溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動機推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計

王書楓，王艷武（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

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溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動機推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計

王書楓，王艷武
（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

[摘要]溧陽發(fā)電電動機發(fā)電機工況額定容量為277.8MVA，電動機工況額定輸出功率為269MW，額定轉(zhuǎn)速300r/min。設(shè)計采用外加泵外循環(huán)推力及下導軸承潤滑冷卻方式。本文重點介紹該發(fā)電電動機推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計。

[關(guān)鍵詞]抽水蓄能；發(fā)電電動機；推力及下導軸承；外循環(huán)；冷卻系統(tǒng)；控制設(shè)備

0　引言

溧陽發(fā)電機工況額定容量為277.8MVA，電動機工況額定輸出功率為269MW，額定轉(zhuǎn)速300r/min。

發(fā)電電動機推力軸承采用單波紋彈簧油箱支撐結(jié)構(gòu)，推力及下導軸承采用外加泵外循環(huán)冷卻方式。外循環(huán)冷卻器組設(shè)置在機坑外。本文重點介紹該發(fā)電電動機推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計。

1　外循環(huán)系統(tǒng)組成

水輪發(fā)電機推力軸承在運行過程中因軸承摩擦產(chǎn)生熱量，需要將軸承潤滑油進行冷卻，以保證軸承運行溫度。所以需要一套合理的冷卻系統(tǒng)，確保在機組運行過程中，不間斷連續(xù)運行。

推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)由電機泵組、油過濾器、水過濾器、換熱器以及一些必要的閥門附件組成，如圖1所示。系統(tǒng)潤滑參數(shù)見表1。

推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)布置在機坑外，通過電機泵組形成循環(huán)動力，將油槽內(nèi)的潤滑熱油吸入外循環(huán)冷卻系統(tǒng)內(nèi)。電機泵組共兩套，互為備用。當一套電機泵組出現(xiàn)故障時，自動啟動另一套電機泵組，保證外循環(huán)系統(tǒng)可靠運行。在每套電機泵組的出口，配置了單向閥，保證兩套電機泵組不存在短路現(xiàn)象。電機泵組內(nèi)部采用液控保護閥，在壓力過載時開啟，保護電機泵組安全。潤滑油通過布置在泵出口的油過濾器后流向換熱器。油過濾器位置設(shè)置旁路，在油過濾器整體檢修時，開啟旁路，保證機組正常運行。油過濾器為雙筒過濾器，定期通過閥門切換，清除過濾器中的雜質(zhì)后回裝。之后，潤滑油流入換熱器，在換熱器內(nèi)進行熱交換后，通過回油總管流回油槽。換熱器采用板式換熱器，共兩臺，一臺正常運行使用，另一臺事故備用。當某臺換熱器出現(xiàn)漏水等故障時，采用閥門將事故換熱器油和水管路關(guān)閉，拆卸檢修，并開啟備用換熱器，不影響機組正常運行。板式換熱器的特點是能夠進行充分的熱交換，換熱效率較高。但由于板式換熱器對水質(zhì)的要求較高，在水管路的入口處需配置雙筒水過濾器。水過濾器可通過閥門切換，清除過濾器中的雜質(zhì)后回裝。外循環(huán)系統(tǒng)配置超聲波流量計，在線監(jiān)控機組潤滑油的流量，保證在流量波動較大時輸出報警信號。閥門附件包括測溫元件、壓力表、端子箱以及組成系統(tǒng)所需的管路、法蘭、閥門、自動化元件和電纜等。

圖1推力及下導軸承外循環(huán)冷卻卻系統(tǒng)

表1　潤滑參數(shù)

2　外循環(huán)系統(tǒng)油路結(jié)構(gòu)設(shè)計

推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括油槽部分管路設(shè)計和外循循環(huán)冷卻裝置。

