一   水電站用油的種類及作用

1. 水電站的用油種類

根據設備用油的要求和條件，水電站的用油主要分為潤滑油和絕緣油兩類。

1）潤滑油

潤滑油按照使用對象的不同又分為汽輪機油、機械油、空壓機油、潤滑脂等四種。

（1）汽輪機油（原稱透平油）:調速器和水輪機主閥壓油裝置液壓操作用油、推力軸承油槽和發電機上下導軸承油槽以及油潤滑的水導軸承油槽用油均為此類油。

（2）機械油:機械油的粘度較大，用于機組輔助設備機械潤滑，如電動機、起重機和水泵等潤滑用油。

（3）空壓機油:供空氣壓縮機潤滑用。還具有活塞和氣缸壁間的密封作用。

（4）潤滑脂（俗稱黃油）:供機組輔助機械的滾動軸承、兩支點端蓋式臥軸機組滾動軸承潤滑用。

2）絕緣油

根據使用對象不同，絕緣油分為變壓器油、斷路器油兩種。

（1）變壓器油:供機組電力設備絕緣和散熱用，主要是變壓器及電流、電壓互感器等。

（2）斷路器油:供油斷路器絕緣、消弧用。

2.油的作用

1）汽輪機油的作用

機組汽輪機油的主要作用為潤滑、散熱及液壓操作用。

（1）潤滑作用

油在機組的運行件與約束件之間的間隙中形成油膜，以潤滑油膜內部的液態摩檫，代替固體之間的干摩檫，從而減少設備的磨損和發熱，延長設備的使用壽命，提高設備的機械效益和安全運行。

（2）散熱作用

（3）液壓操作

2）絕緣油的作用

機組絕緣油主要用于電氣設備的散熱、消弧和絕緣。

（1）散熱作用

（2）絕緣作用

（3）消弧作用

二. 油的質量標準

為了使機組的各種設備處于良好運行狀態，對油的性能和成分有嚴格的要求。表3.1為國家規定的常用汽輪機油和絕緣油質量標準，現將其中部分指標介紹如下。

1  粘度

液體質點受外力作用后相對移動時，分子間產生的阻力稱為粘度。油的粘度分為動力粘度、運動粘度和相對粘度。動力粘度和運動粘度又叫絕對粘度。

對汽輪機油來說，粘度大時，容易附著在金屬表面，形成油膜，這是有利的；不利的是粘度過大會增加磨檫阻力，流動性差，散熱作用不良。因此，要選用粘度合適的汽輪機油。一般地說，在軸承面傳遞壓力大和轉速低的設備中使用粘度較大的油，反之，使用粘度較小的油。

為便于流動散熱，絕緣油的粘度應更小一些。

2  凝點

油品失去流動性的最高溫度稱為凝固點。當油品達到凝固點后，不能在管道和設備中流動，還會使潤滑油的油膜受到破壞。對于絕緣油，也會大大減弱散熱和滅弧作用。故在寒冷條件下使用的油品，要求有較低的凝固點。

3 閃點

在一定條件下加熱油品，使油的溫度逐漸增高，油的蒸氣和空氣混合后，遇火呈現蘭色火焰并瞬間自行熄滅（閃光現象）時的最低溫度，稱閃點。閃點反映了油中是否含有較多沸點低易揮發的碳氫化合物。閃點低的油品，特別是絕緣油易引起燃燒和爆炸。規定汽輪機油的閃點用開口閃點測定器測定，絕緣油的閃點用閉口閃點測定器測定。

4酸值:中和質量為1g油中含有的有機酸所需氫化鉀數量為油的酸值（或酸價），以mgKOH/g表示。

酸能腐蝕金屬和纖維，同時酸和有色金屬接觸能形成皂化物，妨礙油在管道內的正常流動，將低油的潤滑性能。因此，酸值越低越好。油品在使用過程中，酸值會因油的氧化作用而逐漸升高，并帶來很多不良影響，故酸值是衡量油劣化程度的一個重要指標。當運行中的絕緣油酸值超過0.03mgKOH/g時，即需要處理或更換。

