抽水蓄能電站發電電動機上導潤滑油污染原因分析及對策

2014-10-21 02:01:18朱冠宏薛小兵

水力發電 2014年2期

朱冠宏，薛小兵

（華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇宜興 214205）

1 工程概況及發電電動機技術參數

江蘇宜興抽水蓄能電站位于宜興市西南郊,處于蘇南負荷中心，屬日調節純抽水蓄能電站。電站以兩回500 kV出線接入華東電網和江蘇主網架，在系統中承擔調峰、填谷、調頻、調相和事故備用的任務。電站樞紐由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房、地面開關站和中控樓組成。電站輸水系統為一管兩機，輸水系統單管總長度約2800 m，引水系統進出水口設置的閘門井兼作上游調壓井，尾水隧洞全長1600 m，設有獨立的調壓井。電站裝有4臺單機容量為250 MW的立軸單級混流可逆式機組，總裝機容量1000 MW，年發電量14.9億kW·h，年抽水用電量18.6億kW·h，上、下水庫正常蓄水位分別為471.5、78.9 m。

發電電動機為立軸、懸式、空冷可逆式同步發電機，額定容量:發電工況278 MV·A，電動工況275 MW；發電工況最大持續容量:290 MV·A（cosφ=0.95滯后）；額定功率因素:發電工況0.9滯后，電動工況0.98（吸收有功，發感性無功）；額定電壓15.75 kV；額定頻率50 Hz；相數為3；額定轉速375 r/min；定、轉子絕緣等級為F級；發電機工況旋轉方向為俯視逆時針旋轉，電動機工況旋轉方向為俯視順時針旋轉。

2 發電電動機結構

機組主軸采用二根軸結構，發電電動機軸與水泵水輪機軸采用法蘭螺栓連接。推力軸承與上導軸承組成組合軸承位于轉子上方，下導軸承位于轉子下方。機組采用水噴霧滅火裝置和帶空氣冷卻器密閉通風系統。定子繞組為分相繞組，Y形接線，每相為四分支繞組構成。發電電動機主引線和中性點引線分別布置在第三象限和+X軸位置，中性點設備柜布置在第四象限。推力軸承設置在轉子上方上機架上，采用10塊軸承瓦的彈性支承結構，并配置高壓油頂起裝置，冷卻方式為內循環冷卻。轉子上、下方各設一個導軸承，導軸承為自潤滑、油浸式、分塊瓦可調結構。上、下機架為輻射型鋼板結構，上機架由中心體和8個徑向支臂和8個軸向支腿組成，再由4個徑向組合支臂將徑向力轉化成切向力作用于風洞壁上，8個支腿將軸向力轉換到定子機架上；下機架由中心體和6個徑向支臂組成。

2.1 發電電動機定子

發電機定子由機座、鐵芯、繞組組成。機座的基礎板用作調整機座水平和中心，埋于8機坑基礎內并由基礎螺桿固定。定子鐵芯采用低損耗、無時效的優質軋硅鋼片，兩面均勻涂有絕緣漆。疊片的疊壓采用交錯疊制，分段分層壓緊法。疊片采用鴿尾鍵固定在機座上，上下兩端采用非磁性齒壓板夾牢。齒壓板可以保證鐵芯熱膨脹后有足夠的活動裕度。鐵芯的整個堆積高度方向上設有均勻分布的通風槽，通風槽采用矩形斷面的不銹鋼撐條隔成。

2.2 發電電動機轉子

發電電動機機轉子主要由轉子支架、磁軛和磁極、集電環等組成。轉子支架為焊接鋼板結構式，8個支臂呈輻射狀，支臂上下端部環形加強筋，并設有轉子配重塊支撐板。磁軛采用高溫度的優質鋼板沖制成扇形，分上、下兩段磁軛，磁軛鍵共16組，為定子和轉子磁極的冷卻提供冷風。磁極共16個，用磁極鍵固定在磁軛上，磁極上、下端裝有阻尼環。集電環設于轉子上端軸頂部，由高抗磨材料制成，勵磁主引線通過主軸中孔經轉子磁軛上部與磁極相連，碳刷裝置采用恒壓彈簧式刷盒。

2.3 發電電動機推力、上導軸承

（1）推力軸承承受發電電動機和水泵水輪機轉動部分的總質量和水泵水輪機轉輪的最大水推力的綜合負載，采用10塊軸承瓦的彈性支承結構，推力軸承采用鏡板泵內循，主要由油槽、推力頭、鏡板、碟簧、推力支撐環、擋油圈、推力油冷卻器、高壓油頂起裝置等組成。

