抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)上導(dǎo)潤(rùn)滑油污染原因分析及對(duì)策

朱冠宏，薛小兵

（華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇 宜興 214205）

1 工程概況及發(fā)電電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

江蘇宜興抽水蓄能電站位于宜興市西南郊,處于蘇南負(fù)荷中心，屬日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。電站以兩回500 kV出線接入華東電網(wǎng)和江蘇主網(wǎng)架，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的任務(wù)。電站樞紐由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開關(guān)站和中控樓組成。電站輸水系統(tǒng)為一管兩機(jī)，輸水系統(tǒng)單管總長(zhǎng)度約2800 m，引水系統(tǒng)進(jìn)出水口設(shè)置的閘門井兼作上游調(diào)壓井，尾水隧洞全長(zhǎng)1600 m，設(shè)有獨(dú)立的調(diào)壓井。電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的立軸單級(jí)混流可逆式機(jī)組，總裝機(jī)容量1000 MW，年發(fā)電量14.9億kW·h，年抽水用電量18.6億kW·h，上、下水庫(kù)正常蓄水位分別為471.5、78.9 m。

發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸、懸式、空冷可逆式同步發(fā)電機(jī)，額定容量:發(fā)電工況278 MV·A，電動(dòng)工況275 MW；發(fā)電工況最大持續(xù)容量:290 MV·A（cosφ=0.95滯后）；額定功率因素:發(fā)電工況0.9滯后，電動(dòng)工況0.98（吸收有功，發(fā)感性無(wú)功）；額定電壓15.75 kV；額定頻率50 Hz；相數(shù)為3；額定轉(zhuǎn)速375 r/min；定、轉(zhuǎn)子絕緣等級(jí)為F級(jí)；發(fā)電機(jī)工況旋轉(zhuǎn)方向?yàn)楦┮暷鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)工況旋轉(zhuǎn)方向?yàn)楦┮曧槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)。

2 發(fā)電電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

機(jī)組主軸采用二根軸結(jié)構(gòu)，發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸與水泵水輪機(jī)軸采用法蘭螺栓連接。推力軸承與上導(dǎo)軸承組成組合軸承位于轉(zhuǎn)子上方，下導(dǎo)軸承位于轉(zhuǎn)子下方。機(jī)組采用水噴霧滅火裝置和帶空氣冷卻器密閉通風(fēng)系統(tǒng)。定子繞組為分相繞組，Y形接線，每相為四分支繞組構(gòu)成。發(fā)電電動(dòng)機(jī)主引線和中性點(diǎn)引線分別布置在第三象限和+X軸位置，中性點(diǎn)設(shè)備柜布置在第四象限。推力軸承設(shè)置在轉(zhuǎn)子上方上機(jī)架上，采用10塊軸承瓦的彈性支承結(jié)構(gòu)，并配置高壓油頂起裝置，冷卻方式為內(nèi)循環(huán)冷卻。轉(zhuǎn)子上、下方各設(shè)一個(gè)導(dǎo)軸承，導(dǎo)軸承為自潤(rùn)滑、油浸式、分塊瓦可調(diào)結(jié)構(gòu)。上、下機(jī)架為輻射型鋼板結(jié)構(gòu)，上機(jī)架由中心體和8個(gè)徑向支臂和8個(gè)軸向支腿組成，再由4個(gè)徑向組合支臂將徑向力轉(zhuǎn)化成切向力作用于風(fēng)洞壁上，8個(gè)支腿將軸向力轉(zhuǎn)換到定子機(jī)架上；下機(jī)架由中心體和6個(gè)徑向支臂組成。

2.1 發(fā)電電動(dòng)機(jī)定子

發(fā)電機(jī)定子由機(jī)座、鐵芯、繞組組成。機(jī)座的基礎(chǔ)板用作調(diào)整機(jī)座水平和中心，埋于8機(jī)坑基礎(chǔ)內(nèi)并由基礎(chǔ)螺桿固定。定子鐵芯采用低損耗、無(wú)時(shí)效的優(yōu)質(zhì)軋硅鋼片，兩面均勻涂有絕緣漆。疊片的疊壓采用交錯(cuò)疊制，分段分層壓緊法。疊片采用鴿尾鍵固定在機(jī)座上，上下兩端采用非磁性齒壓板夾牢。齒壓板可以保證鐵芯熱膨脹后有足夠的活動(dòng)裕度。鐵芯的整個(gè)堆積高度方向上設(shè)有均勻分布的通風(fēng)槽，通風(fēng)槽采用矩形斷面的不銹鋼撐條隔成。