5抗氧化安定性:抗氧化安定性是指油品在較高溫度下，抵抗和氧發生化學反應的性能。

油品氧化后，會生成有機酸、膠質和瀝青狀物質。有機酸會使酸值增加，膠質和瀝青狀沉淀物可能堵塞油路和過濾器，影響設備正常運行。因此要求油品抗氧化安定性要高。通常抗氧化安定性是通過測定氧化后沉淀物的含量和氧化后酸值來衡量的。

6破乳化時間

水與油一起攪拌能形成乳濁液。如果停止攪拌后，短時間內，油能離析出來并達到完全分層，則說明油抗乳化性能好。并將此時間（以min計）定為破乳化時間。潤滑油乳化后，粘度增高，產生泡沫，使機械雜質不易沉淀，析出的水分還能破壞油膜，影響潤滑效果，加速部件破損，同時也會加速油的氧化。

7水溶性酸或堿:油品中若含有無機酸或堿，將使與油接觸的金屬部件受到腐蝕，并加速油的劣化。

8機械雜質:機械雜質指油脂中所含灰塵，金屬屑、纖維物、砂粒和結晶鹽類等固體物質。

9透明度

10水分

對于新的絕緣油和汽輪機油不允許包含水分。但在運行中，水分可能由外界混入或由油氧化生成，將給設備帶來不良的影響，必須加以重視。

    油的絕緣強度是表征油絕緣性質的一項指標，通常以浸入試油中相距一定距離電極的最小擊穿電壓表示。絕緣油中含有水分時能使絕緣強度降低，如果油中含有1/100000的水分，就可以使油的絕緣強度由50kV降低到18kV。當絕緣油中有水分和固體雜質同時存在時，使油的絕緣強度下降得更大。

汽輪機油中混入水分時，不但會形成乳化，而且還會加速油的劣化，造成油的酸值增大、油泥沉淀物增多和對金屬的腐蝕。

三、油的劣化及其防止措施

1 油的劣化

    水輪發電機組設備用油在貯存與運行過程中，由于密封不嚴與運行中各種因素的影響，油中產生了水分，出現了雜質，增高了酸價，油中沉淀物增多，油的組成及性質發生了變化，改變了油原來的物理和化學性質，致使設備的安全經濟運行得不到保證。機組用油發生的這種變化，稱為油的劣化。

    油劣化的性質與程度，取決因素有多種：新油組成成分和原有油的質量；油運行的方式和工作條件；油在運行過程中處于某種因素作用下的時間長短等。

    油劣化的危害決定于油劣化時的生成物及其劣化程度：對于劣化時產生的溶解于油中的有機酸，增大油的酸價，腐蝕金屬和纖維，加快油的劣化；對于劣化時產生不溶解于油中的油泥沉淀物，在油冷卻器附近或油箱及管道和閥門等處，將大大妨礙油的散熱及循環，使管道中循環油量減少，導致操作水輪機導葉或主閥時，開關動作不靈，直接影響運行的安全；對于高溫下運行所產生的氫和碳化氫等氣體，將與油面的空氣相混合成為爆炸物，對設備運行更是危險，應嚴加注意。

2 油劣化的原因及防止措施

    油劣化的根本原因是油在高溫下和空氣中的氧起了化學反應，油被氧化了。氧化后的油酸價增高，閃點降低，粘度增加，顏色加深，并有膠質狀油泥沉淀物析出。這不但影響了油的潤滑和散熱作用，還會腐蝕金屬，使操作系統失靈。

    促使油加速氧化的因素有以下幾方面：

2.1 水分

    水分混入油后，造成油的乳化，促進油的氧化，從而增加油的酸價和腐蝕性。水分從下列幾方面進入油中：略   

防止措施：應將用油設備密封，與空氣隔絕，注意冷卻水壓不宜過高，防止油冷卻器管滲漏。

2.2 溫度

當油的溫度過高時，會造成油的分解、蒸發和炭化，降低閃點，加速油的氧化。

油溫升高將加速油的氧化，因為溫度升高時，油吸收的氧氣量增加，氧化作用隨著加快。

油溫升高將降低油的閃點，因為油吸收的空氣量與溫度成正比例，高溫時吸氣，低溫時排氣。高溫時吸入空氣中的氧與油進行氧化，所以排出氣體中氧氣已減少，而且帶有甲烷，因而降低了油的閃點。

