兩種大型調(diào)相機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及振動(dòng)問(wèn)題分析

陳非+張柏林+李明+曹浩

摘 要：通過(guò)比較雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)和空冷調(diào)相機(jī)冷卻方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同之處，分析兩種大型調(diào)相機(jī)可能存在的問(wèn)題，并就兩種調(diào)相機(jī)的振動(dòng)情況進(jìn)行了對(duì)比，為即將到來(lái)的大型調(diào)相機(jī)實(shí)際投入運(yùn)行奠定了一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：調(diào)相機(jī)；雙水內(nèi)冷；空冷；振動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.217

1 引言

目前大型發(fā)電機(jī)尺寸和重量大，工作轉(zhuǎn)速跨越二階臨界轉(zhuǎn)速，振型復(fù)雜，調(diào)試期間對(duì)制造質(zhì)量、安裝工藝、運(yùn)行參數(shù)的變化敏感，因此調(diào)試初期經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)不穩(wěn)定、振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象。而大型調(diào)相機(jī)與同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，因此也具有大型發(fā)電機(jī)的上述特點(diǎn)，除此之外，大型調(diào)相機(jī)既能夠吸收無(wú)功，也能夠發(fā)出無(wú)功，其工況多變，同時(shí)它的暫態(tài)反應(yīng)能力和暫態(tài)過(guò)載能力強(qiáng)，導(dǎo)致其內(nèi)部溫度場(chǎng)相比發(fā)電機(jī)更加復(fù)雜多變，因此也更容易在調(diào)試期間出現(xiàn)振動(dòng)不穩(wěn)定、振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象，導(dǎo)致調(diào)相機(jī)跳機(jī)，在極端情況下威脅特高壓電網(wǎng)安全[1]。

目前上海發(fā)電機(jī)廠主推雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)，東方電機(jī)廠主推空冷調(diào)相機(jī)，兩個(gè)廠都是以自己同類(lèi)型發(fā)電機(jī)為原型來(lái)制造調(diào)相機(jī)，因制造技術(shù)相對(duì)成熟，所以?xún)蓚€(gè)廠都沒(méi)有進(jìn)行樣機(jī)制造。其中上電制造的300MW及以上雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)已投運(yùn)幾十臺(tái)，技術(shù)相對(duì)成熟。

2 兩種調(diào)相機(jī)結(jié)構(gòu)比較

2.1 兩種調(diào)相機(jī)本體冷卻系統(tǒng)比較

雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)即定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵芯及轉(zhuǎn)子表面空氣表面冷卻，穩(wěn)態(tài)下冷卻效果非常好，即使線圈導(dǎo)線和鐵芯的截面較小，在調(diào)相機(jī)的銅損和鐵損較大的情況下，也能將線圈和鐵芯的溫度控制在允許的范圍內(nèi)，但內(nèi)冷水系統(tǒng)維護(hù)工作量大?？绽湔{(diào)相機(jī)即定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵心、轉(zhuǎn)子表面及端部結(jié)構(gòu)件全部采用空氣表面冷卻，穩(wěn)態(tài)下冷卻效果沒(méi)有水冷好，為了使線圈和鐵芯的溫度控制在允許的范圍內(nèi)，線圈的導(dǎo)線和鐵芯的截面較大，調(diào)相機(jī)的銅損和鐵損較小，產(chǎn)生的熱量較少[2]。因此，空冷調(diào)相機(jī)的體積較大。制造雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)的材料比同容量的空冷調(diào)相機(jī)可減少約30%。

雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)分別配有兩臺(tái)100%容量水泵，一用一備，保證供水可靠。定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)分別設(shè)有可靠的供水設(shè)備及輔助設(shè)備，在各種工況下均能滿足發(fā)電機(jī)線圈的冷卻水量要求?？绽湔{(diào)相機(jī)則只設(shè)置空氣冷卻器。兩種調(diào)相機(jī)一次及二次冷卻水參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 兩種調(diào)相機(jī)機(jī)械參數(shù)比較

兩種調(diào)相機(jī)機(jī)械參數(shù)及振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2，從表2中可以看出雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)定子比空冷調(diào)相機(jī)定子輕100噸左右，雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子比空冷調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子輕10噸左右。兩種調(diào)相機(jī)軸承型式、軸瓦型式均相同。兩種調(diào)相機(jī)工作轉(zhuǎn)速相同，一階、二階及三階臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值也基本一致。兩種調(diào)相機(jī)工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)一致。

3 雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)可能存在的問(wèn)題

雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)因?yàn)椴捎昧怂畠?nèi)冷方式，所有還存在以下一些問(wèn)題：

3.1 雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)漏水故障

雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)在穩(wěn)態(tài)下冷卻效果好，但因?yàn)閮?nèi)部沒(méi)有氫氣封住冷卻水，所以一旦漏水就會(huì)泄漏到調(diào)相機(jī)內(nèi)部，其危害輕則停機(jī)，重則燒毀定子繞組或鐵芯，燒壞轉(zhuǎn)子繞組或大軸。需要制造廠在生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制制造工藝，提高設(shè)備質(zhì)量。

3.2 內(nèi)冷水管路堵塞

雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)運(yùn)行中如果發(fā)現(xiàn)水量減少，大多是由于調(diào)相機(jī)內(nèi)外管道的水路阻塞或線圈內(nèi)進(jìn)入雜物引起局部堵塞所引起。運(yùn)行中如果線圈溫度過(guò)高或溫差大于規(guī)定值時(shí)，在排除測(cè)溫元件故障后，這一般可能是線圈水路局部不暢而造成過(guò)熱所致，可能原因是絕緣引水管完癟或空心銅線內(nèi)雜質(zhì)堵塞，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視并考慮停機(jī)時(shí)分支路沖洗，必要時(shí)進(jìn)行酸洗。因此雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)內(nèi)冷水維護(hù)工作量較大，需加強(qiáng)水質(zhì)及溫度監(jiān)測(cè)。

