抽水蓄能电站发电电动机上导润滑油污染原因分析及对策

2014-10-21朱冠宏薛小兵

水力发电 2014年2期

朱冠宏，薛小兵

（华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏宜兴 214205）

1 工程概况及发电电动机技术参数

江苏宜兴抽水蓄能电站位于宜兴市西南郊,处于苏南负荷中心，属日调节纯抽水蓄能电站。电站以两回500 kV出线接入华东电网和江苏主网架，在系统中承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用的任务。电站枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房、地面开关站和中控楼组成。电站输水系统为一管两机，输水系统单管总长度约2800 m，引水系统进出水口设置的闸门井兼作上游调压井，尾水隧洞全长1600 m，设有独立的调压井。电站装有4台单机容量为250 MW的立轴单级混流可逆式机组，总装机容量1000 MW，年发电量14.9亿kW·h，年抽水用电量18.6亿kW·h，上、下水库正常蓄水位分别为471.5、78.9 m。

发电电动机为立轴、悬式、空冷可逆式同步发电机，额定容量:发电工况278 MV·A，电动工况275 MW；发电工况最大持续容量:290 MV·A（cosφ=0.95滞后）；额定功率因素:发电工况0.9滞后，电动工况0.98（吸收有功，发感性无功）；额定电压15.75 kV；额定频率50 Hz；相数为3；额定转速375 r/min；定、转子绝缘等级为F级；发电机工况旋转方向为俯视逆时针旋转，电动机工况旋转方向为俯视顺时针旋转。

2 发电电动机结构

机组主轴采用二根轴结构，发电电动机轴与水泵水轮机轴采用法兰螺栓连接。推力轴承与上导轴承组成组合轴承位于转子上方，下导轴承位于转子下方。机组采用水喷雾灭火装置和带空气冷却器密闭通风系统。定子绕组为分相绕组，Y形接线，每相为四分支绕组构成。发电电动机主引线和中性点引线分别布置在第三象限和+X轴位置，中性点设备柜布置在第四象限。推力轴承设置在转子上方上机架上，采用10块轴承瓦的弹性支承结构，并配置高压油顶起装置，冷却方式为内循环冷却。转子上、下方各设一个导轴承，导轴承为自润滑、油浸式、分块瓦可调结构。上、下机架为辐射型钢板结构，上机架由中心体和8个径向支臂和8个轴向支腿组成，再由4个径向组合支臂将径向力转化成切向力作用于风洞壁上，8个支腿将轴向力转换到定子机架上；下机架由中心体和6个径向支臂组成。

2.1 发电电动机定子

发电机定子由机座、铁芯、绕组组成。机座的基础板用作调整机座水平和中心，埋于8机坑基础内并由基础螺杆固定。定子铁芯采用低损耗、无时效的优质轧硅钢片，两面均匀涂有绝缘漆。叠片的叠压采用交错叠制，分段分层压紧法。叠片采用鸽尾键固定在机座上，上下两端采用非磁性齿压板夹牢。齿压板可以保证铁芯热膨胀后有足够的活动裕度。铁芯的整个堆积高度方向上设有均匀分布的通风槽，通风槽采用矩形断面的不锈钢撑条隔成。

2.2 发电电动机转子

发电电动机机转子主要由转子支架、磁轭和磁极、集电环等组成。转子支架为焊接钢板结构式，8个支臂呈辐射状，支臂上下端部环形加强筋，并设有转子配重块支撑板。磁轭采用高温度的优质钢板冲制成扇形，分上、下两段磁轭，磁轭键共16组，为定子和转子磁极的冷却提供冷风。磁极共16个，用磁极键固定在磁轭上，磁极上、下端装有阻尼环。集电环设于转子上端轴顶部，由高抗磨材料制成，励磁主引线通过主轴中孔经转子磁轭上部与磁极相连，碳刷装置采用恒压弹簧式刷盒。

2.3 发电电动机推力、上导轴承

（1）推力轴承承受发电电动机和水泵水轮机转动部分的总质量和水泵水轮机转轮的最大水推力的综合负载，采用10块轴承瓦的弹性支承结构，推力轴承采用镜板泵内循，主要由油槽、推力头、镜板、碟簧、推力支撑环、挡油圈、推力油冷却器、高压油顶起装置等组成。

