抽水蓄能機(jī)組溫升及通風(fēng)系統(tǒng)分析

趙洪峰 谷崢 侯桂欣

摘 要：我國(guó)在水電領(lǐng)域中大力推廣抽水蓄能發(fā)電，但抽水蓄能發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，往往出現(xiàn)定子線圈異常升溫問題。本文將根據(jù)實(shí)例，闡述通過通風(fēng)試驗(yàn)、風(fēng)溫測(cè)量，尋找機(jī)組異常升溫的原因，及對(duì)機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造、達(dá)到降溫的方法。

關(guān)鍵詞：水電站；抽水蓄能；發(fā)電機(jī)組；升溫；通風(fēng)系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.179

抽水蓄能發(fā)電是水力發(fā)電的一種特殊形式，在電網(wǎng)運(yùn)行的電谷負(fù)荷期，抽水蓄能電站吸取電網(wǎng)中的電能將水抽取至上庫儲(chǔ)存，在電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)入高峰負(fù)荷期，再用上庫的水進(jìn)行發(fā)電，充分利用水能與電能，綜合效率在2/3～75%之間[1]。

一些投入運(yùn)行的抽水蓄能機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)可能無法帶走運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就需要認(rèn)真分析這類問題出現(xiàn)的原因，為機(jī)組降溫、冷卻，避免機(jī)組因過熱發(fā)生故障。

1 實(shí)例分析

2016年，黑龍江某水電廠抽水蓄能機(jī)組（哈爾濱電機(jī)廠有限公司產(chǎn)品）在運(yùn)行中出現(xiàn)了定子線圈過熱、線圈被局部擊穿。技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了一系列試驗(yàn) 。

1.1 通風(fēng)試驗(yàn)

該機(jī)組有4臺(tái)冷卻器，每個(gè)冷卻器面積為2平方米，經(jīng)通風(fēng)試驗(yàn)，風(fēng)速在每秒3.4米～3.6米之間，風(fēng)量在26立方米/秒～29立方米/秒之間。該機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)量為28.6立方米/秒，通風(fēng)試驗(yàn)表明實(shí)際風(fēng)量值與設(shè)計(jì)值誤差并不大。上端鼓風(fēng)機(jī)與下端鼓風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量也基本平衡（分別為14立方米/秒與12立方米/秒），兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)壓力的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值也較為接近。

1.2 測(cè)量定子風(fēng)溝風(fēng)速、風(fēng)溫

技術(shù)人員對(duì)鼓風(fēng)機(jī)正下方與側(cè)面定子風(fēng)溝風(fēng)速、風(fēng)溫進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)正下方風(fēng)溝第1鐵心段號(hào)，風(fēng)速為每秒15米，第5鐵心段號(hào)，風(fēng)速為每秒20米，第20鐵心段號(hào)，風(fēng)速為每秒15米；鼓風(fēng)機(jī)側(cè)面風(fēng)溝第1鐵心段號(hào)，風(fēng)速為每秒18米，第5鐵心段號(hào)，風(fēng)速為每秒25米，第20鐵心段號(hào)，風(fēng)速下降為每秒11米。在第1鐵心段號(hào)，風(fēng)溫為44℃；第7鐵心段號(hào)，風(fēng)溫為47℃；第21鐵心段號(hào)，風(fēng)溫為45攝氏度。

通過分析，發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)上端風(fēng)速低于下端風(fēng)速，上端風(fēng)溫低于下端風(fēng)溫，這表明抽水蓄能電機(jī)下端冷卻效果不及上端。

1.3 通風(fēng)損耗試驗(yàn)

技術(shù)人員又進(jìn)行了通風(fēng)損耗試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境溫度為29℃時(shí)，冷風(fēng)電阻網(wǎng)電阻為81歐姆，熱風(fēng)電阻網(wǎng)電阻為70歐姆。冷風(fēng)電阻網(wǎng)溫度在31℃～32℃之間，熱風(fēng)電阻網(wǎng)溫度在42度左右。這樣便計(jì)算出通風(fēng)損耗，大約為303千瓦。與原設(shè)計(jì)值相比，實(shí)測(cè)值有所增大。而通風(fēng)試驗(yàn)又表明電機(jī)風(fēng)量與設(shè)計(jì)值較為吻合，如果通風(fēng)損耗值也符合設(shè)計(jì)值，那么，電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行卻出現(xiàn)了過熱，這表明電機(jī)的實(shí)際損耗超過了設(shè)計(jì)值。最后計(jì)算出抽水蓄能機(jī)組電動(dòng)機(jī)溫升33℃，總損耗為1010千瓦；發(fā)電機(jī)溫升 32℃，總損耗為976千瓦。

