爐水循環(huán)泵電機(jī)滾動(dòng)檢修探討

董建筠

(廣東省能源集團(tuán)有限公司沙角C電廠，廣東 東莞 523908

某電廠為3×660 MW火力發(fā)電機(jī)組，鍋爐由美國(guó)ABB-CE公司制造，每臺(tái)鍋爐配有3臺(tái)爐水循環(huán)泵，型號(hào)為U600H492，3臺(tái)機(jī)組于1997年先后投入商業(yè)運(yùn)行。在機(jī)組投產(chǎn)初期，由于機(jī)組啟停次數(shù)較多，人員對(duì)設(shè)備的運(yùn)行特性不熟悉，以及爐水泵循環(huán)電機(jī)在制造過(guò)程中存在由工藝把控不嚴(yán)導(dǎo)致的定子繞組絕緣缺陷，先后有多臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)了絕緣故障。其中有4臺(tái)爐水泵電機(jī)是在運(yùn)行中發(fā)生絕緣擊穿，或在檢修過(guò)程中進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生絕緣擊穿，另有2臺(tái)在機(jī)組檢修時(shí)絕緣明顯下降，解體后發(fā)現(xiàn)電機(jī)繞組絕緣有缺陷需更換繞組。由于爐水泵電機(jī)結(jié)構(gòu)具有特殊性，繞組更換維修費(fèi)用極高。從2003年開始，電廠開始推行爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修策略，電機(jī)的使用壽命得到很大的提高，至今無(wú)一臺(tái)出現(xiàn)重大故障。

1 爐水循環(huán)泵電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

爐水循環(huán)泵電機(jī)用于300～1 200 MW亞臨界、超臨界火電機(jī)組，是強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐和復(fù)合循環(huán)鍋爐等火電廠鍋爐。泵的葉輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子裝在同一主軸上，置于相互連通的密封壓力殼體內(nèi)，泵與電機(jī)結(jié)合成一個(gè)整體，其結(jié)構(gòu)見圖1。由于爐水循環(huán)泵直接參與高溫爐水運(yùn)行，為防止高溫爐水進(jìn)入電機(jī)腔體，運(yùn)行時(shí)電機(jī)腔體內(nèi)充滿冷卻水，此類濕定子電機(jī)運(yùn)行可靠性直接影響電廠鍋爐的安全，爐水循環(huán)泵電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。

1)泵與電機(jī)之間采用無(wú)軸封結(jié)構(gòu)，泵體與電機(jī)是分隔開的兩個(gè)腔室，中間雖有間隙但不設(shè)密封裝置，使泵體和電機(jī)腔壓力相等，但泵體內(nèi)的高溫爐水(300 ℃以上)與電機(jī)腔內(nèi)的水(65 ℃以下)是不同的水質(zhì)，正常運(yùn)行時(shí)兩者是互不交換的。

2)電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)小葉輪產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動(dòng)力，電機(jī)腔內(nèi)的水通過(guò)外置的高壓冷卻器的熱交換，使腔內(nèi)的水溫保持在65 ℃以下。當(dāng)電機(jī)停機(jī)，內(nèi)循環(huán)動(dòng)力消失，高壓冷卻器基本失去熱交換功能。

3)采用水潤(rùn)滑軸承，簡(jiǎn)化了爐水循環(huán)泵軸承的結(jié)構(gòu)，使用壽命和可靠性均不低于油潤(rùn)滑軸承。

4)采用了耐溫耐壓的濕定子繞組線，改善了繞組冷卻條件，提高了電機(jī)效率。

圖1 爐水泵結(jié)構(gòu)圖

2 爐水循環(huán)泵電機(jī)主要缺陷

2.1 絕緣故障

絕緣磨損：由于爐水泵電機(jī)采用濕定子結(jié)構(gòu)，為滿足電機(jī)運(yùn)行中冷卻水的流動(dòng)，電機(jī)繞組與定子鐵芯間有較大間隙，電機(jī)運(yùn)行中繞組受電磁力和外部機(jī)械力的作用發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致繞組與定子鐵芯相互磨擦，使繞組絕緣層受損產(chǎn)生絕緣薄弱點(diǎn)(見圖2)，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，電機(jī)的絕緣水平逐漸降低，最終導(dǎo)致電機(jī)繞組絕緣擊穿。

