浅谈某蓄能电厂冷水机构成及故障分析

蒋玉林 王志楠 赵亚康

摘  要：冷水机作为厂房通风空调系统的核心部件，保障其正常运行是实现厂房温度控制的关键。研究发现冷水机在运行期间经常会出现过压缩机冷媒系统进水，电机对地绝缘不足等问题。基于此，本文主要分析了上述两个故障的原因并提出对应改进措施，以期为后期有效解决该类问题提供经验。

关键词：冷水机;运行;故障;分析;改造

中图分类号：TV743  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）02-0000-00

0 概述

某抽水蓄能电厂（以下称某蓄）安装有8台可逆式水泵水轮发电机组，单机容量为300MW。机组在运行过程中产生大量热量，研究发现除了技术供水系统带走机组大部分热量外，还需通过厂房通风空调系统对厂房温度进行有效控制，进而保证机组设备在适宜的温度下运行。冷水机作为通风空调系统中冷冻水与冷却水进行热量交换的核心设备，其对整个空调系统的运行效率至关重要。

1 冷水机系统介绍

1.1 冷水机系统的组成及作用

某蓄共安装有4台约克公司的YR型冷水机，A，B厂各两台机组。冷水机主要由驱动系统、油分离器、冷凝器、蒸发器和控制中心组成，见图1。

驱动系统由压缩机和密封型工业感应电机组成。压缩机是容积式、可变体积、直驱、双旋螺杆式压缩机，通过电机带动螺杆旋转使进入压缩机的气体被压缩，见图2。

油分离器通过离心力作用将混合物中的润滑油分离出来。分离出的润滑油经油过滤器后重新回到压缩机中再次对机器进行润滑。

冷凝器是冷却水与冷媒气体交换热量的装置。冷却水带走冷媒中蒸发器的热负荷以及压缩产生的热负荷，实现将冷媒由气态变为液态。过冷的液态冷媒会在压差作用下通过可变节流孔流入到蒸发器中。

蒸发器是冷冻水与冷媒交换热量的装置。液态冷媒通过可变节流孔后进入到蒸发器，由于冷媒此时的温度小于冷冻水的温度，冷媒开始吸热蒸发，冷冻水中的热量被交换，通过蒸发器管路的内侧传递到位于管路外侧的液态冷媒中。

控制中心可在图形界面上读取运行状态、温度、压力及其它和冷水机运行有关的信息。也可进行编程及设定程序使其适应不同的工作要求。

1.2 作业流程

冷冻水循环：冷冻水流经蒸发器时将热量传递给冷水机中的冷媒，随后温度降低的冷冻水通过管道输送到风机盘管或其它的空调末端中，在流经翅片盘管时吸收空气中的热量，完成对厂房温度的控制。受热的液体随后返回冷水机完成冷冻水的循环，见图3。

冷媒循环：蒸发器中沸腾的冷媒蒸汽流入到压缩机中，螺杆压缩使其压力增加、温度升高，然后排至油水分离器中。油水分离器将高压气体中的油在流入冷凝器管束之前分離出来。流经冷凝器管束中的冷却水吸收冷媒蒸汽的热量并使其冷凝。被冷凝的冷媒被排出到液体回路中，可变节流孔板控制返回蒸发器的液体冷媒流量以完成整个冷媒循环。

2 压缩机冷媒系统进水故障分析与处理

2.1 故障现象

2017年5月23日某蓄A厂冷水机进口过滤器堵塞造成#1、#2冷水机故障停机，对该过滤器清洗后#2冷水机恢复使用，#1冷水机无法恢复。

2.2 故障原因分析

2017年1月#1冷水机曾出现过冷凝器铜管泄漏故障，当时对冷凝器铜管拔出后，切开铜管检查内壁腐蚀情况，发现内壁出现大量锈蚀坑，腐蚀严重。由于当时维修时间紧且无多余备用铜管，未对冷凝器铜管进行全部更换。经研究此次缺陷原因可能是铜管锈蚀后泄漏，造成压缩机进水无法启动造成的。后经冷水机厂家进一步检查后，确认#1冷水机故障为冷凝器铜管内漏，压缩机及电机内部可能已有锈蚀等情况，需进行解体检查处理并进行大修，见图4。

2.3 故障处理

将冷凝器端盖拆卸，对铜管加压后发现有一根铜管出现泄漏，检查发现各铜管内部锈蚀严重，故将冷凝器铜管进行全部更换。对压缩机拆卸检查发现，内部有进水痕迹，各轴承磨损严重，需更换轴承与密封，对阴阳螺杆磨损部位进行修复处理。