4 兩種調(diào)相機(jī)振動(dòng)問(wèn)題比較

兩種調(diào)相機(jī)因?yàn)槔鋮s方式不同，因此也存在一些不同的振動(dòng)問(wèn)題：

4.1 雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸振虛假信號(hào)問(wèn)題

2007年天津陳塘電廠300MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)勵(lì)端軸振超標(biāo)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不加勵(lì)磁電流時(shí)，軸振正常，加勵(lì)磁電流后軸振突然增大[3]。這是因?yàn)殡p水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部中心孔通水，勵(lì)磁導(dǎo)線只能從轉(zhuǎn)子上的偏孔進(jìn)入，當(dāng)轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁電流后，造成轉(zhuǎn)子圓周表面的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率不同，并隨勵(lì)磁電流增大這種差別也增大，因此，此時(shí)電渦流探頭輸出電壓的變化不僅與探頭與被測(cè)表面間的距離變化（ 即軸振）有關(guān)，也與被測(cè)圓周表面的位置有關(guān)（因?yàn)槊恳惶幋艑?dǎo)率和電導(dǎo)率不同），在這種情況下，對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性造成一定影響，TSI顯示的軸振為虛假信號(hào)。雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)從80年代開(kāi)始使用電渦流傳感器測(cè)軸振開(kāi)始就發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，一直沒(méi)有很好地解決該問(wèn)題。此次上海電機(jī)廠和上海交大合作研究后，對(duì)該發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸振采用了一種新型組合式探頭（接觸式探頭+電渦流傳感器），這種探頭有效避免了因電磁作用和轉(zhuǎn)軸材料的電、磁特性變化而引起通常電渦流探頭測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的虛假信號(hào)，但效果還有待實(shí)際考證。空冷調(diào)相機(jī)由于沒(méi)有轉(zhuǎn)子冷卻水，因此轉(zhuǎn)子軸振不存在虛假信號(hào)的問(wèn)題。

4.2 強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子熱膨脹不暢引起的振動(dòng)問(wèn)題

此次特高壓換流站配套工程要求調(diào)相機(jī)暫態(tài)迅速反應(yīng)能力強(qiáng)，暫態(tài)過(guò)載能力強(qiáng)。在特高壓電網(wǎng)受端突然壓力下降時(shí)，就要求受端調(diào)相機(jī)深度遲相運(yùn)行，發(fā)出無(wú)功，迅速提高電網(wǎng)壓力，此時(shí)調(diào)相機(jī)勵(lì)磁電流最大會(huì)達(dá)到3.5倍額定勵(lì)磁電流，國(guó)網(wǎng)要求調(diào)相機(jī)在3.5倍額定勵(lì)磁

（下轉(zhuǎn)第237頁(yè)）（上接第239頁(yè)）

電流下保持5s，2.5倍額定勵(lì)磁電流下保持15s。在此期間轉(zhuǎn)子發(fā)熱量會(huì)瞬間增大很多，如果此時(shí)冷卻效果不好，同時(shí)轉(zhuǎn)子熱膨脹不暢，那么轉(zhuǎn)子就有可能產(chǎn)生很大的振動(dòng)，如果振動(dòng)超標(biāo)就會(huì)引起調(diào)相機(jī)跳機(jī)，嚴(yán)重威脅特高壓電網(wǎng)安全。其中雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)內(nèi)冷水溫度不能超過(guò)管內(nèi)壓力下的飽和溫度，否則極端情況下會(huì)汽化引起冷卻管道堵塞，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱，另外內(nèi)冷水流速不能太快，否則也會(huì)引起冷卻效果變差?？绽湔{(diào)相機(jī)雖然在強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下沒(méi)有水冷這些問(wèn)題，但轉(zhuǎn)子同樣存在熱膨脹不暢的問(wèn)題。從振動(dòng)角度來(lái)看，兩種強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下時(shí)間都不長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子熱變形沒(méi)有那么快能引起振動(dòng)突然劇增，但強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子熱膨脹不暢引起的振動(dòng)問(wèn)題是一個(gè)新問(wèn)題，值得關(guān)注和研究。

5 結(jié)論

雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)和空冷調(diào)相機(jī)由于冷卻方式的不同，導(dǎo)致兩種調(diào)相機(jī)機(jī)械參數(shù)不同，因此也存在不同的振動(dòng)問(wèn)題，但目前大型調(diào)相機(jī)沒(méi)有一臺(tái)出廠投入運(yùn)行，都只是通過(guò)同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)振動(dòng)情況來(lái)推斷調(diào)相機(jī)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，存在一定的偏差。大型調(diào)相機(jī)調(diào)試期間以及投運(yùn)后具體會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題還需要時(shí)間來(lái)考證。

參考文獻(xiàn)：

[1]李天鵬.淺析無(wú)功功率的補(bǔ)償與平衡[J].河南科技，2013（05）： 81-82.

[2]倪天軍.大型發(fā)電機(jī)主要冷卻方式及特點(diǎn)[J].東方電氣評(píng)論， 2006（20）1：31-37.

[3]孫海波，王江.雙水內(nèi)冷機(jī)組6瓦振動(dòng)探頭常見(jiàn)故障分析[J]. 熱電技術(shù)，2012（04）：54-56.

作者簡(jiǎn)介：陳非（1979-），男，湖北安陸人，高工，研究方向：電力設(shè)備信息融合故障診斷技術(shù)。