橋鞏電站東電機組冷卻風機故障原因分析及處理

潘雪海

（廣西廣投橋鞏能源發(fā)展有限公司，廣西 來賓 546119）

1 電站情況簡介

橋鞏水電站是紅水河流域規(guī)劃建設(shè)的十個梯級水電站中的第九個，壩址位于廣西來賓市興賓區(qū)遷江鎮(zhèn)上游約1km，距第八個梯級水電站樂灘電站75.2km[1]。該電站是一座以發(fā)電為主，兼有航運、灌溉等綜合利用效益的大型水利樞紐，左岸廠房共安裝8臺57MW的超大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，制造廠家為天津阿爾斯通水電設(shè)備公司和東方電機有限公司，裝機容量為456MW，年利用小時數(shù)為4992小時，多年平均發(fā)電量為24億kWh；右岸廠房安裝1臺小機組，容量為24MW。電站正常蓄水位為84m， 具有日調(diào)節(jié)性能。

發(fā)電機采用密閉強迫自循環(huán)混合式通風系統(tǒng)。在定子上游側(cè)設(shè)有8個雙金屬翹片管空氣冷卻器，并相應(yīng)配有8個冷卻風機，一部分冷風經(jīng)冷卻風機加壓后進入轉(zhuǎn)子支架且與轉(zhuǎn)子支架旋轉(zhuǎn)壓頭串聯(lián)，使冷風通過磁軛、磁極后進入氣隙，再經(jīng)過定子通風溝后由鐵芯背部流出并折為縱向到達空氣冷卻器入口；另一部分由轉(zhuǎn)子支架下游側(cè)進入，流經(jīng)定、轉(zhuǎn)子后，到達空氣冷卻器入口；兩部分熱空氣匯合進入冷卻器，經(jīng)冷卻后進入冷卻風機，組成完整的循環(huán)風路。

冷卻系統(tǒng)為一次水循環(huán)方式，經(jīng)空氣冷卻器熱交換后的熱水直接排進河道，河水通過水泵加壓后注入冷卻器構(gòu)成水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使系統(tǒng)達到良好的冷卻效果[2]。

冷卻風機由風筒、電機和葉輪等主要部件組成。其中葉輪由輪轂和11塊葉片組成，每塊葉片是鑄鋁合金并自帶固定螺栓，葉片通過螺栓固定在輪轂上，這樣設(shè)計可以調(diào)整葉片的安放角，從而起到調(diào)整風壓、風量及風速的作用。

2 冷卻風機故障情況

東電機組自投產(chǎn)發(fā)電以來，每臺機組都出現(xiàn)過冷卻風機運行報故障信號、退出運行的情況。特別是2號機組出現(xiàn)故障的頻率較多，2016年和2017年分別出現(xiàn)過4臺次故障。 通過對故障冷卻風機的檢查，發(fā)現(xiàn)葉片側(cè)的軸承損壞嚴重，葉片損壞，轉(zhuǎn)子與線圈之間有碰刮及燒損（見圖1），嚴重威脅發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。

圖1 冷卻風機損壞情況

處理故障冷卻風機需進入發(fā)電機內(nèi)部才能拆卸和安裝，拆裝難度大，需搭設(shè)腳手架，投入人力、物力較多；同時發(fā)電機內(nèi)作業(yè)空間受限，每次更換1臺風機最快也需要一天時間才能完成，還要擔心碎金屬掉入定子鐵芯縫隙中，給機組運行帶來安全隱患。處理時也只是更換軸承或電機，不能徹底消除冷卻風機的故障，運行一段時間后冷卻風機仍然會出現(xiàn)軸承損壞事故。

3 故障原因分析

東電機組冷卻風機要求風壓高、風量大、轉(zhuǎn)速高，造成冷卻風機故障的原因主要為：

3.1 在此工況下冷卻風機葉片的固定螺栓容易松動，特別是高速運轉(zhuǎn)時，葉片受到強負荷作用，葉片固定螺栓更容易產(chǎn)生松動，葉片安放角度發(fā)生變化，葉輪失去平衡，風機振動嚴重超標，電機軸承在徑向方向受到較強的沖擊力，從而導致軸承燒壞受損。

