电机冷却系统（精选八篇）
电机冷却系统 篇1
1 小型水冷电机概述
1.1 小型水冷电机原理
通过在机壳外的入水和出水设计, 使得循环水能够通过不断的流动达到对电机的冷却功能。该型电机分为异步和同步设计, 采用在定子外壳设计的冷水层来实现水冷, 进水口和出水口设计在电机后端, 流经整个电机机身后经另一个出水口出水。
1.2 水冷电机的优点
(1) 紧凑结构设计:水冷型设计使得电机散热得到大幅的改善, 英雌小型水冷电机能够工作在全功率状态下。在相同的功率输出情况下, 水冷型电机较之风冷型电机能够具有更小的体积设计。
(2) 高动态响应:紧凑的设计使得电机有十分小的惯量以及在全速速度范围内的恒定高扭矩稳定性, 因此小型水冷电机与同等功率设计的电机相比, 它的动态响应能力更高。
2 水冷系统设计
2.1 水冷泵的选配
水泵输送介质为清水或物理化学性质类似于清水的其他液体, 介质温度<+80℃, 选定清水泵。水泵工作条件为流量: (1~400) L/s, 扬程: (5~80) m, 环境温度<+40℃。
2.2 水路结构设计
当前水冷电机的结构主要分为机壳水冷、机壳加端盖水冷、机壳加端盖加转轴水冷三种。盖加机壳水冷、端盖加机壳加转轴水冷在冷却效果上略优于机壳水冷, 但这两种结构在制造上相对比较困难。机壳水冷折弯式水路具有生产工艺简单、制造成本低的优点。
端盖通水的冷却结构效果比较明显, 适用于采用轴向通风、滚动轴承的电机中, 它能改善电机端部和外壳的散热效果, 同时对于滚动轴承的使用寿命和运行可靠性来说都是十分有益的;转轴通水结构需要在转轴上制出水道, 并且还要解决水道转动密闭的问题, 其技术含量较高, 对于一般的电机制造厂来说不太容易实现, 所以当前在水冷电机设计中很少采用转轴通水的方案。考虑到电机无轴向通风及加工工艺性, 本文电机水路结构采用机壳水冷方式。
2.3 冷却水路分布方向
冷却水在电机机壳内的流向有两种, 一种是沿着电机机壳的周向流动, 与其相应的水路结构是周向水路;另一种是沿电机轴向流动, 与其相应的水路结构是轴向水路。
(1) 周向水路:周向水路是指隔板沿着电机机壳的圆周方向呈螺旋状分布形成水路, 冷却水沿着机壳的圆周方向呈螺旋前进的方向流动。其优点是水路平滑, 水流阻力损失小;与机壳接触面积大, 冷却散热效果好。其缺点是出水口与入水口很难设计到电机的一端, 水流从电机一段流向另一端温度升高, 会产生温度梯度。
(2) 轴向水路:轴向水路是指隔板沿着电机的轴向方向平行分布形成水路, 冷却水流入水路后沿电机的轴向流动。轴向水路的优点是很容易的将出、入水口设计在电机的同一段;肋片面积大, 散热效果好;结构简单, 制造工艺简单;散入均匀, 在电机两端不会出现温度梯度。其缺点是在电机中有许多转弯和倒角, 水流阻力损失较大, 入口的水压要很大。
3 水冷系统管路相关计算与校核
电机的冷却系统的热力计算校核主要是对比电机冷却系统在温升允许的范围内冷却水带走的热量与电机发热损耗所产生的热量。如果冷却水带走的热量大于电机发热损耗产生的热量, 则冷却系统设计在热力方面合理;如果冷却水带走的热量小于电机发热损耗产生的热量, 则冷却系统设计不合理。
3.1 水冷电机发热热量P w的计算
电机在运行时产生的损耗 (包括铁损耗、铜损耗、机械损耗和杂散损耗) 全部转变为热能而使电机发热。由于水冷电机中没有了散热风扇, 水冷电机放热量可按能量守衡关系式 (1) 计算。
式中:PN为电机额定功率;η为为电机效率;Pfm为通风损耗。
电Pf机m发热损耗产生的热量以热传导的形式传给电机机壳。电机机壳中的热量分两部分传出, 一种是以辐射的形式在机壳表面散发掉, 这部分热量很少, 不在本文的考虑范围内;另一种就是通过嵌入在电机机壳内的水路壁与水路中的冷却水以对流换热的形式将热量传入冷却水, 由冷却水将热量带走。
3.2 冷却水总流量的计算
冷却水在冷却系统管道中的总流量可按照式 (2) 进行计算:
式中:ρ为冷却水的比重;cm为水的比热;Δθ为冷却水通过电机后的允许温升, 我国在设计中推荐 (30~35) ℃。本文参考全水冷汽轮发电机冷却水温升实验的数据结果, 取为10℃。
3.3 管道内流动的能量损失计算
管路系统中总的能量损耗, 通常又称为阻力损失, 是管路系统中的全部直管阻力和局部阻力之和。
电机水路系统的总阻力等于通过所有直管的阻力和所有折弯部分的局部阻力之和, 一般有两种计算方法。
(1) 当量长度法。当量长度法计算局部阻力时, 其总阻力∑hf, 如下式:
式中:∑le为水路全部折弯部分与出入水口的当量长度之和。
(2) 阻力系数法。阻力系数法计算局部阻力时, 其总阻力计算如下式:
式中:∑ξ为水路全部折弯部分与出入水口的局部阻力系数之和。
流体的摩擦系数λ与流体的流动类型有关, 是雷诺数Re的函数, 的粗糙程度等有关。
4 结语
设计计算建立在国内较新的水泵种类设计基础上, 考虑了当前市场的需求和水泵行业科技的发展程度与支持程度。可为小型水冷发电机的具体设计提供一定的依据。
参考文献
[1]丁舜年.大型电机的发热与冷却[M].北京:科学出版社, 1992.