2 通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造

抽水蓄能機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)組冷卻方式有很大的影響。中低速機(jī)組容量較大，電機(jī)直徑大，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)力能夠滿足設(shè)計(jì)風(fēng)量，因而采用無風(fēng)扇徑向通風(fēng)系統(tǒng)，不僅可以降低通風(fēng)損耗，而且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單[2]。高速機(jī)組轉(zhuǎn)速快，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，通風(fēng)空間較小，需安裝鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)[3]。本案例中所提到的機(jī)組便屬于高速機(jī)組。

2.1 風(fēng)量計(jì)算、分析機(jī)組定子各部分溫度

技術(shù)人員分析了該機(jī)組結(jié)構(gòu)，確定了其中鼓風(fēng)機(jī)、冷卻器、風(fēng)阻元件、壓力元件等各個(gè)部件。計(jì)算出該機(jī)組總風(fēng)量應(yīng)為25立方米/秒。然后對(duì)該機(jī)組定子各部分溫度進(jìn)行了計(jì)算，得出的結(jié)果為：定子繞組溫度平均值為127℃，定子軛部溫度平均值為68℃，定子齒部溫度平均值為92℃，與設(shè)計(jì)值相比明顯偏高。

2.2 改造方案

2.2.1 改造鼓風(fēng)機(jī)

技術(shù)人員決定盡量節(jié)約資金，充分利用原有元件，將該機(jī)組原上端的6臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)安裝到下端，在上端更換4臺(tái)大功率鼓風(fēng)機(jī)。下端鼓風(fēng)機(jī)安裝直徑為480毫米，開孔直徑與安裝直徑相吻合，功率為6.5千瓦，工作點(diǎn)壓力為1200帕斯卡，風(fēng)量為2.3立方米/秒；上端鼓風(fēng)機(jī)安裝直徑為600毫米，功率為11千瓦，工作點(diǎn)壓力為1550帕斯卡，風(fēng)量為4立方米/秒。

2.2.2 密封電機(jī)結(jié)構(gòu)

鑒于原電機(jī)上端存在間隙，導(dǎo)致冷風(fēng)損失，熱風(fēng)回風(fēng)，因此對(duì)電機(jī)上的這些間隙進(jìn)行了密封，以提高冷卻效率。

2.2.3 改造冷卻器

該電機(jī)原有的冷卻器以不銹鋼散熱片進(jìn)行分組穿管，各組冷卻管之間的間隙較寬，熱風(fēng)還沒有來得及徹底冷卻就從間隙中流出，導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)冷風(fēng)入口溫度過高；同時(shí)，不銹鋼導(dǎo)熱能力也較差[4]。因此，技術(shù)人員決定將不銹鋼穿片式空氣冷卻器更換為銅片冷卻器，以便在有限的安裝空間更快地降低溫度。據(jù)計(jì)算，銅片冷卻器出風(fēng)溫度可降低至34℃（原出風(fēng)溫度為38℃）。

2.2.4 改造后的機(jī)組風(fēng)量與定子各部分溫度

技術(shù)人員對(duì)改造后的抽水蓄能機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算，得出的結(jié)果為：總風(fēng)量達(dá)到29立方米/秒，較之原風(fēng)量增加了4立方米/秒；定子繞組溫度平均值為120℃，較原值下降了7℃；定子軛部溫度平均值為61℃，較原值下降了7℃。定子各部分溫度明顯下降。然后，技術(shù)人員進(jìn)行了開機(jī)試驗(yàn)，機(jī)組工作一切正確，電機(jī)運(yùn)行的溫度降到了限值溫度以下。

3 結(jié)束語

通過這次對(duì)抽水蓄能機(jī)組的改造，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：造成機(jī)組溫度過熱的主要原因是上下兩端鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速不平衡與冷卻器制冷效果不佳。因而在不改動(dòng)機(jī)組結(jié)構(gòu)的前提下更換、新增了鼓風(fēng)機(jī)、密閉了機(jī)組上的空隙，并更新了冷卻器，從而達(dá)到了為機(jī)組降溫、冷卻的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張孟軍，戴雪梅，李紅旗.響水澗抽水蓄能電站機(jī)組定子鐵損及溫升試驗(yàn)研究[J].水利水電技術(shù)，2015，46（05）：91-92+96.

[2]劉麗娜，麻志成，吳健.基于運(yùn)行工況的抽水蓄能機(jī)組狀態(tài)分析研究[J].水電廠自動(dòng)化，2014，35（04）：29-30+33.

[3]邢廣.大型抽水蓄能電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)模擬試驗(yàn)研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，http：//kns.cnki.net/kcms，2013.

[4]劉平安.抽水蓄能電機(jī)的過渡過程分析與定子溫度場(chǎng)的計(jì)算[D].哈爾濱理工大學(xué)，https：//doi.org/10.14149/j.cnki.ct，2007.