3.2 冷卻風機采用的軸承為國產(chǎn)軸承，沒有自潤滑功能，需要定期進行加注潤滑脂，無法滿足高強度負荷的運行。

3.3 廠家原來的平衡精度不高，風機在高速運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生巨大的動不平衡，也是導致電機軸承燒損破壞的原因之一。

結(jié)合現(xiàn)場實際處理情況，發(fā)現(xiàn)故障基本都是由軸承損壞后引起的連鎖反應(yīng)造成。綜合其原因分析，主要在于現(xiàn)有冷卻風機葉輪偏重，結(jié)構(gòu)不合理。電機運行時易失去平衡，致使軸承溫度過高，軸承潤滑失效，軸承的滾珠損壞脫槽，從而使轉(zhuǎn)子與定子碰刮，定子絕緣破壞，最終使電機燒損，機組被迫停運。

4 處理方案及實施

4.1處理方案

根據(jù)實際存在的問題，在不改變電纜、風管安裝尺寸的前提下，對冷卻風機重新優(yōu)化。使用進口葉片及SKF原裝軸承，減輕風機葉片的重量，提高風機的流量、風壓及效率（見表1），具體為：

表1 新舊冷卻風機主要參數(shù)對比表

4.1 .1 根據(jù)原來冷卻風機的安裝尺寸，現(xiàn)場對風機尺寸數(shù)據(jù)進行采集核對，根據(jù)原來的風筒進行制造。

4.1 .2 為解決原來檢修維護的困難，將與空冷器連接的導風管段一分為二，方便風機拆裝從此處吊出，避免在定子內(nèi)處理。

4.1 .3 對風機的葉輪角度進行優(yōu)化計算，提高效率。根據(jù)測算的相關(guān)數(shù)據(jù)，對葉輪進行訂做，風機葉輪設(shè)計使用丹麥進口產(chǎn)品，葉片為PAG材料（風力發(fā)電機組葉片材料），將葉片及輪轂制作成一個整體（見圖2），此風機葉輪優(yōu)點是重量輕、噪音小、質(zhì)量好，風機葉輪性能穩(wěn)定，電機負荷相應(yīng)降低。

圖2 新舊冷卻風機葉輪

4.2現(xiàn)場實施

4.2 .1 更換前需收集好相關(guān)的數(shù)據(jù)，做溫升試驗，記錄好各項數(shù)據(jù)；

4.2 .2 按照通風系統(tǒng)裝配圖[3]拆除舊冷卻風機；

4.2 .3 新軸流風機安裝前先對電機進行絕緣測量，測量結(jié)果應(yīng)符合要求；

4.2 .4 吊裝風機就位安裝，調(diào)整好后，緊固風機與底座的固定螺栓；

4.2 .5 依次安裝完風機共8臺；

4.2 .6 安裝風機與冷卻器連接的導風管；

4.2 .7 各風機進行電源線的連接；

4.2 .8 根據(jù)風機的轉(zhuǎn)向標識進行試驗檢查，確保風機轉(zhuǎn)向符合要求；

4.2 .9 機組運行時，對新風機的溫升進行測試，滿足設(shè)計要求。

5 處理效果

自2018年優(yōu)化改造后至2020年底，東電機組冷卻風機未出現(xiàn)過一次故障，不僅機組溫度下降了2℃～3℃，而且解決了電機軸承由于葉輪過重、不平衡導致電機燒壞的情況，效果非常顯著；對原來電機使用的軸承更換為SKF原裝軸承，更保證了電機的使用效率和可靠性，提高運行周期，滿足了安全生產(chǎn)要求。

6 結(jié)語

冷卻風機運行的好壞直接影響到定、轉(zhuǎn)子的溫度及機組的冷卻效果。通過優(yōu)化改進葉輪及軸承，在不改變原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，解決了冷卻風機故障的問題，對同類燈泡貫流式機組的冷卻風機處理有較好的借鑒作用。