[2]方大千, 等.水泵, 风机和起重机速查手册[M].北京:中国水利出版社, 2004.
电机冷却系统 篇2
关键词： 核反应堆冷却剂泵；电机支座；装配；焊接
中图分类号： TG47；TG457.11；TG441.4
Abstract： This paper analyzes the difficulties and key technology of welding assembly of reactor coolant pump motor support. Through the full size simulation and welding test， make a reasonable welding technology. According to the actual product assembly and welding process， for the first time to realize manufacturing the components.
Key words： reactor coolant pump； motor support； assembly； welding
0前言
反应堆冷却剂泵（主泵）是核电站反应堆的“心脏”，是反应堆冷却剂系统的主要设备和压力边界设备之一。在以福清方家山项目为代表的“二代改进型”主泵中，电机支座作为主泵的安全1级部件之一，其承担了主泵及主泵电机几乎全部的质量总和，在主泵运行中起到支撑和稳固的作用。
电机支座部件的国产化是我国核电主设备国产化重点任务之一。我公司通过全尺寸模拟件成形和焊接试验，摸索出符合设计要求的合理的成形、装配及焊接工艺，解决了核主泵制造中的关键工艺难题，从而制造出了满足质量要求的产品。该项技术可用到我公司今后“华龙一号”主泵等同类产品制造设计上，充分发挥公司先进设备的利用率，既提高了公司制造技术的先进性，又降低了成本，提高了生产效率，具有重大的经济效益和社会效益。对我公司相关工种操作人员也是很好的锻炼。
1电机支座的结构
电机支座分为上下两部分，整体采用圆形筒体与法兰接合的回转体焊接结构设计，此种设计可以降低制造成本，节约材料，且因其对称设计，具有受力均匀，结构紧凑，性能质量可靠等特点。但是由于下部支座需装配连接不同直径的泵盖及上部支座，采用了锥度为11°的锥体的设计，如图1所示，且尺寸公差、精度、表面精度要求高，锥体成形过程较为复杂，因此卷制出满足设计尺寸要求的锥体具有一定难度，是支座制造过程中的关键工艺之一。此外，考虑到机座结构复杂、焊缝交错、焊接量大，为避免残余应力过于集中，焊接变形过大，除了进行必要的焊后热处理之外，在焊接坡口设计上大量采用了双面坡口设计；在实际焊接过程中为了保证焊缝质量，某些焊缝应用了多种焊接方法，因此需要确定合理的焊接参数、装配和焊接次序及方向、制定最佳的焊接工艺方案来有效地控制焊接变形，满足图纸尺寸及后续加工要求。
2半锥体的卷制及成形工艺过程
半锥体结构为2瓣设计，材料选用SA 36M，厚度为50 mm，单瓣卷制形状的精确与否直接关系到2瓣锥体能否顺利对接以及能否满足对接后的圆度要求，因此该部件的制造是十分关键的，其工艺过程是历经数次试验摸索而制定的。
半锥体部件采用滚板机一次卷制而成，下料尺寸精度对成形后的尺寸有很大的影响。该锥体展开下料的扇形板是按照以计算机3维实体图展开放样计算得到精确尺寸为基础，并考虑设备卷制需要，每侧预留400～450 mm的直边余量，根据钢板形状，合理套裁，进行数控半自动切割落料。
半锥体的卷制过程中，由于该件板材厚，刚性大，直接置于滚板机上卷制是十分困难的，而且曲率半径也难以保证，为此在卷板前采用放射线展开法对其进行1：1放样展开，每隔150 ～200 mm划出成形母线。然后通过卷板机按照成形线预制半锥体两端部弧形，再利用滚板机配合竖辊卷制半锥体。根据其大、小端口的半径数值，结合滚板机正常工作时上辊下降的数值计算公式，分别得到上辊在大、小端口的下降数值，分别卷制上、下端口至尺寸要求。配合成形线及上、下端口样板不断修正，即可完成半锥体的卷制过程[1]。