油溫升高的原因是設備運行不良造成的，如機組過負荷，冷卻水中斷，油面過低或因軸承摩擦表面之間的潤滑油膜被破壞而產生干摩擦等。由于機組安裝不好，運轉時擺度過大，機組運轉條件不良而產生空化和振動等，都會影響機組油溫升高。

防止措施：運行時保持油溫在規定范圍內，如溫度過高，應開大冷卻水管的閥門，加強油的冷卻；同時應檢查機組運轉是否正常，如負荷是否過高，機組擺度和振動是否過大，水輪機是否產生空化等。

2.3 空氣

空氣中含有的氧和水分，會引起油的氧化。空氣中沙粒和塵灰狀礦物質自然降落，會增加油中機械雜質。油和空氣除直接接觸外，還可以泡沫形式接觸。泡沫使油與空氣接觸面積增大，氧化速度加快。泡沫產生的主要原因是：

防止措施：設備的注油和排油管口應低于油面，運行人員加油速度不能太快，避免因油的過大沖擊帶入空氣。

2.4 天然光線

含有紫外線的天然光線對油的氧化可起媒介作用，使油渾濁，質量降低。經天然光線照射后的油，在無日光照射的地方，劣化還會繼續進行。

防止措施：要避免與日光長時間接觸。

2.5 電流

電流通過油時，會對油進行分解，使油劣化，顏色變深，并生成油泥沉淀物。如發電機轉子鐵芯所產生的軸電流，通過軸頸后穿過軸承的油膜。

防止措施：搞好發電機的絕緣，在軸承座上加絕緣墊防軸電流流通。

2.6 其他因素

除以上五種因素影響油的劣化外，金屬的氧化作用，充油設備安裝和檢修后清洗不干凈留有贓物，以及油容器使用的油漆不當等因素，均會加劇油的劣化。

因此，運行中接受新油，貯存凈油、向用油設備充油以及對油進行監督時，應注意控制兩個因素，即油的水分和溫升。

四、油的凈化與再生

根據機組用油劣化變質程度的不同，劣化后的油可分為污油和廢油兩種。輕度劣化或僅被水分和機械雜質污染的油稱為污油；深度劣化的油稱為廢油。污油的處理采用簡單的機械凈化方法可使用，稱油的凈化；廢油的處理必須通過化學或物理化學的方法，才能使油恢復原有性質，稱油的再生。

1  油的凈化

1.1 澄清法

污油較長時間處在靜止狀態時，油中比重大的水和機械雜質便會沉淀到底部。

澄清法不能除去油中全部水分和雜質，凈化沉淀的時間長  ，而且凈化不徹底，故一般不能單獨使用這種方法處理污油。但澄清法設備簡單經濟，對油質完全不產生損害，故水電廠中應用甚為廣泛。

油澄清的速度與油的黏度和油層高度有關。油的粘度大、油層高，程度速度慢；反之則澄清速度快。適當提高油溫可以減少油的粘度，加快沉淀速度。

1.2 壓力過濾法

把油加壓通過具有能夠吸收水分和阻止一切機械雜質通過的過濾層，稱為壓力過濾。過濾層一用特制的過濾紙做過濾介質。壓力過濾的設備，稱為壓力濾油機，其工作原理:

壓力濾油機由齒輪油泵、濾油器、油槽、預過濾器、閥門等組成。濾油器是壓濾機的主要工作部件，由15～20個鑄鐵濾板和濾框組成。在濾板與濾框之間放有特制的濾紙，并用螺旋夾將濾紙、濾板、濾框壓緊，濾油時，起動油泵電動機，將污油從壓濾機進油口吸入，通過預濾器粗濾，除去較大的雜質，再進入齒輪油泵。油泵對油產生擠壓作用，迫使油流入濾油機右上角的臟油進口，然后通過濾框孔口流入兩濾油紙時，因濾紙纖維有極細小的管孔而形成毛細管作用，不僅阻止雜質通過，還能吸收油中水分。過濾后除去了臟油中水分和機械雜質，凈油通過濾油器下方的匯流管流處。當濾紙中的纖維管孔被水和雜質充滿后，過濾紙必須更換清洗，經烘干后繼續使用。

