渡河检修安装有限责任公司，四川 乐山 614000)

水电站中的油系统是三大辅助设备系统之一，它起着润滑、冷却、提供能源动力等作用，对机电设备长期安全稳定运行至关重要。油质的变质有很多种，包括油质的污染、混水、氧化、劣化等，油质受到污染是比较常见的，严格意义上油质随时不断受到细微污染的[1]。由于油质的服务对象往往是旋转或移动部件，设备在不断地旋转或者活塞在不断地往复运行，尤其是机组轴承和各类油泵齿轮或螺杆在高速旋转，难免产生机械杂质、不溶物等的脱落，最终混入油系统。还有透平油在集油槽或者流动的过程中，如果接触空气或者水蒸气的渗入，也会混入水分。所以，如何确保油系统油质正常，保障各液压运行设备正常运行且满足各项性能指标，是水电站运维工作中的一个重点。油质不合格主要为下述问题：

与油液污染有关的问题。油液含有水后，会引起油液的氧化使油液变质，减小润滑油膜厚度，降低润滑性；引起油液聚合而形成大分子，使液体粘度改变，并形成有机酸，腐蚀金属表面；降低或丧失油液介电强度。

固体颗粒引起的问题。油液中固体颗粒的存在会严重污染系统和磨损元件，而磨损在液压系统中会引起许多问题。使元件磨蚀、失效；元件内泻增大、响应不灵敏；伺服系统的稳定性、控制性降低；油液氧化速度加快，油液变质。

根据对国内各大电站的调研，为保持油液品质，除了对油液的定期化验外，基本各大中型水电站90%以上配有了油液过滤装置，即滤油机设备。各水电站透平油过滤装置有板式滤油机和真空滤油机两种类型。检修期间需将机组透平油排至油库储油罐，通过板式滤油机滤除透平油中杂质，再使用真空滤油机滤除透平油中水分，最终将过滤杂质和水分合格的透平油返回至机组，确保机组安全稳定运行。

近年来，部分电站机组在汛期运行期间，有调速系统集油槽油混水情况发生，油混水装置报警。因机组汛期发电任务重，只能在线滤除回油箱水分，所以迫切需要研发一种体积小巧、便于移动的过滤水滤油机，在不停机的情况下在线滤除透平油中的杂质和水分。

对该种功能结构的滤油机进行市场调研，调研了进口和国产机型，进口机型过滤水分指标能达到小于100PPM的机组透平油运行指标要求，但体积过于庞大，不便于移动，且控制系统单一简单，国产机型控制系统已有PLC控制方式，体积也相对较小，但是过滤水分指标均不能达到小于100PPM要求，进口和国产机型都没有在线监测功能，因此为满足生产现场实际情况，需要自主研发一种控制先进、能高性能过滤水份的新型移动式精密滤油机系统[2]。