3 电机对地绝缘不足故障分析与处理

3.1 故障现象

2017年7月18日某蓄A厂#2冷水机组主断路器跳闸报警，现场检查蒸发器、冷凝器、油分离器视镜无异常现象，对电机绝缘情况检查发现电机B相对地绝缘不合格。现场回收制冷剂后对压缩机进行解体检查，主要发现以下问题：

（1）电机有一匝线圈碳化严重，绝缘层被击穿。（2）压缩机排气口，电机线圈及电机转子腔体內发现存有大量的金属碎片颗粒，靠近压缩机吸气端的电机转子端表面出现大量坑点，疑似为被硬物碰击后留下。（3）压缩机吸气侧的阴阳螺杆端面磨损严重，螺杆面被金属颗粒刮花。（4）阴阳螺杆轴承座磨损，出现深度高低差，阳螺杆轴承支架做PT发现有裂纹现象，各轴承严重磨损，见图5。

3.2故障原因分析

查询A厂#2冷水机组故障历史记录：在2016年5月该机组冷凝器铜管内出现漏水问题，由于当时检修时间紧迫，没有对压缩机进行解体检查及更换相关零件。运行至2016年7月时发现该机运行振动、噪音异常，由于需通过大修解体检查才能查明故障原因，故将该机组转为备用状态。2017年5月因A厂#1冷水机组出现故障，#2冷水机组机转为使用状态。

根据故障现象结合以往故障分析经验，本次故障主要原因是：机组之前铜管内漏进水后，润滑油粘度降低造成压缩机轴承、螺杆和螺杆座等磨损，导致大量金属屑进入系统，同时进水后压缩机内部产生大量铁锈。由于系统内存在大量铁屑与铁锈，因此降低了压缩机电机的绝缘。同时气流带着大量铁屑冲击到电机线圈，造成电机线圈受损。在机组突然超负荷运行或电压波动时，出现短路或对地碳化过热所致。

3.3故障处理

拆卸压缩机后检查发现各部件损坏严重，由于压缩机的阴阳螺杆与轴承等部件需精密配合工作，恐修复后不能恢复原有正常状态，进而对其运行的稳定性及效率造成不同程度影响，故整体更换压缩机。

4 改造措施

研究发现该电厂冷水机的重大故障主要是冷凝器铜管漏水引起，这是由于空调系统直接采用未经水处理的上库天然水来进行散热造成的，因为天然水含有大量不同程度的杂质，在经过长期温度较高的冷凝器铜管时，会导致冷水机组冷凝器铜管的内部污垢积聚，影响热交换。此外长期采用人工机械式清洗方式进行冷凝器铜管清洗后，容易对铜管造成损伤，危害冷水机组的安全稳定运行。

根据冷水机厂家收集的用户经验，一般情况下，即使对冷却水进行水处理和定期机械式清洗铜管，小温差依然会从1.5℃逐渐升高至6℃左右（冷凝器的小温差是指冷凝器中制冷剂的饱和温度与冷却水出口温度的差值）。GB 50019-2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》中指出，当蒸发温度一定时，冷凝温度每降低1度，冷水机组耗电量可减少3%-4%。

综合以上情况对冷水机组进行一下改造：（1）冷水机组大修时将冷凝器铜管更换为更耐腐蚀的铜镍管同时壁厚增加1mm。（2）在冷水机组冷媒循环系统内增设水分检测装置，防止由于铜管泄漏进水时冷水机仍然运行造成更大损失。（3）在冷凝器相连管路上增加一个自动清洗装置（目前A厂#2冷水机组已安装）。可通过小温差值/自动定时对冷凝器进行清洗以达到维持冷凝器温度趋近理想水平，以达到节省冷水机组运行费用的目的，同时减少对铜管的损伤。

5 结语

冷水机是空调系统的核心部件，其对厂房温度平衡至关重要，冷凝器铜管泄漏会造成冷媒污染与压缩机磨损，不仅造成冷水机的损害，同时会造成整个厂房的温度失衡，进而对厂房机组设备的正常稳定运行造成严重威胁。因此对该电厂现有冷水机的升级改造刻不容缓，目前已对该电厂冷水机冷凝器铜管全部进行换型，后续将与冷水机厂家研究对冷水机进行加装自动清洗装置与水分传感器，保证冷水机组的安全稳定运行。

收稿日期：2020-01-20

作者简介：蒋玉林（1994—），男，四川盐源人，本科，助理工程师，研究方向：蓄能电厂机械设备检修维护