圖2 絕緣磨損

機(jī)械劃痕：爐水泵電機(jī)繞組采用的是PE2輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣銅線，由于線圈結(jié)構(gòu)的特殊性，制造廠在穿線繞制時(shí)如工藝控制不良，易造成交聯(lián)聚乙烯絕緣銅線的絕緣層與定子鐵芯邊角或繞制工具的尖銳部分發(fā)生刮擦，造成的劃痕在電機(jī)運(yùn)行中逐漸形成絕緣薄弱點(diǎn)，最終導(dǎo)致電機(jī)繞組絕緣損壞。

絕緣老化：爐水泵電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后，繞組絕緣材料受溫度等因素的影響，冷卻水中的水分子逐漸滲透到絕緣材料里，同時(shí)芯線的銅離子也由于電離作用逐漸擴(kuò)散到繞組的絕緣材料中(見圖3)，使繞組絕緣水平加速下降，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。

圖3 絕緣老化

2.2 機(jī)械磨損

導(dǎo)電接頭磨損：解體檢修發(fā)現(xiàn)電機(jī)導(dǎo)電接頭密封槽深度普遍在0.2～0.3 mm(見圖4)，有的甚至已磨平，與規(guī)定的槽深度0.64 mm以上相差甚遠(yuǎn)，說(shuō)明使用3～6年后其密封效果已大大降低，導(dǎo)致冷卻水從此處滲出到接線箱，造成導(dǎo)電頭對(duì)地絕緣能力降低，危害爐水泵電機(jī)正常運(yùn)行。

軸承磨損:爐水泵電機(jī)軸承采用水潤(rùn)滑，在運(yùn)行3～6年后，軸承部件都有不同程度的磨損(見圖5)，除正常磨損外，冷卻水質(zhì)差也是導(dǎo)致軸承磨損的主要原因，磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)由于無(wú)法被過(guò)濾器的完全過(guò)濾掉，雜質(zhì)在泵體內(nèi)隨冷卻水流動(dòng)到軸承處，加速了軸承部件的磨損。

圖4 導(dǎo)電接頭磨損

圖5 軸承磨損

3 爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修實(shí)施

在對(duì)多臺(tái)爐水泵電機(jī)檢修后發(fā)現(xiàn)，繞組磨損或劃痕是一個(gè)普遍的現(xiàn)象，同時(shí)又伴有絕緣老化對(duì)地絕緣下降等問(wèn)題，極易在運(yùn)行中發(fā)生故障。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，先后有6臺(tái)爐水泵電機(jī)發(fā)生絕緣故障。由于爐水泵電機(jī)為濕定子結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行3～6年后，受水中雜質(zhì)影響，軸承都有不同程度的磨損，在檢修過(guò)的多臺(tái)爐水泵電機(jī)中，更換了上下導(dǎo)軸承擺塊的有12臺(tái)，更換了軸承套的有8臺(tái)，更換了反止推密封環(huán)的有6臺(tái)，更換了止推盤鍵的有6臺(tái)。

為減少爐水泵的電機(jī)故障并降低維修成本，從2003年開始逐步推行了爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修策略，每臺(tái)電機(jī)以6年為一周期進(jìn)行滾動(dòng)檢修。滾動(dòng)檢修實(shí)施前期先對(duì)3臺(tái)鍋爐共9臺(tái)爐水循環(huán)泵電機(jī)進(jìn)行了運(yùn)行和檢修數(shù)據(jù)整理，依次將電機(jī)的投運(yùn)時(shí)間和檢修情況進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果編制9臺(tái)爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修時(shí)間計(jì)劃表(見表1),依據(jù)計(jì)劃表利用機(jī)組年度檢修或臨修機(jī)會(huì)安排檢修已到滾動(dòng)周期的電機(jī)，不需要再額外申請(qǐng)停機(jī)檢修時(shí)間。