油槽部分管路設(shè)計時，將油槽分成上、下兩個腔。上腔為熱油區(qū)，下腔為回油區(qū)。熱油區(qū)布置若干根出油分管，盡量保證均勻吸走熱油。之所以將出油分分管口布置較高，是因為熱油一般上浮。外部泵將熱油吸入布置在機架下部的出油環(huán)管內(nèi)，最終匯到出油總管進入外循環(huán)冷卻裝置內(nèi)進行熱交換。經(jīng)過熱交換后的潤滑油最終通過回油管流回油槽，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于空間緊張，推力及下導軸承外循環(huán)冷卻裝置需集成布置在一個規(guī)定的空間內(nèi)。布置時要考慮系統(tǒng)內(nèi)任何一個零部件在不干涉其他零部件的情況下可方便拆卸、檢修和維護。由于尺寸限制，，整個推力軸承外循環(huán)裝置布置在兩個安裝底盤上。兩個底盤需有可靠的定位和連接裝置，可自由拆開和組裝，便于運輸。安裝底盤與地面接觸部位設(shè)有防振設(shè)計。底盤具有儲油功能，以避免檢修或設(shè)備滲漏油，水污染其他設(shè)備或環(huán)境，并裝設(shè)排污閥門。裝置的零部件有接地設(shè)計。外循環(huán)裝置與地板混凝土連接為膨脹螺栓連接。裝置設(shè)有一個集成端子箱，所有元件的電纜和動力電纜（（電機電纜除外）連接到該箱內(nèi)，控制電纜和動力電纜有效隔開，箱內(nèi)有有20% 備用端子。所有裝置內(nèi)零部件在承制廠內(nèi)將工地組裝需要的的焊接坡口和法蘭焊接完畢，在工地只需必要的連接即可。外循環(huán)冷卻裝置安裝前作耐壓試驗。系統(tǒng)中所有電纜走線有電纜橋架或電纜護套。整套裝置在最高處設(shè)置排氣閥，在最低處設(shè)置排空閥，如圖3所示。

圖2　油槽部分管路

圖3　外循環(huán)冷卻裝置布置

3　外循環(huán)系統(tǒng)控制設(shè)備設(shè)計

推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制部分主要指推力外循環(huán)啟動柜。它主要由柜體、選擇開關(guān)、按鈕、組合排燈、電壓表及電流表、斷路器、銅排、接觸器、軟啟動器、恒溫控制器、雙電源轉(zhuǎn)換模塊、三相電源監(jiān)視繼電器、中間繼電器、安裝板及行線槽等附件組成，各個元件具體安裝位置如圖4所示。

圖4　推力外循環(huán)啟動柜

其中選擇開關(guān)（項2）有手動、切除及自動三個檔位；手動位時，可現(xiàn)地啟動或停止推力外循環(huán)油泵，自動位時，可以接受來自推力外循環(huán)輔助控制柜的起泵命令或停泵命令，并在條件滿足時實現(xiàn)相應(yīng)的動作，切除位時，無論手動和自動均不能進行起停泵操作。按鈕（項3）設(shè)置了油泵起動按鈕及油泵停止按鈕；組合排燈（項4）用于監(jiān)視各路電源及兩臺油泵工作情況。多個斷路器（項6）分別用于隔斷或提供2路AC380，2路AC220V作為電源轉(zhuǎn)換源，2路AC220V作為接觸器控制用，一路AC220V作為備用，一路AC220V作為柜內(nèi)照明，一路DC24V用于其他控制回路電源。接觸器（項8）含一個主接點，多個輔助接點，主接點用來開閉系統(tǒng)主要回路，輔助接點用來執(zhí)行控制指令。軟啟動器（項9）可以在啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機，而且可根據(jù)電動機負載特性調(diào)節(jié)啟動過程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動時間等。恒溫控制器與加熱器（項10）聯(lián)合用于檢測推力外循環(huán)啟動柜柜內(nèi)溫度過低或濕度過大時，啟動加熱器，從而保證柜內(nèi)的溫度及濕度維持在一定范圍內(nèi)。雙電源切換模塊（項11）用于提供冗余的AC220V電源，可以手動及自動切換，大大提高了電源的可靠性及可控制性。中間繼電器（項13）用于增加接點數(shù)量，控制多個回路的通斷，從而實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯控制。

4　結(jié)束語

溧陽發(fā)電電動機推力及下導軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)利用電機泵組產(chǎn)生循環(huán)動力，可保證足夠的參與換熱的潤滑流量。設(shè)計了備用電機泵組、備用換熱器和備用過濾器，配合自動化控制系統(tǒng)，能夠充分保證推力及下導軸承的潤滑冷卻需要，為機組整體安全穩(wěn)定運行提供了可靠保證。

王書楓(1982-)，2009年畢業(yè)于哈爾濱理工大學機械設(shè)計及其自動化專業(yè)，碩士研究生，長期從事水輪發(fā)電機的自動化控制設(shè)計工作，工程師。

審稿人：劉公直

External Circulation Cooling System Design of Thrust Bearing and Lower Guide Bearing for Liyang Pumped Storage Generator-motor

WANG Shufeng, WANG Yanwu
(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

Abstract:Rated capacity of Liyang generator is 277.8MVA, and rated output is 269MW for motor, rated speed is 300r/min. This article focuses on the design of generator-motor thrust and lower guide bearing external circulation cooling system.

Key words:pumped storage; generator-motor; thrust and lower guide bearings; external circulation; cooling system; control device

[作者簡介]

[收稿日期]2015-04-03

[中圖分類號]TM32

[文獻標識碼]A

[文章編號]1000-3983(2016)01-0013-03