魏 力，章存建，高從闖，肖先照，王艷武，劉 宇

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溧蓄發(fā)電電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行性能

魏 力1，章存建1，高從闖1，肖先照2，王艷武2，劉 宇2

（1.江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，常州211108；2. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

本文采用對比的方式介紹了溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，以發(fā)電電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)冷卻性能、振動(dòng)和擺度特性、軸承熱穩(wěn)定運(yùn)行性能、電氣和機(jī)械性能、輔助設(shè)備運(yùn)行性能為研究對象，大量運(yùn)行數(shù)據(jù)表明發(fā)電電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的合理性。本文對類似機(jī)組的設(shè)計(jì)和調(diào)試具有指導(dǎo)意義。

抽水蓄能；發(fā)電電動(dòng)機(jī)；結(jié)構(gòu)特征；運(yùn)行性能

0 前言

抽水蓄能機(jī)組具有工況轉(zhuǎn)換復(fù)雜，運(yùn)行方式靈活，快速反應(yīng)等特點(diǎn)。機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧高轉(zhuǎn)速、雙向運(yùn)行、快速轉(zhuǎn)換、調(diào)頻和調(diào)相、頻繁起動(dòng)和制動(dòng)等特性。因此，設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)超普通機(jī)組，甚至巨型水輪發(fā)電機(jī)組[1, 2]。機(jī)組的運(yùn)行性能也是一個(gè)機(jī)組設(shè)計(jì)、制造和安裝質(zhì)量的綜合體現(xiàn)。仙游、響水澗、仙居等蓄能機(jī)組投運(yùn)，標(biāo)志著國內(nèi)設(shè)備廠家已經(jīng)完全掌握抽水蓄能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)。溧陽抽水蓄能電站（簡稱“溧蓄”）裝設(shè)6臺(tái)單機(jī)容量為250MW的混流式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司（簡稱“哈電”）獨(dú)立設(shè)計(jì)制造，是哈電對抽水蓄能機(jī)組幾十年研究、設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)引進(jìn)及創(chuàng)新的綜合運(yùn)用，代表著當(dāng)前國內(nèi)此類型發(fā)電電動(dòng)機(jī)最先進(jìn)的水平[3, 4]。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

溧蓄發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸、半傘式、全空冷、三相凸極、可逆式同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、上導(dǎo)軸承、推力及下導(dǎo)軸承和輔助部分組成，如圖1所示。其通風(fēng)系統(tǒng)為密閉自循環(huán)雙路徑向、無風(fēng)扇端部回風(fēng)方式。定子機(jī)座采用鋼板焊接的斜支臂結(jié)構(gòu)。鐵心下端為大齒壓板，在工地疊片、再分段壓緊，最后采用拉緊螺桿配合碟形彈簧緊固成整體，拉緊螺桿為全絕緣結(jié)構(gòu)。定子繞組為F級絕緣條式波繞組，加熱模壓固化工藝制成，采用315°不完全換位的特殊換位方式，在工地下線。推力軸承采用可自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷的單波紋彈性油箱支撐方式，裝設(shè)12塊巴氏合金瓦，并配有一套高壓油頂起系統(tǒng)，在機(jī)組起停過程中保護(hù)推力瓦[5, 6]。下導(dǎo)軸承設(shè)置16塊巴氏合金瓦，與推力軸承共用一個(gè)油槽，推導(dǎo)組合軸承配備一套外加泵外循環(huán)系統(tǒng)[7]，對整個(gè)油槽潤滑油進(jìn)行熱交換。轉(zhuǎn)子支架為鋼板焊接的斜支臂結(jié)構(gòu)，磁軛在工地疊裝，分段壓緊，最后與轉(zhuǎn)子支架采用復(fù)合鍵和熱加墊固定，磁極有4個(gè)“T”尾，在工地掛裝于磁軛對應(yīng)“T”尾槽內(nèi)，并用楔鍵固定。上機(jī)架為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由1個(gè)中心體和8個(gè)斜支臂組成。上導(dǎo)軸承裝設(shè)在上機(jī)架中心體內(nèi)，設(shè)置8塊巴氏合金瓦，導(dǎo)瓦采用球面支柱和調(diào)整墊片的徑向支撐方式，上導(dǎo)軸承的潤滑冷卻采用內(nèi)循環(huán)方式。

圖1 發(fā)電電動(dòng)機(jī)總裝配

發(fā)電電動(dòng)機(jī)容量、轉(zhuǎn)速和整體結(jié)構(gòu)與響水澗和蒲石河發(fā)電電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相類似[8]。其良好投運(yùn)表明，經(jīng)過科研實(shí)驗(yàn)、技術(shù)引進(jìn)與創(chuàng)新的圓滿結(jié)合應(yīng)用是成功的，如首次在發(fā)電電動(dòng)機(jī)采用單波紋彈性油箱支撐并經(jīng)3000t推力軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證，屬世界首創(chuàng)，如圖2所示。表1為運(yùn)行電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)對比。