壓力濾油機的濾油質量好，能徹底消除機械雜質，但無法徹底消除水分，操作簡單，使用方便，中小型電站應用較多。但壓力濾油機的生產率不如離心濾油機高。

1.3 真空濾油法

根據油和水的汽化溫度不同，利用真空汽化將油中的氣體和水分分離的辦法稱真空噴霧濾油法。利用這種方法處理絕緣油，速度快，效果好，水電廠中應用較廣泛。

真空噴霧濾油的工作原理是：將污油用壓力濾油機輸送至加熱器加溫，當油溫升高至50～70℃時，將油壓向真空罐，通過噴嘴擴散成霧狀，此時油中的水分和氣體，在一定的溫度和真空度下被汽化，使水分和氣體從油中分離出來。再將水蒸氣和氣體用真空泵經油氣分離檔板抽吸出真空罐，使水和氣體分離出來，達到凈化油的目的。

真空濾油的操作程序為：

（1）將污油由壓力濾油機在貯油罐內循環過濾，初步清除油中雜質和水分；

（2）將初步過濾的油輸送到加熱器加熱，然后壓向真空罐進行噴霧，使油噴成霧狀；

（3）待真空罐內油位計達1/2油量時，停一臺壓濾機或用油泵將罐內的油抽回至貯油罐，如此不斷循環，控制進入真空罐的油壓為196～294kpa，并調節出油，使進出油量平衡。

真空濾油主要用于對絕緣油的凈化處理，能在短時間內達到除水、脫氧，提高絕緣油的絕緣性能，增加絕緣電阻率，但不能消除油中的機械雜質。這種濾油方法的優點是：速度快、質量好、效率高。對于油量較大的用油設備注油和換油，可縮短檢修時間。

2 油的再生(略)

§7.2油系統的設計

一 油系統的作用和組成:

