溧陽抽水蓄能電站發電電動機推力外循環系統穩定性研究

王榮,肖先照,楊劍,高學洪,陳啟宏,高熹

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發電有限公司,江蘇常州 213334)

0 引言[7]

溧陽抽水蓄能電站(簡稱“溧蓄”)裝有6臺單機容量為250MW的混流可逆式水泵水輪機-發電電動機組。其中發電電動機為立軸、半傘式、全空冷發電電動機。推力軸承采用外加泵外循環的冷卻方式。推力外循環系統屬于發電電動機重要的輔助設備,其穩定性不僅影響到機組啟動成功率,而且還影響到推力軸承的安全穩定性。

本文以溧陽抽水蓄能電站發電電動機推力軸承外循環系統為研究對象,重點分析研究了推力外循環控制系統穩定性,并對其穩定性運行提出相應建議,對抽水蓄能機組發電電動機推力外循環控制系統的設計、調試和運維有一定的參考意義。

1 系統組成[1]

推力外循環系統采用的是水冷卻方式,利用外循環油泵將油盆內熱油吸走,經過油水管路換熱器散熱冷卻后,再次流入油盆,反復進行油循環,以此來帶走熱量,實現冷卻效果。故推力外循環系統大體可分為三部分:油支路、水支路和控制盤柜組成。推力外循環系統實物如圖1所示,系統原理如圖2所示。

圖1 推力外循環系統實物圖

圖2 推力外循環系統原理圖

(1)油支路:設有2臺循環油泵,進、出油管路分別設置1支RTD監測油溫,1塊壓力表用來測量管路內壓力,1只壓力開關用來監測管路壓力并在壓力過低時發出報警信號,2個排氣閥對管路進行高位排氣處理,1支油流量計用來監測油流量并在流量過低時發出報警信號。

(2)水支路:進、出水管路分別設1支RTD用來監測水溫,1支流量開關用來監測管路內水流量并在流量低和過低時發出報警信號,2塊板式換熱器用來循環冷卻。

(3)控制盤柜:主要包括變頻器、PLC控制器及其模塊以及各種中間繼電器,模塊包括CPU模塊、電源模塊、開關量輸入及輸出模塊、RS485通信模塊。

2 運行方式及控制邏輯[2]

2.1 運行方式

溧蓄推力外循環系統設有2臺循環油泵,在“停止至旋轉熱備”工況轉換時啟動一臺循環油泵,“旋轉熱備至停止”工況轉換時,循環油泵則停止運行。兩臺油泵互為主備、輪流工作,當一套電機泵組出現故障時,自動啟動另一套電機泵組。

2.2 控制邏輯

推力外循環系統控制邏輯具體如下。

(1)啟動令來了,通過標志位啟動主用泵。標志位0時啟動1#泵,標志位1時啟動2#泵,兩臺泵依次輪換啟動。

(2)運行過程中,通過標志位切換,啟動備用泵。標志位切換條件有:主用泵不在自動控制方式or主用泵啟動條件不滿足or主用泵啟動后壓力低延時條件滿足。

(3)停機命令來了,油泵立即停止運行。

3 部分故障及應對措施[6]

3.1 主備用泵切換邏輯異常[5]

溧蓄推力外循環系統主備用泵切換邏輯,存在以下問題。

(1)啟動令來了,主用泵啟動回路異常據動,備用泵不啟動。

(2)運行過程中,主用泵運行信號丟失or變頻器輸出功率降低,備用泵不啟動。

應對措施:優化主備用泵切換邏輯的同時,增設部分中間繼電器,實現故障信號遠傳。

優化后的主備用泵切換邏輯:主用泵不在自動控制方式or主用泵啟動條件不滿足or主用泵啟動后壓力低延時條件滿足or主用泵運行信號丟失or主用泵變頻器故障。優化后的主備用泵切換邏輯如圖3所示。

圖3 優化后主備用切換邏輯圖

增設部分中間繼電器,故障信號遠傳,實現精準判斷,便于檢修維護處理。通過本次技術改造,推力外循環系統的穩定性大大提升。具體新增故障遠傳信號如表1所示。

表1 新增故障遠傳信號

3.2 震動噪音[3]

