溧陽抽水蓄能電站發電電動機推力及下導軸承外循環冷卻系統設計

王書楓，王艷武（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

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溧陽抽水蓄能電站發電電動機推力及下導軸承外循環冷卻系統設計

王書楓，王艷武
（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

[摘要]溧陽發電電動機發電機工況額定容量為277.8MVA，電動機工況額定輸出功率為269MW，額定轉速300r/min。設計采用外加泵外循環推力及下導軸承潤滑冷卻方式。本文重點介紹該發電電動機推力及下導軸承外循環冷卻系統設計。

[關鍵詞]抽水蓄能；發電電動機；推力及下導軸承；外循環；冷卻系統；控制設備

0　引言

溧陽發電機工況額定容量為277.8MVA，電動機工況額定輸出功率為269MW，額定轉速300r/min。

發電電動機推力軸承采用單波紋彈簧油箱支撐結構，推力及下導軸承采用外加泵外循環冷卻方式。外循環冷卻器組設置在機坑外。本文重點介紹該發電電動機推力及下導軸承外循環冷卻系統設計。

1　外循環系統組成

水輪發電機推力軸承在運行過程中因軸承摩擦產生熱量，需要將軸承潤滑油進行冷卻，以保證軸承運行溫度。所以需要一套合理的冷卻系統，確保在機組運行過程中，不間斷連續運行。

推力及下導軸承外循環冷卻系統由電機泵組、油過濾器、水過濾器、換熱器以及一些必要的閥門附件組成，如圖1所示。系統潤滑參數見表1。

推力及下導軸承外循環冷卻系統布置在機坑外，通過電機泵組形成循環動力，將油槽內的潤滑熱油吸入外循環冷卻系統內。電機泵組共兩套，互為備用。當一套電機泵組出現故障時，自動啟動另一套電機泵組，保證外循環系統可靠運行。在每套電機泵組的出口，配置了單向閥，保證兩套電機泵組不存在短路現象。電機泵組內部采用液控保護閥，在壓力過載時開啟，保護電機泵組安全。潤滑油通過布置在泵出口的油過濾器后流向換熱器。油過濾器位置設置旁路，在油過濾器整體檢修時，開啟旁路，保證機組正常運行。油過濾器為雙筒過濾器，定期通過閥門切換，清除過濾器中的雜質后回裝。之后，潤滑油流入換熱器，在換熱器內進行熱交換后，通過回油總管流回油槽。換熱器采用板式換熱器，共兩臺，一臺正常運行使用，另一臺事故備用。當某臺換熱器出現漏水等故障時，采用閥門將事故換熱器油和水管路關閉，拆卸檢修，并開啟備用換熱器，不影響機組正常運行。板式換熱器的特點是能夠進行充分的熱交換，換熱效率較高。但由于板式換熱器對水質的要求較高，在水管路的入口處需配置雙筒水過濾器。水過濾器可通過閥門切換，清除過濾器中的雜質后回裝。外循環系統配置超聲波流量計，在線監控機組潤滑油的流量，保證在流量波動較大時輸出報警信號。閥門附件包括測溫元件、壓力表、端子箱以及組成系統所需的管路、法蘭、閥門、自動化元件和電纜等。

圖1推力及下導軸承外循環冷卻卻系統

表1　潤滑參數

2　外循環系統油路結構設計

推力及下導軸承外循環冷卻系統結構設計主要包括油槽部分管路設計和外循循環冷卻裝置。

油槽部分管路設計時，將油槽分成上、下兩個腔。上腔為熱油區，下腔為回油區。熱油區布置若干根出油分管，盡量保證均勻吸走熱油。之所以將出油分分管口布置較高，是因為熱油一般上浮。外部泵將熱油吸入布置在機架下部的出油環管內，最終匯到出油總管進入外循環冷卻裝置內進行熱交換。經過熱交換后的潤滑油最終通過回油管流回油槽，具體結構如圖2所示。

