抽水蓄能機組冷卻風(fēng)機常見故障模式及維護策略研究

趙守運（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

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抽水蓄能機組冷卻風(fēng)機常見故障模式及維護策略研究

趙守運
（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

摘要：抽水蓄能機組發(fā)電機冷卻方式主要有自然風(fēng)冷和強迫風(fēng)冷兩種冷卻方式，自然風(fēng)冷采用無外加通風(fēng)機的徑、軸向混合通風(fēng)冷卻方式，強迫風(fēng)冷采用外加通風(fēng)機的徑、軸向強迫通風(fēng)冷卻方式。廣州蓄能水電廠I、II期電站的發(fā)電機風(fēng)機均為強迫風(fēng)冷方式，每臺機組都由16臺風(fēng)機，由發(fā)電機定子上、下端部向發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子內(nèi)吹入冷卻空氣進行冷卻。詳細介紹了廣州蓄能水電廠I、II期電站發(fā)電機冷卻風(fēng)機的運行方式、常見故障模式，結(jié)合工作實際情況提出了強迫風(fēng)冷式發(fā)電機冷卻風(fēng)機的檢修、維護策略。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能；強迫風(fēng)冷；發(fā)電機冷卻風(fēng)機；故障模式；維護策略

0前言

抽水蓄能電站的作用主要是對電網(wǎng)進行用電負荷的調(diào)峰填谷，以緩解峰谷差所帶來的用電矛盾，同時抽水蓄能電站迅速反應(yīng)能力，使其能在電網(wǎng)負荷急劇變化的瞬間調(diào)整和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高電力系統(tǒng)的運行安全性、穩(wěn)定性，改善供電質(zhì)量。

抽水蓄能機組發(fā)電機冷卻方式主要有自然風(fēng)冷和強迫風(fēng)冷兩種冷卻方式，國內(nèi)抽水蓄能機組為自然風(fēng)冷方式的有天荒坪抽水蓄能電站機組、惠州抽水蓄能電站機組、響水澗抽水蓄能電站機組［1］等；廣州蓄能水電廠（下稱廣蓄電廠）I、II期抽水蓄能機組的冷卻方式均為強迫空氣循環(huán)冷卻方式。發(fā)電機冷卻風(fēng)機是發(fā)電機強迫空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)的重要部分，也是比較容易出現(xiàn)故障的部分，因此，我們在機組檢修及日常運行維護中需要更多關(guān)注。通過分析廣蓄電廠發(fā)電機冷卻風(fēng)機的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、常見故障模式及其處理方法，提出了發(fā)電機冷卻風(fēng)機檢修、維護策略。

1發(fā)電機冷卻風(fēng)機及其工作原理

廣蓄I(lǐng)、II期抽水蓄能機組每臺機組均有16臺風(fēng)機，8臺風(fēng)機均勻分布在發(fā)電機定子機架上端部，8臺風(fēng)機均勻分布在發(fā)電機定子機架下端部，其位置如圖1所示，廣蓄電廠I、II期發(fā)電機風(fēng)機參數(shù)如表1所示。

圖1電動-發(fā)電機空冷系統(tǒng)及空氣走向圖

表1廣蓄電廠I、II期發(fā)電機風(fēng)機技術(shù)參數(shù)

廣蓄電廠發(fā)電機冷卻風(fēng)機由電機本體、電機冷卻風(fēng)扇、定子機座等組成。電機本體包括：定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸承、轉(zhuǎn)子軸承防護部分、電機外殼、散熱扇；電機冷卻風(fēng)扇包括：葉輪、導(dǎo)流罩、固定螺栓及鎖片。

廣蓄電廠每臺機組均由16臺冷卻風(fēng)機作為強迫空氣冷卻的動力來源，是發(fā)電機封閉式空氣冷卻的主設(shè)備。如圖1所示，發(fā)電機定轉(zhuǎn)子上端部和下端部各有8臺高速風(fēng)機，分別從發(fā)電機定轉(zhuǎn)子上端和下端部向發(fā)電機定子機坑內(nèi)送風(fēng)，空氣軸向流過發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子氣隙，徑向流過轉(zhuǎn)子磁軛和定子鐵芯通風(fēng)槽，熱風(fēng)經(jīng)過水冷卻器冷卻后流出發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子機坑外的中風(fēng)洞內(nèi)，經(jīng)冷卻后的空氣再由風(fēng)機送回發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子中進行循環(huán)冷卻。

2發(fā)電機冷卻風(fēng)機常見故障模式及其維護策略

發(fā)電機冷卻風(fēng)機故障會影響發(fā)電機的正常運行，導(dǎo)致發(fā)電機不可用，嚴重時有可能損壞發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子，因此在機組運行及檢修過程中，了解發(fā)電機冷卻風(fēng)機的故障及缺陷情況，采用有效的方法加以預(yù)防，才能有效的保證機組的安全、穩(wěn)定及可靠運行。

