趙洪峰 谷崢 侯桂欣
摘 要:我國(guó)在水電領(lǐng)域中大力推廣抽水蓄能發(fā)電,但抽水蓄能發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中,往往出現(xiàn)定子線圈異常升溫問題。本文將根據(jù)實(shí)例,闡述通過通風(fēng)試驗(yàn)、風(fēng)溫測(cè)量,尋找機(jī)組異常升溫的原因,及對(duì)機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造、達(dá)到降溫的方法。
關(guān)鍵詞:水電站;抽水蓄能;發(fā)電機(jī)組;升溫;通風(fēng)系統(tǒng)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.179
抽水蓄能發(fā)電是水力發(fā)電的一種特殊形式,在電網(wǎng)運(yùn)行的電谷負(fù)荷期,抽水蓄能電站吸取電網(wǎng)中的電能將水抽取至上庫儲(chǔ)存,在電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)入高峰負(fù)荷期,再用上庫的水進(jìn)行發(fā)電,充分利用水能與電能,綜合效率在2/3~75%之間[1]。
一些投入運(yùn)行的抽水蓄能機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)可能無法帶走運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量,影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就需要認(rèn)真分析這類問題出現(xiàn)的原因,為機(jī)組降溫、冷卻,避免機(jī)組因過熱發(fā)生故障。
1 實(shí)例分析
2016年,黑龍江某水電廠抽水蓄能機(jī)組(哈爾濱電機(jī)廠有限公司產(chǎn)品)在運(yùn)行中出現(xiàn)了定子線圈過熱、線圈被局部擊穿。技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了一系列試驗(yàn) 。
1.1 通風(fēng)試驗(yàn)
該機(jī)組有4臺(tái)冷卻器,每個(gè)冷卻器面積為2平方米,經(jīng)通風(fēng)試驗(yàn),風(fēng)速在每秒3.4米~3.6米之間,風(fēng)量在26立方米/秒~29立方米/秒之間。該機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)量為28.6立方米/秒,通風(fēng)試驗(yàn)表明實(shí)際風(fēng)量值與設(shè)計(jì)值誤差并不大。上端鼓風(fēng)機(jī)與下端鼓風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量也基本平衡(分別為14立方米/秒與12立方米/秒),兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)壓力的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值也較為接近。
1.2 測(cè)量定子風(fēng)溝風(fēng)速、風(fēng)溫
技術(shù)人員對(duì)鼓風(fēng)機(jī)正下方與側(cè)面定子風(fēng)溝風(fēng)速、風(fēng)溫進(jìn)行了測(cè)量,發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)正下方風(fēng)溝第1鐵心段號(hào),風(fēng)速為每秒15米,第5鐵心段號(hào),風(fēng)速為每秒20米,第20鐵心段號(hào),風(fēng)速為每秒15米;鼓風(fēng)機(jī)側(cè)面風(fēng)溝第1鐵心段號(hào),風(fēng)速為每秒18米,第5鐵心段號(hào),風(fēng)速為每秒25米,第20鐵心段號(hào),風(fēng)速下降為每秒11米。在第1鐵心段號(hào),風(fēng)溫為44℃;第7鐵心段號(hào),風(fēng)溫為47℃;第21鐵心段號(hào),風(fēng)溫為45攝氏度。
通過分析,發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)上端風(fēng)速低于下端風(fēng)速,上端風(fēng)溫低于下端風(fēng)溫,這表明抽水蓄能電機(jī)下端冷卻效果不及上端。
1.3 通風(fēng)損耗試驗(yàn)
技術(shù)人員又進(jìn)行了通風(fēng)損耗試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境溫度為29℃時(shí),冷風(fēng)電阻網(wǎng)電阻為81歐姆,熱風(fēng)電阻網(wǎng)電阻為70歐姆。冷風(fēng)電阻網(wǎng)溫度在31℃~32℃之間,熱風(fēng)電阻網(wǎng)溫度在42度左右。這樣便計(jì)算出通風(fēng)損耗,大約為303千瓦。與原設(shè)計(jì)值相比,實(shí)測(cè)值有所增大。而通風(fēng)試驗(yàn)又表明電機(jī)風(fēng)量與設(shè)計(jì)值較為吻合,如果通風(fēng)損耗值也符合設(shè)計(jì)值,那么,電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行卻出現(xiàn)了過熱,這表明電機(jī)的實(shí)際損耗超過了設(shè)計(jì)值。最后計(jì)算出抽水蓄能機(jī)組電動(dòng)機(jī)溫升33℃,總損耗為1010千瓦;發(fā)電機(jī)溫升 32℃,總損耗為976千瓦。