卷制完成后，为了克服材料回彈，进一步修正成形尺寸精度，对部件进行局部热校形处理。利用金属局部受热后膨胀所引起的新变形，来抵消原来的变形，从而使半锥体尺寸满足图纸要求，如图2、表1、表2所示。随后焊接工艺拉筋，如图3所示，目的是避免后续吊装运输、加工及焊接过程引起的半锥体形状变化。使用气割方法切除直边余量，加工纵缝坡口。
3.1焊接工艺规范
焊接工艺规范的制定是在充分消化吸收技术转让资料的基础上，结合自身设备及人员能力进行工艺评定，查阅文献[2]，试验摸索出的在满足焊缝质量要求下的适宜参数范围，具体工艺参数如下。母材：SA36M+SA36M；焊接方法：GMAW熔化极气体保护焊；保护气体：80%Ar+20%CO2；气体流量：12～18 L/min；焊接材料：AWS A5.18 ER70S-6 直径1.2 mm；预热温度：最低预热温度100 ℃；电流类型：直流反接；焊接参数见表3。
3.2装配及定位焊
2瓣半锥体在装配时，充分考虑下序环焊缝坡口尺寸的加工要求，按照严格要求上、下端尺寸，筒体纵缝中部位置其次要求的原则。采用划线定位装配方法，将2瓣半锥体按划好的装配位置线固定后，在合口位置预留2～4 mm 焊接收缩量，然后使用气体保护焊方法进行定位焊实现装配。
定位焊焊道的截面尺寸不宜过大，尽量布置在基本焊缝所在位置，严格控制定位焊焊接质量，以便焊缝施焊后能将其全部重熔，确保焊接质量。对于必须布置在非焊缝位置的定位焊缝，焊后进行清理（打磨）表面。
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在定位焊前及焊缝正式施焊前，相互接触的部件表面及焊口两侧50 mm以内的母材，必须严格清除油脂、铁锈、熔渣等污物以保证焊缝焊接质量。
3.3纵缝的焊接
为了控制焊接变形，在纵缝焊接过程中，由两名操作者在对称位置同时进行施焊，如图4所示，先焊接内径大坡口一侧的立向焊缝的2/3，然后使用电弧气刨清根、打磨，对清根打磨后的表面进行MT检查合格后，焊接外径小坡口一侧的立向焊缝至焊满，最后将内侧坡口的剩余焊满。采取分段、退步、对称、跳焊法。合理利用产品结构形式，仅完成焊接距离上、下端约250 mm长的焊缝，减少热输入量，从而控制焊接变形。整个过程中实时测量整个锥体大、小端直径的变化，可根据变化值调整焊接顺序，满足尺寸要求。
按照上述工艺流程进行了锥体纵缝的模拟件验证焊接，按照产品探伤规程要求对焊缝进行了MT、UT检查，焊缝质量满足设计要求。焊后锥体大、小端圆度满足图纸精度要求，可以进行后续加工。
4锥体与法兰的装配和双面坡口环缝的埋弧自动焊接
4.1焊接工艺规范
对于锥体与法兰施焊其环焊缝时，考虑到其为回转结构、焊缝长度长，因其为主要的承压焊缝，焊接质量要求高，采用埋弧焊无疑是一种优质、高效、劳动条件好、焊后处理简单的焊接方法。
由于埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，在无任何衬托和辅助装置情况下，易造成焊穿或液态金属流失；为防止焊穿，首层焊接采用气体保护焊GMAW进行打底，焊接到10 mm左右厚度时，再使用埋弧焊接；同时在清根后，埋弧焊接背面第一层时，由于焊缝较薄，为防止焊缝熔穿，焊接电流也不宜过大。具体工艺参数如下。母材：AISI 1020 A668M+SA36M；焊接方法：GMAW熔化极气体保护焊+SAW埋弧焊；保护气体：80%Ar+20%CO2 ；气体流量：12～18 L/min；焊接材料：AWS A5.18 ER70S-6 直径1.2 mm、AWS A5.17 EH11K 直径2.4 mm；焊剂F7A4；预热温度：最低预热温度100 ℃；电流类型：直流反接。焊接参数见表4。
4.2装配及定位焊
法兰和锥体装配时，主要保证2个法兰及锥体上、下两端的同心度。采取立式装焊法，将大径法兰吊装到事先调平并画好位置线的装配平台上，然后按照位置线逐层吊装锥体、上法兰并定位焊固定，如图5所示。
定位焊由两名操作者在对称位置在小坡口一侧同时进行施焊，采取分段、退步、对称、跳焊法，分段定位焊接，每段焊接50 mm左右。
