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情景8 水电站油、气系统和进水阀
8.1 水电站油系统
8.1.1 水电站用油的种类和作用
水电站机电设备在运行中，如调速器操作，机组和辅助设备润滑，电气设备绝缘和消弧等，都需要各种性能的油品。由于设备的工作条件和要求不同，使用油的种类和作用也不同。水电站用油通常分为润滑油和绝缘油两大类。
1. 润滑油
常用的润滑油有以下几种：
（1）透平油（又称汽轮机油）。它的粘度适中，可在机组的运动件与约束件之间的间隙中形成油膜，以油膜的液体摩擦代替了固体之间的干摩擦，从而降低了摩擦系数；同时由于油的流动性，还可将摩擦产生的热量以对流的方式携带出来，与空气或冷却水进行热量交换。可见，透平油在机组轴承的运行中同时起到润滑和散热两种作用。调速器和其它液压操作设备的用油也是透平油，它在这些设备中还有着传递能量的功用。
（2）机械油（俗称机油）。粘度较大，供电动机、水泵、机修设备和起重机等润滑用。 （3）压缩机油。除供活塞式空气压缩机润滑外，还承担活塞与气缸壁间的密封作用。它能在温度t≤180℃的高温下正常工作。
（4）润滑脂（俗称黄油）。供滚动轴承和机组中具有相对运动部件之间的润滑。也对机组部件起防锈作用。
2. 绝缘油
绝缘油主要用于水电站电气设备中，油的绝缘性能远比空气好并可吸收和传递电气设备运行时产生的大量热量；绝缘油还可将断路器（也称油开关）断开负载时产生的电弧熄灭，故绝缘油的作用为散热、绝缘和消弧。
绝缘油主要有以下两类：
（1）变压器油。用于变压器和电流、电压互感器，起到绝缘和散热作用。 （2）开关油。用于断路器，有绝缘和消弧作用。
以上述各类油中，以透平油和变压器油用量最大，为水电站的主要用油。 8.1.2 油的基本性质
水电站用油要起到前述作用，保证设备正常运行，其基本性质至关重要。现将润滑油和绝缘油最重要的性质和性能指标介绍如下。
1. 物理性质
（1）粘度。液体质点受外力作用而相对移动时，在液体分子之间产生阻力的大小称为粘度。粘度是流体抵抗变形的性质，也是粘稠的程度。一般油品的粘度是随着工作温度上升而降低，工作温度下降而增高，而且会随着使用时间的延长而略有增高。油的粘度分动力粘度和运动粘度，常用运动粘度。动力粘度是液体中面积1cm2，相距1cm的两层液体，发生速度为1cm/s的相对移动时所受阻力的大小。运动粘度是液体动力粘度与其密度之比，常用υ表示，单位为m2/s。
油的粘度是油的重要特性之一，也是选择油品的一项重要指标。对于透平油系统，粘
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度大时，易于保持液体摩擦状态，但会加大液体阻力，增加摩擦损失，也不利于散热；粘度小时则相反；同时为便于运行管理，机组润滑用油与调速系统等操作用油宜选用同一牌号透平油，选用不同牌号油时应进行技术经济比较论证。对于绝缘油则要求较小的粘度，因为流动性好可以增强散热效果并有利于消弧。
（2）闪点。当油被加热至某一温度时，油的蒸气和空气混合后，遇火呈现蓝色火焰并瞬间自行熄灭（闪光）时的最低温度，称为闪点。若闪光时间长达5秒以上时，此温度即为油的燃点。闪点反映了油在高温下的稳定性。闪点的高低取决于油中含有沸点低、易挥发的碳氢化合物的数量。闪点低，油品易燃烧或爆炸。因此，闪点又是表示油品蒸发倾向和储运、使用的安全指标。
（3）凝固点。当油温下降，油品失去流动性而变为塑性状态时的最高温度称为凝固点。在测试中，将储油的试管倾斜45°角，经过一分钟，试管内油面不发生明显变形，即认为油凝固了。油凝固后不能在管道和设备中流动，会使润滑油的油膜破坏。对于绝缘油，既降低散热和灭弧作用，又增大断路器操作阻力，故在寒冷地区应选用凝固点较低的油。
（4）灰分与机械杂质。油品燃烧后所剩下的无机矿物质占原来油重的百分比，称为灰分。在油中以悬浮状态而存在的各种固体物质，如灰尘、金属屑、纤维物和结晶盐等，称为机械杂质。灰分与机械杂质均会破坏油的润滑性能和绝缘性能。
（5）抗乳化性。油与水蒸汽形成乳浊液后静置，达到完全分层所需的时间，称为抗乳化性（以分钟计）。它是透平油的专用指标。润滑油乳化后，粘度增高，泡沫加多，使机械杂质不易沉淀，析出的水分还会破坏油膜，影响润滑效果，加速部件磨损，同时也会加速油的氧化。
（6）透明度。清洁油是淡黄色透明液体。用透明度可以简易判断新油和运行油的清洁或被污染程度。