由于空間緊張，推力及下導軸承外循環冷卻裝置需集成布置在一個規定的空間內。布置時要考慮系統內任何一個零部件在不干涉其他零部件的情況下可方便拆卸、檢修和維護。由于尺寸限制，，整個推力軸承外循環裝置布置在兩個安裝底盤上。兩個底盤需有可靠的定位和連接裝置，可自由拆開和組裝，便于運輸。安裝底盤與地面接觸部位設有防振設計。底盤具有儲油功能，以避免檢修或設備滲漏油，水污染其他設備或環境，并裝設排污閥門。裝置的零部件有接地設計。外循環裝置與地板混凝土連接為膨脹螺栓連接。裝置設有一個集成端子箱，所有元件的電纜和動力電纜（（電機電纜除外）連接到該箱內，控制電纜和動力電纜有效隔開，箱內有有20% 備用端子。所有裝置內零部件在承制廠內將工地組裝需要的的焊接坡口和法蘭焊接完畢，在工地只需必要的連接即可。外循環冷卻裝置安裝前作耐壓試驗。系統中所有電纜走線有電纜橋架或電纜護套。整套裝置在最高處設置排氣閥，在最低處設置排空閥，如圖3所示。

圖2　油槽部分管路

圖3　外循環冷卻裝置布置

3　外循環系統控制設備設計

推力及下導軸承外循環冷卻系統控制部分主要指推力外循環啟動柜。它主要由柜體、選擇開關、按鈕、組合排燈、電壓表及電流表、斷路器、銅排、接觸器、軟啟動器、恒溫控制器、雙電源轉換模塊、三相電源監視繼電器、中間繼電器、安裝板及行線槽等附件組成，各個元件具體安裝位置如圖4所示。

圖4　推力外循環啟動柜

其中選擇開關（項2）有手動、切除及自動三個檔位；手動位時，可現地啟動或停止推力外循環油泵，自動位時，可以接受來自推力外循環輔助控制柜的起泵命令或停泵命令，并在條件滿足時實現相應的動作，切除位時，無論手動和自動均不能進行起停泵操作。按鈕（項3）設置了油泵起動按鈕及油泵停止按鈕；組合排燈（項4）用于監視各路電源及兩臺油泵工作情況。多個斷路器（項6）分別用于隔斷或提供2路AC380，2路AC220V作為電源轉換源，2路AC220V作為接觸器控制用，一路AC220V作為備用，一路AC220V作為柜內照明，一路DC24V用于其他控制回路電源。接觸器（項8）含一個主接點，多個輔助接點，主接點用來開閉系統主要回路，輔助接點用來執行控制指令。軟啟動器（項9）可以在啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機，而且可根據電動機負載特性調節啟動過程中的各種參數，如限流值、啟動時間等。恒溫控制器與加熱器（項10）聯合用于檢測推力外循環啟動柜柜內溫度過低或濕度過大時，啟動加熱器，從而保證柜內的溫度及濕度維持在一定范圍內。雙電源切換模塊（項11）用于提供冗余的AC220V電源，可以手動及自動切換，大大提高了電源的可靠性及可控制性。中間繼電器（項13）用于增加接點數量，控制多個回路的通斷，從而實現相應的邏輯控制。

4　結束語

溧陽發電電動機推力及下導軸承外循環冷卻系統利用電機泵組產生循環動力，可保證足夠的參與換熱的潤滑流量。設計了備用電機泵組、備用換熱器和備用過濾器，配合自動化控制系統，能夠充分保證推力及下導軸承的潤滑冷卻需要，為機組整體安全穩定運行提供了可靠保證。

王書楓(1982-)，2009年畢業于哈爾濱理工大學機械設計及其自動化專業，碩士研究生，長期從事水輪發電機的自動化控制設計工作，工程師。

審稿人：劉公直

External Circulation Cooling System Design of Thrust Bearing and Lower Guide Bearing for Liyang Pumped Storage Generator-motor

WANG Shufeng, WANG Yanwu
(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

Abstract:Rated capacity of Liyang generator is 277.8MVA, and rated output is 269MW for motor, rated speed is 300r/min. This article focuses on the design of generator-motor thrust and lower guide bearing external circulation cooling system.

Key words:pumped storage; generator-motor; thrust and lower guide bearings; external circulation; cooling system; control device

[作者簡介]

[收稿日期]2015-04-03

[中圖分類號]TM32

[文獻標識碼]A

[文章編號]1000-3983(2016)01-0013-03