表1 爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修計(jì)劃表

4 爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修實(shí)施效果

爐水泵電機(jī)替換下來(lái)后送到國(guó)內(nèi)專業(yè)維修廠家進(jìn)行解體檢修，到目前為止，每臺(tái)電機(jī)已進(jìn)行了至少兩輪次滾動(dòng)檢修，經(jīng)過(guò)滾動(dòng)檢修后的爐水泵電機(jī)，在運(yùn)行中均能保持較好的狀態(tài)。每年的C級(jí)檢修對(duì)電機(jī)進(jìn)行預(yù)防性電氣試驗(yàn)，電機(jī)繞組對(duì)地絕緣均能達(dá)到5 000 MΩ以上，其中1臺(tái)爐水泵電機(jī)，從1996年投運(yùn)至2005年進(jìn)行保養(yǎng)檢修后一直使用至2012底，其繞組對(duì)地絕緣仍能滿足預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求[1]。滾動(dòng)檢修效果對(duì)比見表2。

表2 滾動(dòng)檢修效果對(duì)比

表2 (續(xù))

滾動(dòng)檢修主要項(xiàng)目包括以下幾點(diǎn)[2]。

1)清理保養(yǎng)電機(jī)繞組線圈，如發(fā)現(xiàn)明顯缺陷應(yīng)根據(jù)需要處理或更換繞組。

2)由于導(dǎo)電頭使用3～6年后其密封槽深度普遍小于標(biāo)準(zhǔn)值，所以滾動(dòng)檢修需更換繞組接線導(dǎo)電頭。

3)更換泵側(cè)軸頸襯套，研磨泵側(cè)導(dǎo)軸承，根據(jù)間隙實(shí)配軸頸襯套。由于該型號(hào)爐水泵電機(jī)采用可傾式密契爾結(jié)構(gòu)分瓦板導(dǎo)軸承，這種可傾式瓦塊結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)調(diào)整位置，易于建立水膜，形成良好的邊界潤(rùn)滑條件，可以承受較大的載荷，但是可傾式瓦塊的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出故障。為此，可對(duì)導(dǎo)軸承進(jìn)行改造，采用圓筒式結(jié)構(gòu)，降低導(dǎo)軸承PV取值，導(dǎo)軸承非金屬承磨面采用耐磨性能較好的混合纖維自潤(rùn)滑復(fù)合材料，可有效解決導(dǎo)軸承損壞問(wèn)題，相關(guān)改造本文不展開論述。

4)更換葉輪螺母防松螺栓。

5)研磨修復(fù)蓋側(cè)軸頸擺動(dòng)塊，研磨修復(fù)泵側(cè)軸頸擺動(dòng)塊。

6)檢查并修復(fù)蓋軸頸襯套。

7)研磨修復(fù)正向、反向止推墊，修復(fù)止推盤。

8)調(diào)整各對(duì)磨付間隙。

9)更換所有密封材料。

10)更換電氣箱內(nèi)連接片、螺帽及墊片。

5 經(jīng)濟(jì)效益

爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修，將原非計(jì)劃故障檢修改為計(jì)劃性滾動(dòng)檢修。如電機(jī)發(fā)生故障需進(jìn)行重繞檢修，一臺(tái)電機(jī)大約花費(fèi)70萬(wàn)的檢修費(fèi)用。滾動(dòng)檢修以保養(yǎng)檢修為主，保養(yǎng)一臺(tái)電機(jī)的費(fèi)用約20萬(wàn)。不考慮電機(jī)故障可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的損失，保養(yǎng)檢修后的爐水泵電機(jī)可保證2個(gè)以上周期的正常運(yùn)行，期間保養(yǎng)費(fèi)用遠(yuǎn)低于故障檢修費(fèi)用。

6 結(jié)論

根據(jù)多年來(lái)對(duì)爐水泵電機(jī)進(jìn)行檢修管理的經(jīng)驗(yàn)，爐水泵電機(jī)滾動(dòng)檢修的實(shí)施，除能及時(shí)掌握電機(jī)缺陷情況外，還能將缺陷控制在可接受的范圍內(nèi)，避免了突發(fā)故障導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)的事故。滾動(dòng)檢修的實(shí)施還延長(zhǎng)了爐水泵電機(jī)的使用壽命，大大減少檢修費(fèi)用的投入，對(duì)電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)是非常有利的。