（7）水分。油中含有水分会助长有机酸的腐蚀能力和加速油的劣化，使油的绝缘强度降低，加速绝缘纤维的老化等。当油中含有水量超过0.01%~0.02%时，油的绝缘强度则降低到最小值（1.0KV）。故新油中不允许含有水分。
2. 化学性质
（1）酸值。油中游离有机酸的含量，称为油的酸值，以酸价表示。酸价是中和1克油中的酸性物质所需氢氧化钾的毫克数。酸值是控制油品精制深度和运行油品劣化程度的重要指标之一。酸能腐蚀金属和纤维（油中含有水分时，腐蚀性更强）。含酸的油与设备的金属表面接触后，会形成一种皂化物，它在循环式润滑油系统中，妨碍油在管道中的正常流动并降低油的润滑性能。新透平油和新绝缘油的酸值都不能超过0.05mgKOH/g；运行中的绝缘油不超过0.1mgKOH/g；运行中的透平油不超过0.2mgKOH/g。
（2）抗氧化安定性。油在运行过程中（高温下）抵抗氧化的能力，称为抗氧化安定性。油温愈高，愈容易氧化。油被氧化后会生成含有有机酸和其他物质的胶状沉淀物，从而使油管堵塞，酸值提高，引起腐蚀和润滑性能变坏。油的新标准中，要求设备运行1000h后油的酸值不得大于2.0mgKOH/g。目前，我国某些水电站采用在油中添加抗氧化剂的办法，根据使用情况看来，这是一项提高油品抗氧化安定性、延长使用时间的有效措施。
（3）水溶性酸、碱。油中若含有水溶性酸、碱，会使金属部件产生强烈腐蚀，并加快
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油的劣化。因此，水电站要求使用的油为中性油，不允许含有水溶性酸、碱。
3. 电气性质
（1）介质损耗因数。油在电场作用下，要消耗部分电能并转换成热能，单位时间内消耗的电能称为介质损失，并以介质损耗因数tg?来衡量。电压和电流间相角与90o的差值，称为介质损失角δ。tg?的大小，是绝缘油电气性能中的一个重要指标。其值越大时，不仅功率损失大，其绝缘性能也越差。tg?可以很灵敏地显示出油的污染程度，故介质损失角δ是检验绝缘油干燥、精制程度和老化程度的重要指标。
（2）绝缘强度。绝缘强度是评定绝缘油电气性能的主要指标之一，以在标准电极下的击穿电压表示。绝缘油的绝缘强度是保证设备安全运行的重要条件。油的击穿电压受很多因素影响，但决定性的因素是含水量。当水和固体杂质存在时，油的绝缘强度将严重下降。
水电站习惯上把新买回的油称为新油；不含水分和机械杂质、符合运行标准的油称为运行油；有某一指标不符合运行标准的油称为污油。
无论新油或运行油，对其性能都有严格的要求。运行中的透平油质量标准见表8-2所列；运行中的变压器油质量标准见表8-3所列。 8.1.3 油的牌号
在GB11120-89《透平油（汽轮机油）》中，国产透平油有32#、46#、68#和100#四种牌号，牌号的数值表示油在40℃时的运动粘度。目前，中小型水电站常用的国产透平油牌号有32#和46#两种，且通常选择防锈型的。
GB2536-90《绝缘油（变压器油）》中，国产绝缘油中变压器油有10#、25#和45#三种牌号，开关油有45#，牌号的数值表示油的凝固摄氏温度值（负值）。绝缘油一般选用25#绝缘油；在月平均最低气温不低于-10℃的地区，如无25#绝缘油时，可选用10#绝缘油；当月平均最低气温低于-25℃的地区，宜选用45#绝缘油。 8.1.4 油的净化
油在使用和储存过程中，因渗进水分、光线的照射、温度变化等因素的影响，会出现酸值增高，沉淀物增加，机械杂质增多等情况，改变了油的性质，从而不能保证设备的安全可靠运行。这种使油的性能恶化的现象称为油的劣化。
当油不符合质量标准时，应根据劣化程度采用不同措施加以净化处理。在水电站中常用的净化处理措施包括澄清、压力过滤和真空净化等。
1. 澄清
使油长时间在储油设备中静置，比重较大的水和机械杂质便会沉淀到底部，然后将其排出。虽然澄清并不能除去全部水分和杂质，但因此方法简单、廉价，对油质没有伤害而被广泛采用。
2. 压力过滤
把加压的油通过具有能够吸收水分和阻拦机械杂质的过滤层称为压力过滤。用特制且经过干燥的过滤纸做为过滤介质，将油加压并过滤的设备称为压力滤油机。压力滤油机的组成和工作原理如图8-1所示。滤油时，油泵将污油罐中的污油加压后进入滤油器，滤油器中的过滤纸不仅将油中的水分吸附下来，同时其纤维状毛细孔将油中的机械杂质滤了出来。滤后的油再排回清油罐。当滤纸的纤维吸饱水分或表面布满杂质后就应更换。