基于提升运维质量的电机设计方案前置

2022-10-13宋长松

上海大中型电机 2022年3期

宋长松

(安徽省引江济淮集团有限公司，合肥 230601)

0 引言

引江济淮工程沟通长江、淮河两大流域，是长江下游向淮河中游地区跨流域补水的重大水资源配置工程。引江济淮(安徽段)干线共有8级提水泵站，其中新建7座，装机38台套共15．36万千瓦。根据远期规划，工程多年平均引江水量43亿m3，各站年运行时间均近200天，运行时间长，运行频度高，这对泵站工程质量特别是主机等设备质量提出了更高的要求。本文结合引江济淮江水北送段泵站工程建设实际，通过提前介入，在电动机设计制造过程中，充分与电机厂研究沟通，汲取早期投运泵站存在的问题，把过去工作中好的泵站运行管理经验应用到电机的结构设计、附件配置上，为泵站电机设备的可靠运行和维护便利提供保障。

1 结构型式优化方案

1．1 定子结构优化

优化电机定子结构型式，充分发挥电机厂技术能力，定子铁心采用斜槽结构，大幅削弱了固齿谐波而产生的噪声。引江济淮朱集站较早招标，电机定子采用行业主流的直槽结构，并辅以一些消噪措施。但机组投运后，现场运行噪声虽在标准允许的范围内(小于85 dB)，但感觉还是刺耳。从提高感官质量的角度上看，噪声还应进一步降到显著优于标准的区域内。鉴于此，在西淝河北站和阚疃南站的电机设计时，经与电机厂沟通，确定两个泵站8台电机全面采用斜槽结构(定子铁心斜槽如图1所示)，从设计源头减少运行噪声。

目前，两个泵站电机已在厂内完成组装和试验，空载试运行时实测噪声值在70 dB左右，预计现场带载运行时的噪声亦有望控制在80 dB以内，实现了预期目标。

图1 定子铁心斜槽示意图

1．2 冷却器结构优化

优化冷却器结构型式，简化制造工艺，保证构件质量，提高维护便利性。立式同步电机轴承多采用滑动轴承并浸泡在油箱中，运行时摩擦产生的热量由置于油箱中的冷却器循环水带走。冷却器一般采取环形结构(电机冷却器方管结构图如图2所示)，但该结构型式的冷却器装拆工作量大，不便于维护。

图2 电机冷却器方管结构图

某泵站电机油冷却器采用钢板焊接的方管，焊接量大，若质量控制不好，易产生泄露，导致冷却水进入油箱中，从而损坏轴承和推力瓦等。

鉴于此，结合安装实际和维修养护需要，经与电机厂家沟通提出冷却器采用铜管盘管分片结构制造(电机冷却器圆铜管分片结构图如图3所示)。一是焊接量大幅度减少，避免因焊接质量造成泄漏，二是采用分瓣结构，降低电机大部件拆卸工作量，提高维修养护便利性。

图3 电机冷却器圆铜管分片结构图

1．3 优化电机上部设备元件电缆排布

大型立式同步电机，若采用半管道式通风，定子上部的转子励磁电缆、上导油位计电缆、上机架振摆电缆、水泵叶片调节机构控制电缆等均外露于安装层。若线缆布置不当，将会出现用电安全隐患、信号干扰采集失真、感官质量欠佳等问题。此类问题均需在前端设计，线缆排布时进行系统性考虑。

某泵站电机早期按照传统结构模式生产，未考虑综合布线，励磁线和调节器线从上机架一侧外肋板接入碳刷架，仅用波纹管护套，上导油位计线和振摆线缆从各自元器件位置用波纹管顺定子下伸到机坑(电机上部电缆接入方式如图4所示)。结果显示布线凌乱、外露、感官质量差，且动力电缆和控制电缆同管敷设，不符合规范要求。

图4 电机上部电缆接入示意图

鉴于此，在阚疃南站、西淝河北站和龙德站(以下简称“阚西龙”站)的设计和技术方案讨论过程中，合同各相关方协商后由电机厂对产品结构进行适应性设计，增设布线管、孔、槽等，全面优化电机上部电缆的布局，将电缆外露比例降低95%以上。同时实现了强弱电屏蔽保护、分开排布，信号采集的准确性得到了保障(“阚西龙”站电机上部电缆接入方式效果如图5所示)。

图5 “阚西龙”站电机上部电缆接入

1．4 优化电机出线盒结构型式

立式同步电机多采用半管道式通风结构，机坑内空间相对狭窄。动力电缆出线盒置于电机本体上，尺寸较小，一般设计成出线端子与电缆直连方式。在动力电缆线径相对较小或采用软铜电缆敷设时，该设计方案满足安全使用要求；但当动力电缆线径较大且采用硬铜电缆时，长期运行或会造成出线端子变形并可能引发相间短路等事故，存在一定的安全隐患。

“阚西龙”站前期设计过程中，针对各方意见，采用了适应性的设计方案：一是主引出线盒内采用了支撑绝缘子，设置电缆卡环对动力电缆予以紧固，防止运行扰动；二是在电机中性点出线盒内设置短接铜排，方便拆装，减少现场工作量，消除安全隐患；三是出线盒内部空间加大，提高了相间距离的安全冗余度(“阚西龙”站电机出线盒结构图如图6所示)。

图6 “阚西龙”站电机出线盒结构图

2 协同管理要求

把配套设备的元件安装环节前移到工厂，做好协同提升整体质量。

引江济淮泵站均设置有机组在线监测系统，仅电机部分就包含了机架振动、主轴摆度、瓦振、荷载等传感器。基于市场化的专业分工，传感器和电机设备由不同的厂家供货。以往由于厂家不同、生产周期不同，在缺乏协同的情况下，接口布置工作留到了现场由施工单位完成。由于现场条件限制，可选用的安装工艺不多，使得现场开孔、焊接、布线等工作不同程度会损伤主电机且还需要二次防腐等。鉴于此，为了保证工艺质量，设计联络会明确：提出由电机厂牵头相关在线监测厂，对接元器件的结构型式和安装工艺，在电机厂内完成相关监测传感器的位置预留、开孔、攻丝等工序，整体防腐喷漆后发往现场。协同前移减少了现场工序交叉干扰，缩短工期和提高外观质量的同时，还保证了传感器的安装精度，为运行提供更加可靠的监测数据，更进一步保障了泵站安全。