每个焊缝坡口装配组对时，高度方向留取2～5 mm的焊接收缩余量。在定位焊前及焊缝正式施焊前，相互接触的部件表面及焊口两侧50 mm以内的母材，必须严格清除油脂、铁锈、熔渣等污物以保证焊缝焊接质量。
4.3环缝的焊接
根据产品结构形式，合理采用变位机配合此焊接过程的实施，方便快捷，使焊接质量稳定性得到进一步提高[3]。
将装配好的部件吊至变位机上，变位机旋转，保持平焊位置进行焊接。使用熔化极气体保护焊GMAW进行打底焊，如图6所示，打底金属厚度视间隙大小而定。焊前，接头区域用高压风吹除灰尘，适当方法清除焊接区水分和油污；焊丝伸出长度25～30 mm，始终保持焊丝与接头中心垂直，施焊环缝时根据筒体直径及参数，焊丝沿焊接反方向偏移40～100 mm的偏移量。
从第二层开始使用埋弧焊施焊，如图7所示，先焊接内径大坡口一侧至坡口深度的2/3，然后使用机加方法清根，打磨，对清根打磨后的表面进行MT合格后，焊满外径小坡口一侧的焊缝。整个过程中实时测量上、下法兰的变形情况，可根据变化值调整内外坡口的焊接顺序，减小焊接变形对尺寸的影响。
按照上述工藝流程进行了锥体与法兰环缝模拟件的焊接，按照产品探伤规程要求对焊缝进行了MT、UT，焊缝质量满足要求。焊后法兰与锥体同轴度、法兰变形满足图纸尺寸及后续加工要求，可以进行后续加工。
5结论
（1）反应堆冷却剂泵电机支座的制造成功，标志着我公司完全掌握了“二代改进型”核电主泵电机支座的制造技术，同时也标志着主泵国产化工作取得重大进展。
（2）实现了大厚度锥体的自主成形，并通过多次实践积累了卷制后的火焰校形的经验，最终完全达到了设计精度要求。
（3）实现了锥体纵缝的CO2气体保护焊接，有效的控制了焊接变形，焊后尺寸公差满足图纸要求。
（4）实现了锥体与法兰之间环缝的埋弧焊接，有效的提高了生产效率，提高了焊缝质量。
参考文献
[1]卢玉升. 三辊卷板机卷制任意锥筒的调整计算及卷制过程的改进[J]化工设备与管道，2009，46（5）：4-5.
[2]史耀武. 中国材料工程大典. 材料焊接工程（第23卷）[M].北京：化学工业出版社，2006.
[3]杜永勤，陈孝国，魏 荣. 大坡口悬空埋弧焊工艺[C]//第十一次全国焊接会议论文集（第2册），2005.
发电机定子冷却水系统运行异常分析 篇3
某厂汽轮发电机组发电机为上汽生产的THDF125/67型三相同步汽轮发电机, 额定容量1 056 MVA, 额定电流23 778A, 发电机定子绕组采用水内冷。定子冷却水系统配有两台100%额定出力的离心泵, 位于汽机房0 m层, 正常运行时, 一运一备, 定子冷却水泵电机额定电流为102A, 电机开关采用ABB公司生产的S3H160R-Ⅰ抽屉开关, 其中接触器型号为ABB A145/30, 定子冷却水流量测量装置采用Endress+Hauser公司生产的Prowirl 73涡街流量计, 位于17m层发电机顶部。
2 事件经过
2015年2月11日, 该厂#3机组负荷700 MW, 运行正常;15:00定冷水泵定期切换至3B运行;15:30“发电机定冷水系统异常”报警发出, 定冷水泵3B运行信号丢失 (但没有停运信号) , 泵电流显示为0;15:35, 泵停运信号发出, 出口压力下降至196kPa, 处于正常备用状态的定冷水泵3A未联启, 运行人员立即手动启动3A定冷水泵, 定冷水系统恢复正常运行。
3 现场检查情况及原因分析
3.1 现场检查情况
追忆历史数据 (图1) 发现定冷泵3B电流由83A降至0, 5min后定冷水泵3B运行信号才丢失, 同时泵出口压力由980kPa下降至196kPa;DCS侧流量低开关量信号第一点触发后一直保持, 第二点一直未发出, 第三点发出1s后复归;DEH侧定冷水流量第一点由130t/h降至1.7t/h, 第二点由130t/h降至102.2t/h后升至178t/h, 第三点由130t/h升至175t/h (“定冷水流量低”三取二延时30s汽机跳闸) ;发电机定子线圈温度由55℃上升至57℃, 事后检查电机开关接触器B相触点有烧毛现象。由以上现象和数据的变化, 可以看出电流降至0时泵仍在运行, 泵出口压力下降, 运行信号丢失说明开关可能跳闸, 而且还可以推测, DEH侧流量信号第二点和第三点显示失真。