發(fā)電機冷卻風(fēng)機較易發(fā)生故障的部分主要是風(fēng)機電源回路和風(fēng)機本體，結(jié)合發(fā)電機風(fēng)機的現(xiàn)場實際情況可以將其故障模式歸結(jié)為以下幾種：電源抽屜故障、風(fēng)機軸承損壞、風(fēng)機葉輪破損、風(fēng)機電機繞組故障、風(fēng)機振動數(shù)值過大。

2.1電源抽屜故障

廣蓄電廠機組冷卻風(fēng)機啟、停結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，控制回路發(fā)送命令控制電源抽屜中接觸器的合、分用以控制風(fēng)機的啟、停，電源抽屜中主要由控制繼電器、熔斷器、接觸器及電源開關(guān)組成。

圖2冷卻風(fēng)機電源及控制示意圖

在機組運行過程中，由于空氣冷卻系統(tǒng)故障造成告警或機組停機的事件大都是由于電源抽屜開關(guān)或控制回路故障引起。主要是控制回路中繼電器線圈燒損、熔斷器過流熔斷、繼電器輔助接點接觸不良、接觸器不能正常分合導(dǎo)致風(fēng)機失去動力電源而停止運行。

針對上述故障，在每次機組B類［3］檢修過程中，通常采用以下幾種維護方法加以預(yù)防：

（1）檢查繼電器的狀態(tài)，結(jié)合繼電器的運行時間來判斷是否需要更換繼電器，對于運行時間超過3年且線圈電阻出現(xiàn)明顯上升的繼電器建議進行更換處理；

（2）根據(jù)風(fēng)機正常啟動、運行電流的大小，將出現(xiàn)故障頻率較高的熔斷器，用更大容量的熔斷器進行更換處理；

（3）檢查接觸器觸頭情況，對于接觸器觸頭有較嚴重的燒損痕跡的需要進行觸頭打磨處理或者更換觸頭。

2.2風(fēng)機軸承損壞

風(fēng)機軸承承擔(dān)著風(fēng)機旋轉(zhuǎn)過程中旋轉(zhuǎn)力的支撐作用，如果軸承損傷不能及時被發(fā)現(xiàn)，就有可能造成風(fēng)機的定子、轉(zhuǎn)子、葉輪及風(fēng)機機座受損。風(fēng)機軸承的狀態(tài)好壞直接影響風(fēng)機的使用壽命，因此，采取合適的檢修維護策略保證風(fēng)機軸承的良好狀態(tài)是非常必要的。

風(fēng)機軸承的狀態(tài)好壞，在運行過程中比較難以監(jiān)測，這就需要我們在檢修過程中把好質(zhì)量關(guān)，防患于未然。在機組B類檢修時，重點檢查風(fēng)機軸承的狀況，①用手動轉(zhuǎn)動風(fēng)機，在此過程中，通過觀察風(fēng)機葉輪轉(zhuǎn)動是否勻稱、風(fēng)機在轉(zhuǎn)動過程中是否有異響來判斷風(fēng)機軸承的狀態(tài)，如有異常，則需要更換風(fēng)機軸承或者更換整臺風(fēng)機；②試啟動風(fēng)機，測量風(fēng)機的振動值，當有3個及以上的測點振動值超過10mm/s，且查明無其他原因?qū)е嘛L(fēng)機振動值增大時，則可以判斷風(fēng)機的軸承內(nèi)部有故障，需要更換風(fēng)機軸承或者更換整臺風(fēng)機。

在機組進行A類［3］檢修時，將風(fēng)機進行整體拆解，根據(jù)以往機組A類檢修時風(fēng)機的軸承狀況，每個風(fēng)機軸承都有不同程度磨損，因此，在機組進行A類檢修時，風(fēng)機軸承都需要用新備品予以更換。

2.3風(fēng)機葉輪破損

風(fēng)機葉輪是風(fēng)機的重要組成部分，也是比較容易出現(xiàn)問題的部分，由于風(fēng)機葉輪工藝要求特別、材料特殊，造價也不菲，在機組運行過程中沒有有效的手段加以監(jiān)測，因此，設(shè)備維護工作質(zhì)量的好壞尤為重要。

在機組B類檢修中，重點檢查風(fēng)機葉輪的葉片有無破損，風(fēng)機的葉輪及焊接處是否有擴大性裂紋。在機組A類檢修時，可以拆除風(fēng)機葉輪進行詳細的檢查，一般是采用PT探傷的方法重點檢測葉輪是否存在隱形裂紋，對于發(fā)現(xiàn)的裂紋一般采用以下兩種方法加以處理：

