桥巩电站东电机组冷却风机故障原因分析及处理

潘雪海

（广西广投桥巩能源发展有限公司，广西 来宾 546119）

1 电站情况简介

桥巩水电站是红水河流域规划建设的十个梯级水电站中的第九个，坝址位于广西来宾市兴宾区迁江镇上游约1km，距第八个梯级水电站乐滩电站75.2km[1]。该电站是一座以发电为主，兼有航运、灌溉等综合利用效益的大型水利枢纽，左岸厂房共安装8台57MW的超大型灯泡贯流式水轮发电机组，制造厂家为天津阿尔斯通水电设备公司和东方电机有限公司，装机容量为456MW，年利用小时数为4992小时，多年平均发电量为24亿kWh；右岸厂房安装1台小机组，容量为24MW。电站正常蓄水位为84m， 具有日调节性能。

发电机采用密闭强迫自循环混合式通风系统。在定子上游侧设有8个双金属翘片管空气冷却器，并相应配有8个冷却风机，一部分冷风经冷却风机加压后进入转子支架且与转子支架旋转压头串联，使冷风通过磁轭、磁极后进入气隙，再经过定子通风沟后由铁芯背部流出并折为纵向到达空气冷却器入口；另一部分由转子支架下游侧进入，流经定、转子后，到达空气冷却器入口；两部分热空气汇合进入冷却器，经冷却后进入冷却风机，组成完整的循环风路。

冷却系统为一次水循环方式，经空气冷却器热交换后的热水直接排进河道，河水通过水泵加压后注入冷却器构成水冷却循环系统，使系统达到良好的冷却效果[2]。

冷却风机由风筒、电机和叶轮等主要部件组成。其中叶轮由轮毂和11块叶片组成，每块叶片是铸铝合金并自带固定螺栓，叶片通过螺栓固定在轮毂上，这样设计可以调整叶片的安放角，从而起到调整风压、风量及风速的作用。

2 冷却风机故障情况

东电机组自投产发电以来，每台机组都出现过冷却风机运行报故障信号、退出运行的情况。特别是2号机组出现故障的频率较多，2016年和2017年分别出现过4台次故障。 通过对故障冷却风机的检查，发现叶片侧的轴承损坏严重，叶片损坏，转子与线圈之间有碰刮及烧损（见图1），严重威胁发电机组的安全稳定运行。

图1 冷却风机损坏情况

处理故障冷却风机需进入发电机内部才能拆卸和安装，拆装难度大，需搭设脚手架，投入人力、物力较多；同时发电机内作业空间受限，每次更换1台风机最快也需要一天时间才能完成，还要担心碎金属掉入定子铁芯缝隙中，给机组运行带来安全隐患。处理时也只是更换轴承或电机，不能彻底消除冷却风机的故障，运行一段时间后冷却风机仍然会出现轴承损坏事故。

3 故障原因分析

东电机组冷却风机要求风压高、风量大、转速高，造成冷却风机故障的原因主要为：

3.1 在此工况下冷却风机叶片的固定螺栓容易松动，特别是高速运转时，叶片受到强负荷作用，叶片固定螺栓更容易产生松动，叶片安放角度发生变化，叶轮失去平衡，风机振动严重超标，电机轴承在径向方向受到较强的冲击力，从而导致轴承烧坏受损。

3.2 冷却风机采用的轴承为国产轴承，没有自润滑功能，需要定期进行加注润滑脂，无法满足高强度负荷的运行。

3.3 厂家原来的平衡精度不高，风机在高速运转中产生巨大的动不平衡，也是导致电机轴承烧损破坏的原因之一。

结合现场实际处理情况，发现故障基本都是由轴承损坏后引起的连锁反应造成。综合其原因分析，主要在于现有冷却风机叶轮偏重，结构不合理。电机运行时易失去平衡，致使轴承温度过高，轴承润滑失效，轴承的滚珠损坏脱槽，从而使转子与定子碰刮，定子绝缘破坏，最终使电机烧损，机组被迫停运。

4 处理方案及实施

4.1处理方案

根据实际存在的问题，在不改变电缆、风管安装尺寸的前提下，对冷却风机重新优化。使用进口叶片及SKF原装轴承，减轻风机叶片的重量，提高风机的流量、风压及效率（见表1），具体为：

表1 新旧冷却风机主要参数对比表

4.1 .1 根据原来冷却风机的安装尺寸，现场对风机尺寸数据进行采集核对，根据原来的风筒进行制造。

4.1 .2 为解决原来检修维护的困难，将与空冷器连接的导风管段一分为二，方便风机拆装从此处吊出，避免在定子内处理。

4.1 .3 对风机的叶轮角度进行优化计算，提高效率。根据测算的相关数据，对叶轮进行订做，风机叶轮设计使用丹麦进口产品，叶片为PAG材料（风力发电机组叶片材料），将叶片及轮毂制作成一个整体（见图2），此风机叶轮优点是重量轻、噪音小、质量好，风机叶轮性能稳定，电机负荷相应降低。

图2 新旧冷却风机叶轮

4.2现场实施

4.2 .1 更换前需收集好相关的数据，做温升试验，记录好各项数据；

4.2 .2 按照通风系统装配图[3]拆除旧冷却风机；

4.2 .3 新轴流风机安装前先对电机进行绝缘测量，测量结果应符合要求；

4.2 .4 吊装风机就位安装，调整好后，紧固风机与底座的固定螺栓；

4.2 .5 依次安装完风机共8台；

4.2 .6 安装风机与冷却器连接的导风管；

4.2 .7 各风机进行电源线的连接；

4.2 .8 根据风机的转向标识进行试验检查，确保风机转向符合要求；

4.2 .9 机组运行时，对新风机的温升进行测试，满足设计要求。

5 处理效果

自2018年优化改造后至2020年底，东电机组冷却风机未出现过一次故障，不仅机组温度下降了2℃～3℃，而且解决了电机轴承由于叶轮过重、不平衡导致电机烧坏的情况，效果非常显著；对原来电机使用的轴承更换为SKF原装轴承，更保证了电机的使用效率和可靠性，提高运行周期，满足了安全生产要求。

6 结语

冷却风机运行的好坏直接影响到定、转子的温度及机组的冷却效果。通过优化改进叶轮及轴承，在不改变原有结构的基础上，解决了冷却风机故障的问题，对同类灯泡贯流式机组的冷却风机处理有较好的借鉴作用。