3.2 定冷水泵投备用联启逻辑条件 (与)
(1) 定子冷却水箱无“水位低”信号;
(2) 运行泵跳闸 (停运信号发出) 或流量低开关量三取二触发。
3.3 原因分析
3.3.1 定冷泵3B停运的原因
电机开关接触器B相触点烧毛, 接触不良导致电机缺相运行, 电机运行电流不断攀升后热偶动作, 使定冷水泵开关电气主回路的接触器分闸, 电机停运。
3.3.2 定冷泵3B实际运行状态与反馈信号不对应的原因
该厂定冷水泵电机CT取自B相, 电流显示为0, 说明接触器B相触头已断开, 从定冷水仍然有流量显示来看, B相断开后其他两相仍有电, 电机缺相但电机仍然在运行, 5min后热偶动作使电气主回路断开定冷水泵停运, 由于开关接触器存在卡涩现象, 其所带的辅助接点也随之动作不到位, 导致开关的主回路虽已断开, 但开关分闸信号无法发出, 所以DCS的反馈信号既不是开关合闸信号也不是开关的分闸信号, 而是无状态信号显示。
3.3.3 备用定冷泵未联启的原因
故障前备用定冷泵已投入“备用”, 且水箱无“水位低”信号, 因联启逻辑是根据泵停运信号 (分闸信号) 进行判断的, 而3B定冷泵虽已停运但分闸信号未发出, 备用泵联启的第一个条件不满足;另外定冷水三个流量低开关量信号只有一个发出, 第二个发出1s后自行复归, 第三个一直未发, 备用泵联启的另一个条件也不满足。
3.3.4 定冷水流量测量不准的原因
3.3.4. 1 定冷水流量测量原理
该厂定冷水流量采用相同的两个测量装置, 第一个装置引出两路信号分别送至DCS和EDH显示, 第二个装置引出两路信号送至DEH显示, DCS侧的第一个流量低开关量由第一个装置发出, 第二、第三个流量低开关量由第二个装置发出。装置应用涡街原理进行测量, 当定冷水流经装置内置的挡体时, 在挡体两边会交替出现旋转方向相反的旋涡, 漩涡列产生压力, 传感器记录压力波动并将其转换成电脉冲。漩涡列在流量计容许的测量范围内有规则地产生, 因此漩涡频率正比于流体的体积流量。
3.3.4. 2 定冷水流量失真的可能原因
一是3B定冷泵的突然停运可能引起管道中定冷水倒流, 在局部形成与原来旋转方向相反的漩涡列, 导致第二点和第三点所属的测量装置出现失真现象;二是3B定冷泵的突然停运使漩涡数量急剧减少, 传感器感受到的信号变弱, 同时管道的振动和发电机引起的噪声并未减少, 由于噪声的影响导致流量失真;三是其他未知原因。
3.3.4. 3 试验情况
为了弄清定冷水流量失真原因, 利用机组调停机会, 先后在#1、#2、#4机组模拟两台定冷泵均停运, 观察三点流量数据、低流量开关量变化情况, 发现泵全停后三点流量均快速下降, 三点低流量开关量均触发, 未发现定冷泵停运后流量不降反升的现象。
3.3.4. 4 结论
通过试验排除定冷水倒流导致流量失真的可能, 是噪声还是其他原因导致流量失真需专业人员做进一步的试验和分析。
4 改进措施
(1) 更换故障开关及故障开关的主、副触点, 恢复定冷水泵正常备用, 保证机组正常安全运行;
(2) 适时对机组其他重要辅机的400V负荷电源开关内部元件进行全面检查, 防止类似问题再次发生;
(3) 借鉴高压开关的检修标准, 制定400V开关接触器检修标准, 保证检修质量;
(4) 增加定冷水母管压力低信号, 优化定冷水泵联锁逻辑, 确保定冷水系统运行的可靠性;
(5) 运行中的重要辅机, 当电机出现轻微异音且振动有所增大时, 应考虑电机两相运行的可能性, 并及时排查;
(6) 进一步分析检查, 检查定冷水流量测量装置的可靠性, 存在问题的测量装置应及时安排更换。
5 结语
这是一起多种异常因素叠加引起的极少见的异常事件, 处于正常备用状态的定冷泵不联启的原因系开关接触器及其辅接点故障和流量失真同时发生所致, 定冷水流量失真的具体原因已通过试验基本排除流体倒流, 是否是噪声所致仍需做进一步分析。
参考文献
[1]关根志.高电压工程基础[M].北京:中国电力出版社, 2003.
[2]Endress+Hauser中国有限公司.Proline Prowirl 72F, 72W, 73F, 73W涡街流量测量系统说明书[Z], 2010.