1.油系統的任務

為保證機組設備的安全運行，油系統應完成下列任務：

（1）接受新油，并以自流或油泵壓送方式將新油送入貯油桶。

（2）貯備凈油，以供設備換用和添加。

（3）給設備充油。

（4）向運行設備添油，以彌補設備運行中油的損耗。

（5）檢修時從設備中排出污油，以自流或油泵壓送方式將污油送至污油桶（即運行油桶）。

（6）對污油桶中的污油進行凈化處理。

（7）油的監督與維護主要任務是：分析、鑒定新油的品質；對運行油定期取樣化驗；對油系統進行檢查、修理和清洗。

2.油系統組成

正確的油系統組成不僅能使機組可靠與經濟地運行，從而縮短檢修時間，而且能給允許管理提供靈活方便的良好條件。油系統一般由以下幾部分組成。

1）油庫:油庫放置各種貯存油的油槽或油桶等貯存設備。

2）油處理室:油處理室放置各種輸油和凈油設備，中小型水電站主要有油泵、濾油機和電烘箱等。

3）油化驗室:油化驗室放置油化驗設備、儀器及藥物等，對新油和運行油進行化驗工作。

4）管網:管網是用管道把各用油設備與貯油設備連接起來，組成一個系統。

5）各種測量和控制元件:各種測量和控制元件，用以對機組潤滑和操作系統進行監視和控制，如液位信號器、示流信號器、溫度信號器和油水混合信號器等。

二.油系統圖

將水輪發電機組各用油設備、貯油設備、凈油設備及自動化元件用管道連接起來，表明這些設備連接和運行方式的圖，稱油系統圖。

制定油系統圖一般應遵循以下原則：

（1）能使一臺濾油機單獨地工作，并可與另一臺濾油機串聯或并聯工作。

（2）油能從任何一個貯油桶直接或經過油泵、濾油機進入任何一個用油設備或貯油桶；油也能從任何一個用油設備以上述方式進入任一貯油桶。

（3）絕緣油和汽輪機油、清油和污油的管路，盡量做到分開。

（4）經常操作的閥門應盡量集中，以便操作。在保證操作方便的基礎上，力求管件最少，管子長度最短。

（5）應能滿足保安、防火的要求。

下圖為某小型水電站的汽輪機油系統圖。機組設凈油桶UOT和污油桶COT，凈油桶貯備凈油，容量應大于最大機組用油量，以便及時更換劣化油和污染油。 污油桶也稱運行油桶，正常情況應為空桶，以便與凈油桶互為備用，二者容積相同。兩個油桶放在油庫中，以主供排油管引入廠房內各機組用油部位。

事故排油一般應排入專設事故油槽，但可酌情變通。不允許排入下游河道，以免污染環境。

機組使用汽輪機油部位有徑向推力軸承TB-GGB、發電機下導軸承GGB和水輪機軸承TGB、調速器油壓裝置和蝴蝶閥油壓裝置等。

主供排油管布置在廠房水輪機層下游側靠天花板處（發電機層樓板下）。

為了保證用油設備的正常運行，在吊車梁下設置重力加油箱。重力加油箱與主供油管連接充油，在運行過程中的機組用油損耗以自流方式添油。

油系統接受新油通過油泵注入凈油桶UOT，也可自流方式注入UOT（油車位置高于凈油桶情況）。

油系統運行操作程序說明，見表3-2。

表3-2     油系統操作程序說明

擬定系統圖時，在不影響主機設備安全運行的條件下，管道閥門應盡可能的少，操作應簡便。小型水電站的機組油系統，一般多為手動操作。向用油設備注油與添油應盡可能采用自流形式。

絕緣油系統圖的擬定與汽輪機油系統圖基本相同，只是絕緣油用戶主要在廠外，用油設備少，系統圖應更簡單。

三  油系統設備選擇

1.機組用油量估算

機組用油量決定油系統規模，用油量計算應以用油設備的制造廠家給的資料為準。油系統總用油量按下式計算：

V=ZV1+V2+ZV3                                  （3-2）

絕緣油用油總量亦可按（3-2）計算，只要按一臺變壓器和油開關的用油量代入式中V1、V2、V3即可。

2.油系統設備選擇原則

1）貯油設備

汽輪機油和絕緣油各設兩個油桶，即凈油桶和污油桶。容積按最大設備充油量的1.1倍，加上全部設備45天的添油量。事故油槽容積為兩油桶容積之和。

重力加油箱容積為0.5～1.0 m3，但不小于ZV3。

2）油凈化設備

一個電站設一臺壓力濾油機，絕緣油、汽輪機油共用。壓力濾油機生產率按容量最大一臺機組的用油量在4～6h內凈化，或在12～18h內濾清最大一臺變壓器用油量確定。

3）油泵

油泵是接受新油、設備充油、排油和凈化時使用的輸油設備，一般采用齒輪油泵，結構較簡單，維護方便，價格便宜。

油泵生產率應能在2～4h內充滿一臺機組或在6～8h時充滿一臺變壓器為標準確定。

小型水電站一般設一臺油泵。油泵揚程應能滿足輸送高程要求。

4）管道

宜采用無縫鋼管和有縫鋼管，連接管采用軟鋼管、耐油橡膠管和軟膠管。

主供油管和排油管按經驗選取。一般，壓力輸油管徑25～50㎜，自流排油管徑50～100㎜，小型機組輸油管徑多用40～50㎜。通向事故油槽管徑不小于100㎜。油管不宜采用鍍鋅鋼管。

四  油系統布置原則

1.油庫

汽輪機油庫一般布置在水輪機層副廠房中或安裝間下面。絕緣油庫多布置在廠外主變壓器附近，可為露天。室內油庫油桶間距離不小于0.8m，桶墻間距離不小于0.75m；室外油庫的上述距離不小于1.5m。油桶前通道不小于1.5m。