圖2 溧蓄推力軸承試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)

表1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)對比

2 運(yùn)行性能

發(fā)電電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是機(jī)組設(shè)計(jì)、制造和安裝質(zhì)量的綜合體現(xiàn)，關(guān)系到整個(gè)電站的安全可靠運(yùn)行。由于抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行工況較多，工況轉(zhuǎn)換較為復(fù)雜，因此運(yùn)行性能也會(huì)隨著機(jī)組的水頭、季節(jié)氣溫變化而變化。

2.1 通風(fēng)冷卻性能

溧陽發(fā)電電動(dòng)機(jī)采用雙路徑向無風(fēng)扇端部回風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)。空氣溫升按28K計(jì)算，總風(fēng)量為95.74m3/s，通風(fēng)損耗為1215kW，電機(jī)帶走的損耗為2948.8kW。上風(fēng)道風(fēng)量分配比例為51%，下風(fēng)道風(fēng)量分配比例為49%。風(fēng)量分配合理，風(fēng)速均勻。系統(tǒng)設(shè)置8個(gè)空氣冷卻器，其傳熱余量為35.42%。機(jī)組抽水熱穩(wěn)定后通風(fēng)冷卻相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，定子各部位溫度正常，離報(bào)警值相差很遠(yuǎn)，具有較大的裕度,完全滿足機(jī)組各種工況的安全運(yùn)行。

表2 通風(fēng)冷卻相關(guān)數(shù)據(jù)（溫度） °C

2.2 振動(dòng)、擺度特性

機(jī)組運(yùn)行的振動(dòng)、擺度特性十分重要，是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)。4號機(jī)組發(fā)電和抽水工況振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)見表3。數(shù)據(jù)顯示，振動(dòng)、擺度性能遠(yuǎn)優(yōu)于合同和標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 軸承熱穩(wěn)定運(yùn)行性能

上導(dǎo)軸承、推力及下導(dǎo)組合軸承的瓦溫、油溫決定軸承是否能安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，是發(fā)電電動(dòng)機(jī)關(guān)鍵的運(yùn)行性能指標(biāo)。6號發(fā)電電動(dòng)機(jī)熱穩(wěn)定后的瓦溫、油溫?cái)?shù)據(jù)見表4。下導(dǎo)瓦溫略高，上、下導(dǎo)瓦溫度偏差略大。導(dǎo)瓦溫度可通過調(diào)整導(dǎo)瓦間隙改善，各部位瓦溫均有一定的安全余量。

2.4 電氣、機(jī)械性能

安裝過程中，溧蓄發(fā)電電動(dòng)機(jī)線棒、磁極按照安裝規(guī)程進(jìn)行交流和直流耐壓試驗(yàn)，均一次性通過。機(jī)組調(diào)試期間，升流、升壓試驗(yàn)以及涉網(wǎng)試驗(yàn)均體現(xiàn)機(jī)組電氣性能的優(yōu)越性。發(fā)電電動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電甩負(fù)荷及水泵斷電試驗(yàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分機(jī)械部件均無異常現(xiàn)象。長時(shí)間運(yùn)行后全面檢查機(jī)組，所有零部件無松動(dòng)、位移、裂紋、變形等現(xiàn)象。

表3 4號機(jī)運(yùn)行振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù) μm

表4 6號機(jī)熱穩(wěn)定后瓦溫、油溫?cái)?shù)據(jù) °C

2.5 輔助設(shè)備運(yùn)行性能

發(fā)電電動(dòng)機(jī)輔助設(shè)備有吸塵系統(tǒng)、制動(dòng)管路、高壓油頂起系統(tǒng)、推力外循環(huán)系統(tǒng)、吸油霧系統(tǒng)等。機(jī)組自投入商業(yè)運(yùn)行以來，無油霧、碳粉粉塵、制動(dòng)粉塵、甩油問題。其中推力外循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)過泵噪聲達(dá)103dB，水平振動(dòng)幅值達(dá)0.26mm。通過增設(shè)變頻器降低外循環(huán)系統(tǒng)的油流量的方式解決問題。

3 結(jié)論

溧蓄發(fā)電電動(dòng)機(jī)組是哈電抽水蓄能設(shè)備國產(chǎn)化的鞏固和提升，其中單波紋彈性油箱的成功運(yùn)用更是業(yè)內(nèi)首創(chuàng)[8，9]，并廣泛推廣運(yùn)用于深圳、豐寧、敦化、荒溝等高轉(zhuǎn)速和大容量機(jī)組。發(fā)電電動(dòng)機(jī)總體運(yùn)行性能優(yōu)越，完全滿足機(jī)組調(diào)峰、填谷和事故備用的功能要求。