电机冷却系统 篇4
然而, 电机的运转离不开正常的电源输入, 合理的电机负荷, 良好的密封和绕组漆包线绝缘层的保护。从这几方面入手, 不难发现闭式冷却塔风机电机绕组烧毁的原因不外乎如下几种: (1) 轴承损坏, 造成堵转; (2) 电机密封问题; (3) 电源缺相[1]。实际上, 多种因素共同促成的电机损坏更为常见。
1 电机密封问题及处理对策
由于电机本身密封不良, 加之环境跑冒滴漏, 使电机内部进水或进入水蒸气气体, 电机绕组绝缘受到浸蚀, 最严重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象, 从而导致电机绕组局部烧坏。
相应处理对策: (1) 尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象; (2) 检修时注意搞好电机的每个部位的密封, 例如在电机接缝处涂少量密封胶, 在螺栓上涂抹油脂, 必要时在接线盒等处加装防滴溅盒, 如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应做保护罩; (3) 对在此环境中运行的电机要缩短维修周期, 严重时要及时进行大修。
2 轴承磨损问题及处理对策
由于轴承损坏, 轴弯曲等原因致使定、转子磨擦 (俗称扫膛) 引起铁心温度急剧上升, 烧毁槽绝缘、匝间绝缘, 从面造成绕组匝间短路.严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成: (1) 轴承装配不当, 如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损, 导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小, 出现跑内圈现象, 装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁, 特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升, 只要轴承完好, 允许间断性跑外圈现象存在。 (2) 轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净, 运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。 (3) 轴承重新更换加工, 电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加, 温度急剧上升直至烧毁。 (4) 由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够, 致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。 (5) 由于电机本体运行温升过高, 且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。 (6) 由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。 (7) 轴承本身存在制造质量问题, 例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等[2]。相应处理对策: (1) 卸装轴承时, 一般要对轴承加热至80℃~100℃, 如采用轴承加热器, 变压器油煮等, 只有这样, 才能保证轴承的装配质量。 (2) 安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗, 轴承腔内不能留有任何杂质, 填加油脂时必须保证洁净。 (3) 尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。 (4) 组装电机时一定要保证定、转子铁心对中, 不得错位。 (5) 电机外壳洁净见本色, 通风必须有保证, 冷却装置不能有积垢, 风叶要保持完好。 (6) 禁止多种润滑油脂混用。 (7) 安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。 (8) 对于长期不用的电机, 使用前必须进行必要的解体检查, 更新轴承油脂。
3 电源缺相问题及处理对策
如果出现电动机一相或两相绕组烧坏 (或过热) , 一般都是因为缺相运行所致。简要说明。
当电机不论何种原因缺相后, 电动机虽然尚能继续运行, 但转速下降, 滑差变大, 其中其中U、V变为串联关系后与W并联, 在负荷不变的情况下, W电流过大, 长时间运行, 该相绕组必然过热而烧毁。
三相异步电动机绕组为Y接法的情况:电源缺相后, 电动机尚可继续运行, 但同样转速明显下降, 转差变大, 磁场切割导体的速率加大, 这时V相绕组被开路, U、W两相绕组变为串联关系且通过电流过大, 长时间运行, 将导致两相绕组同时烧坏[3]。
这里需要特别指出, 如果停止的电动机缺一相电源合闸时, 一般只会发生嗡嗡声而不能启动, 这是因为电动机通入对称的三相交流电会在定子铁心中产生圆形旋转磁场, 但当缺一相电源后, 定子铁心中产生的是单相脉动磁场, 它不能使电动机产生启动转矩。因此, 电源缺相时电动机不能启动。但在运行中, 电动机气隙中产生的是三相谐波成分较高的椭圆形旋转磁场, 所以, 正在运行中的电动机缺相后仍能运转, 只是磁场发生畸变, 有害电流成分急剧增大, 最终导致绕组烧坏。
相应对策:无论电动机是在静态还是动态, 缺相运行带来的直接危害就是电机一相或两相绕组过热甚至烧坏。与此同时, 由于动力电缆的过流运行加速了绝缘老化。特别是在静态时, 缺相会在电机绕组中产生几倍于额定电流的堵转电流。其绕组烧坏的速度比运行中突然缺相更快更严重。所以在我们对电机进行日常维护和检修的同时, 必须对电机相应的检修和试验。尤其是要认真检查负荷开关、动力线路、静动触点的可靠性, 杜绝缺相运行[4]。
为了解决闭式冷却塔风机电机维护时电机多台停运, 而致使换热器温度升高造成的一系列问题, 我们对闭式冷却塔电机二次控制线路进行了优化
优化前控制回路主要有空开、交流接触器、热继电器等器件。在原控制系统中, 一个空开控制两台电机, 如果一台风机出现问题, 操作人员只能在PLC面板上将该风机停掉, 但是无法将控制电源断开, 无法及时维修电机.