溧蓄推力外循環油泵在機組靜止和轉速在30%額定轉速以下時運行正常,無明顯異常聲響和振動。但是隨著轉速升高,泵的聲響逐漸增大,最終維持在96db,泵的振動達到0.26mm。如表2油泵震動噪音數據所示。

表2 油泵震動噪音數據

在機組高速旋轉時震動大噪音響的原因:機組高速轉動時,推力下導油盆中的潤滑油甩起狀態,油盆中的油分布情況呈U型狀,因油盆內原設計出油管路有一定的高程,故而單位時間內,油盆內部的出油管流量滿足不了油泵運行的吸油流量,與此同時,油泵的進/出口流量比較大,潤滑油循壞過快,油槽內的氣泡來不及釋放就直接進入到油泵吸口管路內,導致泵發出異常聲響和振動。

應對措施:通過增加消泡裝置、吸油支管增加水平管、更換變頻器啟動等幾方面進行減震消噪,采用最小限度的改造系統機械結構和電氣設備的做法,保留原有的推力外循環油泵,一方面節省了換泵帶來的工期延長,另一方面避免了設備資產的浪費,同時油泵采用變頻運行降低了電耗。

噪聲污染廠房環境,長時間對人的身心造成傷害;長期異常振動會影響到管路上安裝的自動化原件以及泵的使用壽命。推力外循環系統震動噪音問題的解決,改善了設備運行環境,消除了安全運行隱患,提升了推力外循環系統的穩定性。

3.3 電機接線柱燒毀[4]

溧蓄機組啟停頻繁,推力外循環系統循環油泵每天平均運行8h左右,運行時管路產生一定的振動。循環油泵電機進線電纜安裝布局存在缺陷,電纜折彎角度偏小,電纜受力較大,長期的振動導致電機接線柱線纜固定螺栓松動,過電流將燒毀電機接線柱,直至電機缺相報警停止運行。電機接線柱燒毀,如圖4所示。

圖4 電機接線柱燒毀

應對措施:重新調整循環油泵電機進線電纜安裝布局,放大電纜折彎角度,保證電纜不受力,同時將電纜固定綁扎牢靠;考慮到系統存在的特殊振動運行環境,定期對電機接線柱進行紅外測溫,并結合機組檢修,開展電機接線柱固定螺栓緊固工作。

3.4 電氣元件損壞

溧蓄推力外循環系統在運期間,控制盤柜內的變頻器、PLC控制器及其模塊以及各種中間繼電器,先后出現損壞情況,直接導致推力外循環油泵啟動失敗,不利于系統可靠性穩定運行。

應對措施:定期開展控制柜內部分電氣元件校驗工作,對校驗不合格的元件及時更換備件;定期對控制盤柜開展清灰工作,保證電氣元件的絕緣性能;加強控制盤柜的排風機、加熱器檢修維護工作,確保設備運行環境穩定。通過以上的措施執行,大大提高了推力外循環系統的穩定性。

4 處理措施

推力外循環系統運行的穩定性將直接影響機組,為確保機組安全可靠經濟運行,根據相關標準要求、結合設備運行經驗,提出以下建議:(1)推力外循環系統設備運行過程中會出現各種故障導致控制邏輯無法執行,可能會導致機組啟動失敗,結合設備實際運行工況,完善優化控制邏輯。(2)加強對推力外循環系統設備運行環境監視,綜合分析判斷,保障設備運行在最優環境。(3)對于壓力、溫度、電壓電流等元件嚴格按照檢定周期開展校驗工作,對于不合格的元件及時更換備件。

5 結語

溧蓄推力外循環系統從調試到商業運行,期間出現了各種故障,通過不斷深入研究分析,經過多次技術改造及設備日常維護管理,推力外循環系統的穩定性大大提高,為機組長周期安全穩定運行提供了保障。文中部分故障及應對措施,對抽蓄機組推力軸承外循環系統的設計、檢修和維護具有一定的參考意義。