2.油處理室

油處理室應與油庫相鄰，管道和閥門沿墻布置，閥門距地面高度1.0～1.5m，離墻0.2m。設備間距離不小于1.5m ，設備距墻不小于1.0 m 。壓力濾油機與油泵不宜固定。油桶事故排油閥應裝在油處理室。油處理室應設6～8m²濾紙烘箱專用間。

3.管道

供排油管應與氣、水管路一并考慮，一般沿水輪機層上下游墻或水輪機層頂板布置。

五  油系統保安防火要求

1.油庫防火距離要求

（1）油庫與鄰近建筑物防火距離不小于12～14m。（2）露天油庫與廠區公路路基邊緣距離不小于10m。

2.油庫建筑防火要求

（1）廠內油庫及油處理室隔墻應為防火墻，油庫設兩個門，門應向外開。制門材料耐火極限1.5h。

（2）廠內油庫及油處理室門應設攔油檻，檻高以最大油桶油量漫地不外溢為準。

3.事故排油、貯油桶及通風照明要求

（1）事故排油時間不得超過11min，一般為10min，事故排油管直徑不小于100mm，事故排油閥應能在油庫外控制。（2）直徑大于3m的油桶上應設固定消火設備。油處理室應放制化學滅火器。

（3）油庫及油處理室照明應為防爆燈。

（4）室內油庫及油器具室每小時換氣三次；處理室為五次；油化驗室為三次。

§7.3  油系統的運行監督與維護

為保證水電廠機組設備安全經濟運行，避免油類迅速劣化而發生設備事故，運行中必須對機組設備用油進行監督與維護。

一 油系統的監測

監測目的:減緩油的劣化,保證設備的可靠運行

促使油劣化的因素:

減緩油劣化的措施:1～6

二 油質的監測:

1 接受新油

水電廠新油一般由油槽車或油桶送至安裝場。視電廠油庫位置，采用自流方式或用油泵將新油送至貯油罐。運到的新油，均應按絕緣油和汽輪機油的標準進行全部試驗。

3.2 向用油設備充油或添油

新裝機組或大修后機組，投入運行前均需充油。正在運行的機組，由于蒸發或管件等設備密封不嚴漏損時，加速油的劣化。

3.3 運行中油的監督與維護

機組運行過程中，運行人員應經常對設備用油進行觀察，并取油樣化驗分析，防止水分和雜質混入油中。油中的水分和雜質過多或油溫過高，應及時分析研究，找到原因，從速處理。應及時掌握油質量的變化情況，定時取油樣：新油及運行第一個月內，每隔10天取樣化驗一次；運行一個月后，每隔15天取樣化驗一次。當設備事故時，應進行簡化，研究事故原因，并對可否繼續使用作出判斷。

3.4 油庫存油的監督與維護

為了保證運行設備的及時添油和機組事故時更換凈油，油庫內應有足量存油，并必須進行經常檢查。檢查內容為油質是否合乎標準，油量檢查必須經過簡化，新油和污油均須進行。污油應經過濾機過濾，保證貯油罐或油槽的清潔。

三 油溫的監測

油溫應該按規程控制在一定范圍內:油溫過高,油易劣化; 油溫過低,油粘度增大;一般透平油≤45℃, 絕緣油≤65℃

故障情況:1 冷卻水中斷,軸承工作不正常,導致油溫升高;

         2冷卻水過大或滲入油中,導致油溫迅速降低.

四、油系統的檢查、修理和清洗

為了掌握機組用油設備的現狀是否正常，應及時對油系統進行檢查。發現不正常應及時處理。如管道接頭處漏油、油冷卻器漏水、用油設備中油泥沉淀、金屬及碎紙和棉紗等雜質混入油中等。及時掌握用油設備運行和油的變化規律，便可根據這些規律制訂油的運行操作規程。

機組油系統的檢查、修理工作應做到經常化，以保持設備隨時處于良好狀態。為保證設備的安全運行，應定期對用油設備、輸出設備、凈化設備和存油設備進行清洗。在輸送新油與凈油前，用油設備與輸油管道必須經過嚴格清洗，以免設備與管道中殘存的油泥、水分和機械雜質等污染新油和凈油。