优化后在基本不动控制回路的基础上, 对控制回路上每一个风机回路中增加旋转开关作为起停作用, 这样既没有改变原有线路, 又增加新的功能, 可以在最短的时间内将损坏的风机电机进行维护。
4 结论
在近几年闭式冷却塔累计烧毁电机数十台, 其中80%属于维护不良 (如电机进水、轴承缺油、通风不畅等) 、检修不当 (如轴承拆装不当、缺陷消除不彻底、附件不全等) 等原因所致。如能及时发现并迅速排除这些电气设备故障, 做到预防在先, 则可有效避免事故发生, 为创造条件生产顺利进行。因此, 配电室必须修订完善相应的管理制度, 进一步加强职工的技能培养, 定期检查和维护电机等电气设备, 准确判断和处理三项异步电动机等电气设备运行故障, 减少设备事故损失, 为LNG工厂的安全高效生产做出最大的贡献。
摘要：绕组烧毁是电机常见故障。绕组烧毁前的迹象不容易发现, 而烧毁后一些导致烧毁的直接原因又被掩盖, 给事后分析增加了难度。文章就电机密封、绕组绝缘破坏等几方面进行了分析, 同时阐述闭式冷却塔系统优化对于电机及时维修和避免循环水温度带来换热器温度变化。
关键词：电机烧毁,绕组烧毁,系统优化
参考文献
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[3]姜庆乐, 翟刚.采掘电钳工[M].北京:煤炭工业出版社, 2011.
电机冷却系统 篇5
关键词：发电机,定子冷却水调节,故障,处理
0 引言
发电机的冷却系统在电站中处于相当重要的地位, 它影响着发电机的出力。定子冷却水系统是利用低电导率的水经过定子绕组导线中的管孔进行循环, 带走发电机连续运行所产生的热量, 来冷却定子绕组, 并把所带出的热量排入常规岛闭路冷却水系统。发电机定子冷却水系统的作用是通过冷却水带走发电机定子线圈产生的热量, 防止定子线圈超温。及早发现和处理压圈冷却水支路的堵塞缺陷, 有效保证各支路的安全可靠性, 避免因冷却水支路堵塞缺陷扩大引发事故的发生。
1 发电机定子冷却水水质的要求
采用定子水内冷的机组均附有定子线圈冷却水系统, 它一般由下列部件组成:循环泵、冷却器、水箱、过滤器、离子交换混床、流量计、温度计及导电度表等。由于该冷却系统不同于以往的双水内冷系统, 有些电厂起初并没有意识到这一点, 系统水质控制仍采用双水内冷系统的调节方式和控制标准, 使有的机组发生了一些问题。影响冷却水水质的主要因素是冷却水箱的密封型式。一般来说, 所有的制造厂对定子冷却水的水质要求是:低电导率, 以避免放电;铜材基本无腐蚀, 以防止空芯铜导线内部结垢, 并尽可能减少运行维护费用。
为了满足上述要求, 必须对定子冷却水水质进行处理。为了保证低电导率, 一般均采用二级除盐水作为补给水, 并在系统中设有处理能力为2%~10%总流量的离子交换混床;为了减少铜材的腐蚀, 还需对冷却水水质进行控制。冷却水水箱密封形式的不同, 水质控制方式也有所不同。发电机内冷却水应采用除盐水或凝结水。当发现汽轮机凝汽器有循环水漏入时, 内冷却水的补充水必须用除盐水。
2 发电机定子冷却水调节系统的故障处理
首先, 冷却水接触的材质主要是铜和不锈钢, 由于不锈钢具有相当好的耐腐蚀性, 所以处理目的主要是防止空芯铜导线的腐蚀。铜在含氧水中与氧发生氧化还原反应, 生成氧化铜和氧化亚铜。氧化铜在铜材的表面形成一薄层覆盖层。铜在水中的腐蚀速率主要取决于水的纯度、水中含氧量及p H值。一般情况下, 铜的腐蚀速率随水纯度的增加而降低, p H相同时较纯的水中铜的腐蚀速率就较小;而在纯度一定、含氧量一定的水中, 铜的腐蚀速率随p H的变化而变化, 在p H8~9时为最低;当纯度一定、p H值一定时, 水中溶氧不同, 铜的腐蚀速率也明显不同, 在小于20μg/L时, 腐蚀速率已相当低;在200~300μg/L时, 腐蚀速率最高;含氧量进一步提高时, 铜的腐蚀速率又趋于稳定。因此, 只要将定子冷却水电导率控制在小于0.1μS/cm、溶解氧在7μg/L以下, 铜材的腐蚀速率可保持在相当低的水平, 有效防止腐蚀产物在铜导线内沉积。