2 通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造
抽水蓄能機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)組冷卻方式有很大的影響。中低速機(jī)組容量較大,電機(jī)直徑大,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)力能夠滿足設(shè)計(jì)風(fēng)量,因而采用無風(fēng)扇徑向通風(fēng)系統(tǒng),不僅可以降低通風(fēng)損耗,而且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單[2]。高速機(jī)組轉(zhuǎn)速快,結(jié)構(gòu)嚴(yán)密,通風(fēng)空間較小,需安裝鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)[3]。本案例中所提到的機(jī)組便屬于高速機(jī)組。
2.1 風(fēng)量計(jì)算、分析機(jī)組定子各部分溫度
技術(shù)人員分析了該機(jī)組結(jié)構(gòu),確定了其中鼓風(fēng)機(jī)、冷卻器、風(fēng)阻元件、壓力元件等各個(gè)部件。計(jì)算出該機(jī)組總風(fēng)量應(yīng)為25立方米/秒。然后對(duì)該機(jī)組定子各部分溫度進(jìn)行了計(jì)算,得出的結(jié)果為:定子繞組溫度平均值為127℃,定子軛部溫度平均值為68℃,定子齒部溫度平均值為92℃,與設(shè)計(jì)值相比明顯偏高。
2.2 改造方案
2.2.1 改造鼓風(fēng)機(jī)
技術(shù)人員決定盡量節(jié)約資金,充分利用原有元件,將該機(jī)組原上端的6臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)安裝到下端,在上端更換4臺(tái)大功率鼓風(fēng)機(jī)。下端鼓風(fēng)機(jī)安裝直徑為480毫米,開孔直徑與安裝直徑相吻合,功率為6.5千瓦,工作點(diǎn)壓力為1200帕斯卡,風(fēng)量為2.3立方米/秒;上端鼓風(fēng)機(jī)安裝直徑為600毫米,功率為11千瓦,工作點(diǎn)壓力為1550帕斯卡,風(fēng)量為4立方米/秒。
2.2.2 密封電機(jī)結(jié)構(gòu)
鑒于原電機(jī)上端存在間隙,導(dǎo)致冷風(fēng)損失,熱風(fēng)回風(fēng),因此對(duì)電機(jī)上的這些間隙進(jìn)行了密封,以提高冷卻效率。
2.2.3 改造冷卻器
該電機(jī)原有的冷卻器以不銹鋼散熱片進(jìn)行分組穿管,各組冷卻管之間的間隙較寬,熱風(fēng)還沒有來得及徹底冷卻就從間隙中流出,導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)冷風(fēng)入口溫度過高;同時(shí),不銹鋼導(dǎo)熱能力也較差[4]。因此,技術(shù)人員決定將不銹鋼穿片式空氣冷卻器更換為銅片冷卻器,以便在有限的安裝空間更快地降低溫度。據(jù)計(jì)算,銅片冷卻器出風(fēng)溫度可降低至34℃(原出風(fēng)溫度為38℃)。
2.2.4 改造后的機(jī)組風(fēng)量與定子各部分溫度
技術(shù)人員對(duì)改造后的抽水蓄能機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算,得出的結(jié)果為:總風(fēng)量達(dá)到29立方米/秒,較之原風(fēng)量增加了4立方米/秒;定子繞組溫度平均值為120℃,較原值下降了7℃;定子軛部溫度平均值為61℃,較原值下降了7℃。定子各部分溫度明顯下降。然后,技術(shù)人員進(jìn)行了開機(jī)試驗(yàn),機(jī)組工作一切正確,電機(jī)運(yùn)行的溫度降到了限值溫度以下。
3 結(jié)束語
通過這次對(duì)抽水蓄能機(jī)組的改造,技術(shù)人員發(fā)現(xiàn):造成機(jī)組溫度過熱的主要原因是上下兩端鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速不平衡與冷卻器制冷效果不佳。因而在不改動(dòng)機(jī)組結(jié)構(gòu)的前提下更換、新增了鼓風(fēng)機(jī)、密閉了機(jī)組上的空隙,并更新了冷卻器,從而達(dá)到了為機(jī)組降溫、冷卻的效果。
參考文獻(xiàn):
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