（1）發(fā)電電動(dòng)機(jī)采用雙路徑向端部回風(fēng)、磁軛采用通風(fēng)溝加通風(fēng)隙的通風(fēng)系統(tǒng)完全滿足機(jī)組全空冷運(yùn)行的需要，并且有較大的裕度。

（2）機(jī)組三段軸結(jié)構(gòu)、推力頭和大軸分體把合、推力頭和轉(zhuǎn)子支架工地同鏜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便于現(xiàn)場軸線調(diào)整[10]。實(shí)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)、擺度性能優(yōu)越，達(dá)到國內(nèi)同類型機(jī)組領(lǐng)先水平。

（3）熱穩(wěn)定后，上導(dǎo)、下導(dǎo)瓦溫差較大，將瓦溫高的導(dǎo)瓦安裝間隙增大0.03mm，瓦溫低的導(dǎo)瓦安裝間隙減小0.02mm，可減小瓦溫差。

（4）熱穩(wěn)定后，推力瓦溫差小于3K，并且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，充分說明單波紋彈性油箱可很好地均衡推力瓦受力，是理想的支撐結(jié)構(gòu)，可廣泛運(yùn)用于蓄能機(jī)組。

（5）調(diào)試期間推力外循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)過泵噪聲和振動(dòng)偏大的問題。目前通過增設(shè)變頻器方案解決，但必須嚴(yán)密監(jiān)視高水溫時(shí)推力軸承的運(yùn)行性能。在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意油槽容積、管路直徑以及循環(huán)油流量的匹配關(guān)系。

（6）機(jī)組投運(yùn)以來，無油霧、甩油、粉塵問題。機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，滿足過速和水泵斷電的技術(shù)規(guī)范要求。

[1] 徐立佳.抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及選型設(shè)計(jì)分析[J].水力發(fā)電，2010, (7):60-62.

[2] 端潤生。我國抽水蓄能電站建設(shè)及機(jī)組國產(chǎn)化進(jìn)程[J].水利水電技術(shù)，2007, (1):25-27, 38.

[3] 王艷武, 王建剛. 溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力軸承設(shè)計(jì)[J].大電機(jī)技術(shù)，2014,(1):15-17.

[4] 吳軍令，武中德，范壽孝，張培良. 溧陽蓄能機(jī)組推力軸承試驗(yàn)研究[J].大電機(jī)技術(shù)，2016, (1):13-15.

[5] 肖先照.立式水輪發(fā)電機(jī)推力軸承高壓油頂起裝置[J]. 上海大中型電機(jī)，2014, (4):19-21.

[6] 肖先照，王建剛，魏玉國.響水澗推力軸承高壓油頂起裝置設(shè)計(jì)[J].上海大中型電機(jī)，2015, (2):1-2.

[7] 王書楓，王艷武. 溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大電機(jī)技術(shù)，2014, (1):15-17.

[8] 王艷武，王建剛. 響水澗抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)[M]. 抽水蓄能電站工程建設(shè)文集，2011:164-170.

[9] 劉宇，陳忠賓，彭輝，肖先照. 溧蓄推力軸承單波紋彈性油箱的設(shè)計(jì)與分析[J].上海大中型電機(jī), 2017, (1): 11-12, 34.

[10] 陳忠賓，肖先照，彭輝，劉宇，武倩倩. 溧陽抽水蓄能水輪發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整[J]. 上海大中型電機(jī)，2017, (2): 51-52, 62.

Structure and Operating Performance of Liyang Pumped-storage Generator-motor

WEI Li1, ZHANG Cunjian1, GAO Congchuang1, XIAO Xianzhao2, WANG Yanwu2, LIU Yu2

(1.Jiangsu Guoxin Liyang Pumped-storage Power Generating Co. Ltd, Changzhou 211108, China;2. Harbin Electric Machinery Co. Ltd., Harbin 150040, China）

This paper introduces the structural feature of generator-motor for Liyang Pumped-storage Power Station and takes the ventilation cooling performance, vibration and runout characteristics, the thermal stable performance of bearing, electrical and mechanical properties ,etc. as the object of the research. A large number of operating data shows that the design of generator-motor is reasonable. This paper has guiding significance for the design and commissioning of the similar units.

pumped-storage; generator-motor; structural feature; operating performance

TM312

A

1000-3983(2017)-0040-03

2017-07-07

魏力（1978-），2001年畢業(yè)于南京工程學(xué)院發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)從事抽水蓄能電站生產(chǎn)運(yùn)行管理工作，工程師。