浅谈“双碳”背景下抽水蓄能电站设备用油选型优化策略

抽水蓄能电站是目前应用最为广泛、规模最大的储能电源，为了推进新型电力系统建设，国家电网和南方电网均加快了抽水蓄能电站的建设。抽水蓄能电站与润滑相关的设备主要是水泵水轮机-发电电动机，水轮机调速器系统，球阀、尾闸、机械刹车液压系统，空气压缩机等。润滑油与这些设备的润滑、冷却、密封和能量传递密切相关，因而对这些设备的可靠运行起着重要作用。

由于各抽水蓄能电站机组投运年限不同、设备厂家不同、用油选油方式不健全，导致同类设备选油不一、油品种类繁多、部分设备选油不当等。机组同类型设备使用多种油品，不仅设备维护不方便，而且采购和存储占用资源多，润滑管理难度大。此外，油品选型不当的设备也存在安全隐患，例如，某电厂机械刹车系统用油错误选用汽车制动液，当刹车油渗漏至发电机风洞内时，对定子、转子以及励磁引线部分表面油漆产生溶解反应，导致油漆起皮脱落，严重威胁机组安全稳定运行。综上所述，通过对在运电站设备用油进行选型优化，并开展国产化替代，以进一步提升设备润滑管理水平。

来源：北极星电力网 作者：柳艳红（南方电网调峰调频公司检修试验分公司）

选型优化原则

油品选型优化主要是从抽水蓄能电站目前在用油品中选择一款或多款油品进行某一类油品的替代，而替代油品的选择依据需考虑使用设备参数、设备的关键程度、油品使用的广泛程度、油品价格等因素，这种选型优化的原则简单概括就是从目前设备在用油品中择“优”进行替代。同时考虑到目前设备在用油品中进口品牌油品的占比较大，有的油品型号使用还不是很广泛，未来可能会采购困难，因而进行油品国产化的替代，即从国产大品牌中选择使用成熟的产品进行替代。

油品选型优化按照同性能、黏度等级油品的品牌单一化，油品黏度等级最少化，同类设备的用油统一和规范化，满足工况要求下选择性价比高的油品，为部分设备选择更合适油品、替代油品尽可能选择目前在用油品这六项原则来进行，目的是实现油品种类最少化、设备润滑更优化和用油成本更低化，详见图1。

图1 选型优化原则

优化实施方案

选型优化主要围绕设备选用油依据和油品的性能指标对比这两条主线来进行，即先通过设备选用油的标准来计算出可选油品的条件，再通过现有或者新引进油品的技术指标对比，从中选择出最优的替代油品。此外，必要时还可参考常规水电站类似设备的用油情况，从而进一步验证替代的可行性。

抽水蓄能电站设备按照润滑类型来划分的话，大致可分为三类，第一类是水轮发电机，其润滑点是各滑动轴承；第二类是水轮机调速器、尾闸系统、球阀系统、机械刹车系统，这些系统本质上都是液压系统，润滑油主要起能量传递作用；第三类是空气压缩机，其润滑点是活塞缸套、传动部件等。下文以抽水蓄能电站两类主要用油设备水轮发电机及调速器对油品的选型优化实施过程为例进行具体阐述。

水轮发电机由水轮机和发电机组成，抽水蓄能电站水轮发电机为立式安装，主要润滑点包括上导轴承、下导轴承、推力轴承、水导轴承，都为滑动轴承类型。调速器是水轮发电机关键的控制系统，对水轮机导叶开度进行控制。水轮机调速器本质上是一个液压系统，主要由油箱、油泵、阀、执行单位构成，润滑油主要起能量传递的作用。调速器系统润滑油黏度等级的选择可参照液压系统黏度的选择，详见下表2，其主要依据系统油泵类型、工作压力、运行油温等参数决定。由于调速器本质上是一个液压系统，因而其润滑油品类别最恰当的是液压油，而在实际工作过程中，由于调速器与水轮发电机是各蓄能电站两大最关键的系统，日常维护最频繁，且用油量较大，如果调速器选用与水轮发电机一致的油品，则具有以下优势：（1）减少现场用油错误情况的发生；（2）减少润滑器具混用的情况；（3）提高油品采购上的经济性。

基于上述考虑，对调速器系统选用与水轮发电机相同油品进行可行性分析如下：（1）油品黏度等级统一问题：从以上论述中可知，调速器润滑油黏度选择为ISO VG32、46，推力轴承和导向轴承润滑油黏度选择为ISO VG46，因而选用与水轮发电机油品一致的黏度等级是可行的；（2）油品类别统一问题：调速器最适宜的是液压油，水轮发电机选用的是汽轮机油。实际上，液压油与汽轮机油的差别并不是很大，液压油具有更好的抗磨性能，汽轮机油具有更好的抗氧化性能，对于一个液压系统而言选择液压油的优势是对泵和阀的抗磨损保护更好，但事实上这个差别很小，一方面是因为这种抗磨损保护并不是时刻都需要，另一方面很多汽轮机油里面也含有抗磨剂（如ZDDP），因而实际应用场合，并没有看到使用汽轮机油的液压系统泵和阀的磨损就明显偏高的情况。目前大部分抽水蓄能电站大部分调速器均使用汽轮机油，现场未反馈调速器系统泵和阀的磨损情况存在明显异常。

油品优化整合后带来的效益

经过优化整合，抽水蓄能电厂设备用油可减少为3种（汽轮油、液压油、压缩机油各1种），并开展国产化替代。润滑油品整合优化将对抽水蓄能电站机组的生产、管理带来直接和间接经济效益，具体表现为：

（1）减少购买润滑油成本；

（2）提升电厂机组润滑管理水平，降低设备故障率；

（3）减少了润滑油品牌数量及型号，便于采购、存储及降低现场错用风险；

（4）减少后期设备运维成本，方便设备的润滑磨损状态监测；

（5）提高监测数据的价值，通过大数据分析为检修策略的制定提供参考依据；

（6）便于检测标准的统一，利于设备维护管理。