（2）推力瓦總共為10塊，每塊由鋼瓦和銅瓦組合而成，碟簧支承可自動地調整水平度利于形成油膜。推力頭與鏡板通過螺栓和銷釘連接。鏡板正面為精加工面，其鏡面平面度≤0.02 mm，鏡面粗糙度Ra≤0.02。推力頭與鏡板之間及推力瓦架與底環之間設有分層絕緣墊，用以實現調整機組擺渡和軸電流保護功能。

（3）推力、上導軸承共用一只油槽，推力、上導油槽的油量為3.6 m3，冷卻水流量為9×10-3m3/s。推力軸承設有一套高壓油裝置，通過一臺交流常壓注油泵和一臺直流常壓注油泵將高壓油注入到各推力瓦與鏡板之間形成油膜，在機組轉速低于90%Nr時投入。

（4）上導軸承設于上機架內部，為油浸、自潤滑、可調的分塊瓦型，主要由軸領、上導瓦、支撐環板、抗重螺栓、擋油板及其附件組成，主要用于承受機組運行時產生的徑向力和限制大軸擺度。上導軸承間隙根據機組盤車數據通過調整抗重螺栓來實現。

（5）上導瓦14塊為巴氏合金瓦，它貼靠于經過精加工的上導軸領表面上，通過支撐環板上的抗重螺栓及上導瓦架支撐，支撐環板與機架絕緣，并設有軸電流保護裝置，防止軸電流對瓦面造成危害。

3 碳粉進入發電電動機推力、上導油盆原因分析

發電電動機磁極碳刷與推力、上導油盆蓋板在同一小室內（見圖1）。

圖1 發電動機集電環室剖面示意

傘式發電機組上導油盆位于轉子磁極碳刷下方，同在一個相對密閉的集電環內。機組長時間運行后產生大量的碳粉，由于集電環室3只風扇形成的氣流，碳粉在風力的作用下四處飄動，最后落在上導油盆蓋板及地板上。其中大部分碳粉在重力作用下，直接降落在上導油盆蓋板靠大軸側密封上，電站采用羊毛氈作為密封材料，其上吸附了大量的碳粉。發電機大軸與羊毛氈之間有相對運動，之間存在一定的間隙，且局部間隙相對偏大。機組運行時間久了，羊毛氈吸附的碳粉顆粒會飽和，部分碳粉會從縫隙處進入到上導油盆，從而影響發電電動機上導潤滑油的品質，對機組的安全穩定運行造成危害。

4 發電電動機上部油盆除塵對策

4.1 增設除塵裝置

除塵裝置示意見圖2，主要由 “保護傘”與一根集塵管路組成。

圖2 發電動機推力、上導油盆除塵裝置示意

在發電電動機推力頭上加裝一只 “保護傘”，除塵保護裝置的 “保護傘”用0.5 mm灰鍍鋅板，抱住大軸的部分涂抹一層樂泰5900密封膠，在接頭位置分別打 “一”字孔，在調節好 “保護傘”張力后用螺栓將其緊固。

上導油盆蓋板靠大軸側上方，“保護傘”下方延發電電動機推力頭一周布置汲塵管路，通過在上導油盆蓋板內側螺栓上加裝夾具，固定該管路。汲塵管路采用薄壁PVC材質，在管路靠發電電動機大軸側一圈打6 mm孔，孔距2 mm在管路上打孔作為進風口汲塵，出風口連接一吸塵器。汲塵管路的出風口連接一吸塵器，外置吸塵器的功率達到1400 W，該吸塵器的電源取自集電環室排風機動力電源，該風機隨機組啟停而啟停，通過該風機啟停控制吸塵器啟停。

4.2 更換推力、上導油盆

將上導蓋板與大軸之間羊毛氈密封更換成接觸式密封（見圖3），接觸式密封蓋能有效地解決機組碳粉污染的問題。這種接觸式密封裝置設計巧妙、結構合理，其最大特點是接觸齒與轉軸直接接觸，具有良好的徑向跟蹤功能。此種接觸式密封蓋是通過完整的力學鏈來保證和約束接觸齒與轉軸之間的壓力，在這個完整力學鏈的控制下，密封裝置和轉軸之間能夠接觸，它既包含了動態的運行，又包含了靜態的需要，將動態與靜態有機地結合在一起，以滿足運行中各種壓力的需要，達到長期有效的理想密封效果，從而防止了碳粉進入上導油盆。