（1）對于圖3所示裂紋，使用打磨機將其裂紋處打磨平整，然后進行葉輪的重新配重和動平衡測試；

圖3發(fā)電機風(fēng)機葉輪存在的缺陷情況

（2）葉輪其他地方如有裂紋或者存在圖4所示情況，則需要整體更換葉輪（廣蓄I(lǐng)期風(fēng)機）或更換單個葉片（廣蓄I(lǐng)I期風(fēng)機），然后進行風(fēng)機振動測試。

圖4發(fā)電機風(fēng)機葉輪存在的缺陷情況

2.4風(fēng)機電機繞組故障

風(fēng)機電機故障大部分都是由于電機繞組及繞組引出線存在短路、斷線造成的，由于風(fēng)機電機繞組的狀態(tài)不能進行實時監(jiān)測，因此，風(fēng)機電機也只能通過把控檢修時的質(zhì)量來降低電機繞組故障發(fā)生的頻率。

在機組B類檢修中，通過測量電機繞組的直流電阻和絕緣電阻的大小來判斷電機繞組的狀況，當測試到電機繞組的絕緣值低于0.5 MΩ且多次測試均無改善時，一般就可以斷定電機的繞組中存在接地短路的情況，需要將整臺風(fēng)機更換，然后將故障風(fēng)機交給專門的電機維修廠拆解處理；當測試電機繞組的直流電阻三相數(shù)值的相互差別大于平均值的2%或者與歷史數(shù)據(jù)相比差別較大時，一般可以斷定電機繞組存在匝間短路或斷線情況，則需要更換風(fēng)機，然后將故障風(fēng)機交給專門的電機維修廠拆解處理。

在機組B類或A類檢修中，①根據(jù)電機繞組的絕緣、直阻的數(shù)據(jù)，按照上述情況處理風(fēng)機，②重點檢查風(fēng)機機堂內(nèi)定子繞組、定子繞組引出線和轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場的實際檢修情況，繞組引出線出現(xiàn)過熱燒損的情況較多（圖5），一般都需要將繞組引出線重新繞制或者整體更換風(fēng)機，將有缺陷的風(fēng)機交給專門的電機維修廠拆解處理。

圖5風(fēng)機電機引出線過熱老化

2.5風(fēng)機振動數(shù)值過大

在機組檢修過程中，測試風(fēng)機振動時，當有兩個以上的測點振動值大于10 mm/s，則認為風(fēng)機振動過大，風(fēng)機振動值過大，會導(dǎo)致風(fēng)機底座螺栓松動，長期運行會讓定子機座受損，嚴重時會造成風(fēng)機損壞，因此，在機組每次大、小修時都要進行風(fēng)機振動測試。

根據(jù)歷次機組A類、B類檢修情況來看，風(fēng)機振動數(shù)值大的原因大致有以下幾點：

（1）風(fēng)機機座固定螺絲松動；

（2）風(fēng)機葉輪配重不均或者存在變形情況；

（3）風(fēng)機軸承有損傷；

（4）風(fēng)機機座外殼存在松動。

針對上述風(fēng)機振動值過大的原因，采用以下方法加以解決：

（1）在機組進行B類檢修時，使用固定力矩的扳手（78 N·m）檢查風(fēng)機螺栓的情況，對于松動的螺栓，使用242螺絲膠和力矩扳手（78 N·m）處理松動的螺栓；

（2）在機組進行B級檢修時，檢查風(fēng)機葉輪是否存在變形情況，如存在，則使用膠錘和老虎鉗將其矯正；

（3）按照2.2所述風(fēng)機軸承的檢查方法檢查及處理；

（4）在測試風(fēng)機振動時觀察定子機座外殼是否存在振動過大的現(xiàn)象，如存在，則通知機械專業(yè)人員檢查處理。

3結(jié)論

抽水蓄能機組發(fā)電機冷卻風(fēng)機是發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的重要部分，風(fēng)機狀態(tài)的好壞直接影響到發(fā)電機的正常運行與否。風(fēng)機故障可能會造成機組啟動失敗、停機失敗、跳機等事件，嚴重時可能會造成發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子受損，發(fā)電機風(fēng)機的狀態(tài)沒有有效的在線監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測。因此，在機組常規(guī)的檢修過程中，采用合適的檢修、維護策略是非常有必要的。

結(jié)合實際的發(fā)電機風(fēng)機的檢修經(jīng)驗，總結(jié)出了發(fā)電機風(fēng)機的常見故障模式、產(chǎn)生的原因，根據(jù)各種故障模式及原因提出了有針對性地檢修、維護策略，降低或避免在發(fā)電機運行周期內(nèi)由于風(fēng)機故障而導(dǎo)致發(fā)電機不可用等情況的發(fā)生，為今后的發(fā)電機風(fēng)機檢修、維護工作提供很好的參考。

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中圖分類號：TV734

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）06-0048-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.017

收稿日期：2016-02-24

作者簡介：趙守運（1982-），男，工程師，從事抽水蓄能電站電氣設(shè)備檢修工作。