1 技术标准及要求

1.1 标准和规范

本项目需适用的标准和规范主要为以下几项：

1)GB2537 汽轮机油；

2)GB11120 涡轮机油；

3)GB/T 电厂用运行中汽轮机油质量标准；

4)GB7597-2007 电力用油(变压器油、汽轮机油)取样方法；

5)GB/T 石油产品运动粘度测定法；

6)GB/T 石油产品闪点测定法(闭口杯法)；

7)GB/T 石油产品酸值测定法；

8)GB/T 运行中变压器油、汽轮机油水分测定法；

9)GB/T 石油产品闪点测定法(开口杯法)；

10)GB/T 运行中汽轮机油破乳化度测定法；

11)DL/T 电力用油体积电阻率测定法；

12)GB/T 石油产品添加剂机械杂质测定法(重量法)。

1.2 主要技术要求

1)精密滤油机系统的研究方向采用“精密过滤”和“聚结分离”技术，能高效滤除透平油中的杂质和水分，达到理想的净油效果。

2)控制系统采用变频调节，能够精确调整滤油机流量，满足现场各种工况流量需求。

3)采用PLC监控和触摸屏控制技术，通过触摸屏可对滤油机运行工况进行全面监控。

4)精密滤油机具备在线监测功能。

5)滤油机功耗低、体积小、重量轻，专用于现场移动净油。

2 技术方案

透平油精密滤油机系统主要设备包括过滤装置、控制装置、动力单元、管路以及在线监测装置等[3]。过滤装置包括颗粒过滤器和水分过滤器，颗粒过滤器和水分过滤器分别通过支撑板支撑在移动底座上。动力单元由变频电机和油泵组成，变频电机安装在颗粒过滤器侧的支撑板上，其动力轴连接油泵；油泵安装在系统进油管道上，进油管道通过系统进油阀、大颗粒过滤器和真空压力传感器连接油泵。油泵出口端通过管路进入颗粒过滤器上部，颗粒过滤器的底部与水分过滤器的底部用管路连接。水分过滤器的上部经管路连接流量计和系统出油阀。控制装置由电源、人机界面、PLC和变频器组成，其与流量计和电机连接，控制进出过滤装置的流量。颗粒过滤器和水分过滤器的上部，分别安装有第一压差传感器和第二压差传感器；控制装置连接第一压差传感器和第二压差传感器，当第一压差传感器压差过高时，控制装置提示更换颗粒过滤器滤芯，当第二压差传感器压差过高时，控制装置提示更换水分过滤器滤芯；控制装置连接真空压力传感器，当真空压力传感器负压过大时，控制装置提示清理大颗粒过滤器。颗粒过滤器和水分过滤器的顶部，均安装有排气阀，用于排除颗粒过滤器和水分过滤器中的空气，空气排尽后排气阀关闭。在线监测装置安装在油路出口，实时监测过滤油质的颗粒和水分参数指标。设备的要点是：

1)控制装置与真空压力传感器连接；

2)油泵并联安装有安全阀，用以保护电机油泵；

3)水分过滤器的下部侧面，安装有油水观察窗；

4)水分过滤器的底部安装有排水阀，排水阀可实现自动排水功能；

5)过滤装置内部分别安装有颗粒过滤滤芯和聚结分离滤芯，颗粒过滤滤芯一次性可滤除油中颗粒性能达到SAE AS4059F标准中的6级水平，聚结分离滤芯一次性可滤除油中水分性能达到小于50 ppm。

通过上述各功能单元的集成，最终可实现体积小巧、便于移动的高度集成的滤油机，其可以在机组不停机不排油的情况下在线滤除透平油中的杂质和水分。也解决了板式滤油机滤除透平油中水分效果较差和真空滤油机体积较大不便于移动的问题，用于电厂在运机组或油库透平油的精滤除水，提高油料过滤的质量和效率。

3 精密滤油机过滤系统液压设计

对于油液质量的监测主要发生在两个阶段，第一个阶段是机械透平油的选型采购时，在这一过程，多是采用实验室监测方式来进行，主要的油品监测技术包含有红外光谱技术、原子发射光谱技术、铁谱技术以及颗粒计数技术等方式对油液的质量进行鉴定。第二个阶段是在设备运行时，对油液进行取样监测，主要包含水分、粘度、介电常数检测等[4]。

结合电厂对油质更高的要求，本文提出一套全新的油质过滤、监测系统设计方案。图1为一种新型过滤设备的液压系统原理图。系统的动力单元由电机和油泵组成，过滤单元由三级不同原理的滤芯组成。首先在油泵的吸油口，设置一个粗滤芯，其次在油液循环系统中设置一只精滤芯，最后在末端设置一只聚结分离滤芯。通过三级过滤，可以有效地将油液中的杂质颗粒、水分进行过滤分离。精滤芯和聚结滤芯均设置差压发讯器，用作在滤芯堵塞报警，以示更换滤芯。

图1 新型过滤系统的液压原理图

新型过滤系统除了具备常规的手动排水阀功能外，也可以自动排水。其原理为：聚结滤油器设置水分监测仪，在液位高于设定位置后，控制系统通过PLC开出驱动继电器，继电器驱动自动排水电磁阀，进行排水处理。同时在透平油过滤过程中，针对循环的油液系统的油质增加了颗粒度计数仪和水分测量仪。该装置可以直观和数字化地将过滤系统的最终油质情况进行显示，以告知用户目前的透平油的过滤效果。

4 精密滤油机过滤系统电气设计

油质过滤系统的电气控制原理如图2所示，系统的控制信号电源为DC24V，主要给人机界面、继电器、变频器等提供电源。电机油泵组采用变频控制，变频器可以有效降低启动电源对电机和滤油器的冲击，启动平稳，运行效率更高效。在滤油机实际运行中，也表明了其运行噪音小，启动平滑等优点。