2.2 發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子

發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子支架、磁軛和磁極、集電環(huán)等組成。轉(zhuǎn)子支架為焊接鋼板結(jié)構(gòu)式，8個(gè)支臂呈輻射狀，支臂上下端部環(huán)形加強(qiáng)筋，并設(shè)有轉(zhuǎn)子配重塊支撐板。磁軛采用高溫度的優(yōu)質(zhì)鋼板沖制成扇形，分上、下兩段磁軛，磁軛鍵共16組，為定子和轉(zhuǎn)子磁極的冷卻提供冷風(fēng)。磁極共16個(gè)，用磁極鍵固定在磁軛上，磁極上、下端裝有阻尼環(huán)。集電環(huán)設(shè)于轉(zhuǎn)子上端軸頂部，由高抗磨材料制成，勵(lì)磁主引線通過(guò)主軸中孔經(jīng)轉(zhuǎn)子磁軛上部與磁極相連，碳刷裝置采用恒壓彈簧式刷盒。

2.3 發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力、上導(dǎo)軸承

（1）推力軸承承受發(fā)電電動(dòng)機(jī)和水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的總質(zhì)量和水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的最大水推力的綜合負(fù)載，采用10塊軸承瓦的彈性支承結(jié)構(gòu)，推力軸承采用鏡板泵內(nèi)循，主要由油槽、推力頭、鏡板、碟簧、推力支撐環(huán)、擋油圈、推力油冷卻器、高壓油頂起裝置等組成。

（2）推力瓦總共為10塊，每塊由鋼瓦和銅瓦組合而成，碟簧支承可自動(dòng)地調(diào)整水平度利于形成油膜。推力頭與鏡板通過(guò)螺栓和銷釘連接。鏡板正面為精加工面，其鏡面平面度≤0.02 mm，鏡面粗糙度Ra≤0.02。推力頭與鏡板之間及推力瓦架與底環(huán)之間設(shè)有分層絕緣墊，用以實(shí)現(xiàn)調(diào)整機(jī)組擺渡和軸電流保護(hù)功能。

（3）推力、上導(dǎo)軸承共用一只油槽，推力、上導(dǎo)油槽的油量為3.6 m3，冷卻水流量為9×10-3m3/s。推力軸承設(shè)有一套高壓油裝置，通過(guò)一臺(tái)交流常壓注油泵和一臺(tái)直流常壓注油泵將高壓油注入到各推力瓦與鏡板之間形成油膜，在機(jī)組轉(zhuǎn)速低于90%Nr時(shí)投入。

（4）上導(dǎo)軸承設(shè)于上機(jī)架內(nèi)部，為油浸、自潤(rùn)滑、可調(diào)的分塊瓦型，主要由軸領(lǐng)、上導(dǎo)瓦、支撐環(huán)板、抗重螺栓、擋油板及其附件組成，主要用于承受機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的徑向力和限制大軸擺度。上導(dǎo)軸承間隙根據(jù)機(jī)組盤車數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)整抗重螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（5）上導(dǎo)瓦14塊為巴氏合金瓦，它貼靠于經(jīng)過(guò)精加工的上導(dǎo)軸領(lǐng)表面上，通過(guò)支撐環(huán)板上的抗重螺栓及上導(dǎo)瓦架支撐，支撐環(huán)板與機(jī)架絕緣，并設(shè)有軸電流保護(hù)裝置，防止軸電流對(duì)瓦面造成危害。