（2）推力瓦总共为10块，每块由钢瓦和铜瓦组合而成，碟簧支承可自动地调整水平度利于形成油膜。推力头与镜板通过螺栓和销钉连接。镜板正面为精加工面，其镜面平面度≤0.02 mm，镜面粗糙度Ra≤0.02。推力头与镜板之间及推力瓦架与底环之间设有分层绝缘垫，用以实现调整机组摆渡和轴电流保护功能。

（3）推力、上导轴承共用一只油槽，推力、上导油槽的油量为3.6 m3，冷却水流量为9×10-3m3/s。推力轴承设有一套高压油装置，通过一台交流常压注油泵和一台直流常压注油泵将高压油注入到各推力瓦与镜板之间形成油膜，在机组转速低于90%Nr时投入。

（4）上导轴承设于上机架内部，为油浸、自润滑、可调的分块瓦型，主要由轴领、上导瓦、支撑环板、抗重螺栓、挡油板及其附件组成，主要用于承受机组运行时产生的径向力和限制大轴摆度。上导轴承间隙根据机组盘车数据通过调整抗重螺栓来实现。

（5）上导瓦14块为巴氏合金瓦，它贴靠于经过精加工的上导轴领表面上，通过支撑环板上的抗重螺栓及上导瓦架支撑，支撑环板与机架绝缘，并设有轴电流保护装置，防止轴电流对瓦面造成危害。

3 碳粉进入发电电动机推力、上导油盆原因分析

发电电动机磁极碳刷与推力、上导油盆盖板在同一小室内（见图1）。

图1 发电动机集电环室剖面示意

伞式发电机组上导油盆位于转子磁极碳刷下方，同在一个相对密闭的集电环内。机组长时间运行后产生大量的碳粉，由于集电环室3只风扇形成的气流，碳粉在风力的作用下四处飘动，最后落在上导油盆盖板及地板上。其中大部分碳粉在重力作用下，直接降落在上导油盆盖板靠大轴侧密封上，电站采用羊毛毡作为密封材料，其上吸附了大量的碳粉。发电机大轴与羊毛毡之间有相对运动，之间存在一定的间隙，且局部间隙相对偏大。机组运行时间久了，羊毛毡吸附的碳粉颗粒会饱和，部分碳粉会从缝隙处进入到上导油盆，从而影响发电电动机上导润滑油的品质，对机组的安全稳定运行造成危害。

4 发电电动机上部油盆除尘对策

4.1 增设除尘装置

除尘装置示意见图2，主要由 “保护伞”与一根集尘管路组成。

图2 发电动机推力、上导油盆除尘装置示意

在发电电动机推力头上加装一只 “保护伞”，除尘保护装置的 “保护伞”用0.5 mm灰镀锌板，抱住大轴的部分涂抹一层乐泰5900密封胶，在接头位置分别打 “一”字孔，在调节好 “保护伞”张力后用螺栓将其紧固。

上导油盆盖板靠大轴侧上方，“保护伞”下方延发电电动机推力头一周布置汲尘管路，通过在上导油盆盖板内侧螺栓上加装夹具，固定该管路。汲尘管路采用薄壁PVC材质，在管路靠发电电动机大轴侧一圈打6 mm孔，孔距2 mm在管路上打孔作为进风口汲尘，出风口连接一吸尘器。汲尘管路的出风口连接一吸尘器，外置吸尘器的功率达到1400 W，该吸尘器的电源取自集电环室排风机动力电源，该风机随机组启停而启停，通过该风机启停控制吸尘器启停。

4.2 更换推力、上导油盆

将上导盖板与大轴之间羊毛毡密封更换成接触式密封（见图3），接触式密封盖能有效地解决机组碳粉污染的问题。这种接触式密封装置设计巧妙、结构合理，其最大特点是接触齿与转轴直接接触，具有良好的径向跟踪功能。此种接触式密封盖是通过完整的力学链来保证和约束接触齿与转轴之间的压力，在这个完整力学链的控制下，密封装置和转轴之间能够接触，它既包含了动态的运行，又包含了静态的需要，将动态与静态有机地结合在一起，以满足运行中各种压力的需要，达到长期有效的理想密封效果，从而防止了碳粉进入上导油盆。