图2 新型过滤系统的电气控制原理图

系统的核心控制单元为一款西门子S200的PLC，其采集外部开关量控制信号和模拟量信号；控制输出通过中间继电器进行扩展，进行对象操作。该西门子PLC配有串口通信，可以实现将采集数据处理、并与人机界面进行数据交互。图3为PLC控制系统原理图。

图3 新型过滤系统的PLC控制系统原理图

过滤系统的人机界面采用MCGS触摸屏，软件采用其嵌入式版本7.7版本；该软件编程友好，图库丰富，无需太多脚本程序即可实现数据显示、计算、录波等功能。界面编程为运行界面、设置界面和报警界面等。图4为该过滤系统触摸屏的运行界面。

图4 新型过滤系统的触摸屏运行界面

界面的第一栏主要显示设备的运行状态，排水阀的运行状态，以及压力、压差是否正常的显示；第二栏显示系统当前的压力、温度和当前水位；第三栏：显示系统当前瞬时流量和累积流量，也可以通过累积流量清零按钮，对累积流量进行清零复位。第四栏为排水阀的控制方式，分为手动和自动两种模式，手动状态下，通过手动启动、停止按钮进行启停操作。自动状态下，通过液位自动控制排水阀的启停。第五栏，设备的启停方式可以通过面板按钮，操作，也可以通过触摸屏启动、停止按钮控制设备启停。第六栏为故障复位按钮，以及参数设置界面的切换。

5 精密滤油机过滤系统装置特点及研制

新型滤油系统采用移动式结构，具备脱水和颗粒过滤两种功能，使用者可通过一个三通阀切换该两种功能。可以全自动工作，正常工作时无须操作人员进行干预。当设备工作状态出现异常或者需要维护时，设备将会发出报警信号。其他因素导致设备出现危险情况时，内部安全系统将会强制设备自动停机，以保护电机油泵组。

该装置由循环系统、聚结分离系统、排水系统、排油系统、自控仪表系统和电气系统组成。其中过滤颗粒和脱水，反映在结构上为两个单独回路：循环过滤回路和脱水回路。两者在操作上相互独立，在使用中又相互关联。

如果对含水量要求很严格的场合，装置优势在于脱水效率很高，相同时间内含水量下降快，且能获得很低的最终含水量。但是其缺点在于：要求油液的清洁度很高，滤芯的更换频度会加大，如客户对油液的清洁度没有要求，由此带来的过滤代价会太高。

驱动部分的电源通过内置的变压器将电压变为220 V用于PLC(也可选用24 V电源供电的PLC)、界面仪和指示灯；变为24 V用于PLC控制的其余电路，如按钮及压力传感器等。

精密滤油机主要技术参数如表1所示。

表1 精密滤油机主要技术参数表

设备整体外观、操作面板及器件外部和内部配置如图5、6所示。

图5 滤油机电气控制部分

图6 滤油机整体结构图

6 结 语

水电机组的油系统在润滑、传动、冷却等方面发挥着重要作用，机组安全稳定运行与之休戚相关[5-6]。国内各大中型水电站对透平油油质的监测、维护等工作也极为重视。透平油的维护目前常见的措施主要为二点：一是通过自身的化验室专门人员定期对油质进行化验分析，人工监测；二是采用滤油机定期或不定期对透平油进行过滤。尤其是后者，滤油机多为真空滤油机和板式压力滤油机，手段和功能较为单一。本文提出的过滤方案是基于高质量传感器、自动控制、数据信息化和聚结分离式过滤器为一体新型精密滤油机过滤系统，既具备了传统的过滤功能，又有先进的数字化的性能。本文研制的新型精密滤油机可广泛应用于水电、火电、矿业等行业的透平油过滤系统，也可以代替国外同类产品，大幅降低成本，这部分成本的压缩，可以部分转换成合理的利润，并提高了产品竞争力。同时，该新型精密滤油机也可作为水电厂智能化建设的一部分，预留了充分的电气和通信接口，便于后期用户进行智能化拓展。新型精密滤油机拥有完全自主知识产权，在产品的应用中，可以大幅节省人力，高效、稳定、智能，为用户提供了高附加值的产品技术体验和价值贡献。