3 碳粉進(jìn)入發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力、上導(dǎo)油盆原因分析

發(fā)電電動(dòng)機(jī)磁極碳刷與推力、上導(dǎo)油盆蓋板在同一小室內(nèi) （見圖1）。

圖1 發(fā)電動(dòng)機(jī)集電環(huán)室剖面示意

傘式發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)油盆位于轉(zhuǎn)子磁極碳刷下方，同在一個(gè)相對(duì)密閉的集電環(huán)內(nèi)。機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后產(chǎn)生大量的碳粉，由于集電環(huán)室3只風(fēng)扇形成的氣流，碳粉在風(fēng)力的作用下四處飄動(dòng)，最后落在上導(dǎo)油盆蓋板及地板上。其中大部分碳粉在重力作用下，直接降落在上導(dǎo)油盆蓋板靠大軸側(cè)密封上，電站采用羊毛氈作為密封材料，其上吸附了大量的碳粉。發(fā)電機(jī)大軸與羊毛氈之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，之間存在一定的間隙，且局部間隙相對(duì)偏大。機(jī)組運(yùn)行時(shí)間久了，羊毛氈吸附的碳粉顆粒會(huì)飽和，部分碳粉會(huì)從縫隙處進(jìn)入到上導(dǎo)油盆，從而影響發(fā)電電動(dòng)機(jī)上導(dǎo)潤(rùn)滑油的品質(zhì)，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成危害。

4 發(fā)電電動(dòng)機(jī)上部油盆除塵對(duì)策

4.1 增設(shè)除塵裝置

除塵裝置示意見圖2，主要由 “保護(hù)傘”與一根集塵管路組成。

圖2 發(fā)電動(dòng)機(jī)推力、上導(dǎo)油盆除塵裝置示意

在發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力頭上加裝一只 “保護(hù)傘”，除塵保護(hù)裝置的 “保護(hù)傘”用0.5 mm灰鍍鋅板，抱住大軸的部分涂抹一層樂泰5900密封膠，在接頭位置分別打 “一”字孔，在調(diào)節(jié)好 “保護(hù)傘”張力后用螺栓將其緊固。

上導(dǎo)油盆蓋板靠大軸側(cè)上方，“保護(hù)傘”下方延發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力頭一周布置汲塵管路，通過(guò)在上導(dǎo)油盆蓋板內(nèi)側(cè)螺栓上加裝夾具，固定該管路。汲塵管路采用薄壁PVC材質(zhì)，在管路靠發(fā)電電動(dòng)機(jī)大軸側(cè)一圈打6 mm孔，孔距2 mm在管路上打孔作為進(jìn)風(fēng)口汲塵，出風(fēng)口連接一吸塵器。汲塵管路的出風(fēng)口連接一吸塵器，外置吸塵器的功率達(dá)到1400 W，該吸塵器的電源取自集電環(huán)室排風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源，該風(fēng)機(jī)隨機(jī)組啟停而啟停，通過(guò)該風(fēng)機(jī)啟?？刂莆鼔m器啟停。

4.2 更換推力、上導(dǎo)油盆

將上導(dǎo)蓋板與大軸之間羊毛氈密封更換成接觸式密封 （見圖3），接觸式密封蓋能有效地解決機(jī)組碳粉污染的問(wèn)題。這種接觸式密封裝置設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)合理，其最大特點(diǎn)是接觸齒與轉(zhuǎn)軸直接接觸，具有良好的徑向跟蹤功能。此種接觸式密封蓋是通過(guò)完整的力學(xué)鏈來(lái)保證和約束接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間的壓力，在這個(gè)完整力學(xué)鏈的控制下，密封裝置和轉(zhuǎn)軸之間能夠接觸，它既包含了動(dòng)態(tài)的運(yùn)行，又包含了靜態(tài)的需要，將動(dòng)態(tài)與靜態(tài)有機(jī)地結(jié)合在一起，以滿足運(yùn)行中各種壓力的需要，達(dá)到長(zhǎng)期有效的理想密封效果，從而防止了碳粉進(jìn)入上導(dǎo)油盆。

圖3 上導(dǎo)接觸式密封蓋板結(jié)構(gòu)示意

5 結(jié) 語(yǔ)

江蘇宜興抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)啟停頻繁，2012年全年4臺(tái)機(jī)組共計(jì)1534次，抽水方向啟動(dòng)967次，導(dǎo)致機(jī)組磁極碳刷磨損加速，集電環(huán)室碳粉較多。電站每臺(tái)機(jī)組每年一次C修，采取除塵措施后，發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力、上導(dǎo)油盆用油得到了根本的改善，減輕了濾油的任務(wù)，消除了設(shè)備運(yùn)行隱患。

［1］劉大愷.水輪機(jī)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1996.

［2］梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.