其次, 能合理地控制定子冷却水的流量, 并且利用冷却水的回水势能, 该系统还有较大的节能潜力。定子冷却水流量机组投运后发电机定子冷却水的流量通常被设定为一定值, 但实际上发电机的负荷必须随时服从电网调度的指令, 发电机定子线圈产生的热量随负荷而变。当发电机负荷下降时, 如果定子冷却水的流量维持不变, 则定子冷却水的温升必定降低;如果只维持定子线圈的出水温度不超标, 则可以减少定子冷却水的流量。同时, 在发电机定子冷却水调节系统中, 流量降低的原因很多, 常见的是系统排气未排干净, 造成气堵;过滤器失效, 异物造成的堵塞, 这两种情况都很轻易判别及处理。另外一种情况是发电机组经过长期运行后, 发电机空芯线棒由于定子内冷水系统运行过程中p H和铜离子等因素的共同作用, 会在表面结垢或部分堵塞, 使通流面积减少从而造成内冷水阻力加大, 导致内冷水流量降低、压差增大、线棒超温等一系列问题, 继而产生绕组局部过热, 温度过高而烧毁。
另外, 参与调节的测量仪表所测参数滞后的根本原因可能是由电动执行器延时所引起的, 同时也可能由于参与测量的仪表取样管道过长, 导致参数有所滞后;参与测量的仪表阻尼系数较大, 而在此前所做的电动头特性试验中, 可以看出电动头的动作时间, 更改参与测量的仪表取样管道也不是马上就可以实现的, 本着从最简单的方法着手的原则, 决定减小参与测量和调节的变送器的阻尼系数。一般在平衡运行情况下, 阻尼系数对变送器的测量影响不大, 所以在通常情况下, 不用对变送器的阻尼系数进行调整。此过程中也可以发现, 变送器输出的水压信号比以前抖动较大, 这正是阻尼系数调节所置, 使其能快速反映所测量的值。阻尼系数在一般情况下, 对仪表的测量影响不大, 所以很多人对阻尼系数不太重视, 但在参与调节的测量仪表中, 如果其阻尼系数过大, 将造成测量值滞后过多, 而如果参与调节的范围又很小时, 就极有可能形成偏差, 使调节阀门反复开关, 不能收敛。为此, 可以通过调节变送器的阻尼系数来改善调节特性。但是, 从保护仪表和指示器角度出发, 不主张将变送器的阻尼系数调得过小。
3 结语
发电机是电厂的重要设备, 在处理发电机定子冷却水调节系统故障时, 应该先针对发电机管路系统设计进行布置限制, 并且及早发现和处理压圈冷却水支路的堵塞缺陷, 有效保证各支路的安全可靠性, 避免冷却水支路堵塞缺陷扩大引发事故的发生。
参考文献
[1]王东.发电机定子冷却水调节系统的故障处理[J].仪器仪表用户, 2001 (3) .
[2]胡林玲.发电机定子冷却系统故障处理[J].仪器仪表用户, 2005 (8) .
电机冷却系统 篇6
1 发电机定子冷却水的运行方式
中国核电某电发电机定子冷却水系统通过化学除盐水的闭式循环来冷却发电机定子绕组、保证发电机定子绕组的运行。系统沿下列闭合回路运行循环:泵→换热器→机械过滤器→磁性过滤器→定子绕组→水箱→泵。机组功率运行以来, 定子冷却水中的氧含量偏高, 两台机组的定子冷却水含氧量约为150µg/l~250µg/l。根据材质腐蚀程度和冷却水氧含量之间的关系曲线, 定子冷却水的p H值在8~9之间, 当含氧量为150µg/l~250µg/l时, 铜的腐蚀速率接近最高值。为了避免材料腐蚀, 有必要采取措施降低冷却水中的含氧量。
发电机定子冷却水水箱设计有3路补水管线:第一路其水质的含氧量高, 是用于系统的首次充水, 不能用于功率运行期间的正常补水。第二路来其供水压力高, 管线没有减压阀, 由于水箱内浮球阀漏流大, 液位上涨快;同时该路管线取水来自凝结水精处理系统的出口, 水中的NH3·H2O含量低, 根据化学反应方程式Na R+NH4OH→Na OH+NH4R, 能交换出的OH-的数量降低, 使冷却水中的PH值降低, 因此不适宜用这条管线补水。第三路来自补水水箱, 补水水箱的水源来自凝结水管线, 水质、压力符合要求, 但是由于补水水箱是开口式的水箱, 空气的氧气混入使定子冷却水系统的溶氧升高。
机组运行时, 由于系统头箱容积较小, 缓冲能力有限, 系统回水量较大加之补水管线采用浮子式补水, 使得头箱液位波动较大, 进而导致水封破坏。水封破坏后, 由于氮气吹扫管线来不及供氮, 造成空气沿水封进入头箱, 从而引起系统溶氧升高。
2 解决方案
综合以上分析可以看出, 引起系统溶氧含量较高的原因主要是:补水水源设计不合理;系统回水对于头箱冲击较大, 液位波动容易导致水封破坏;原浮子式补水装置补水不可靠, 使得头箱液位不稳定。
基于以上原因, 为了降低系统中的溶氧, 对系统的补水管线进行如下改造:1) 改变补水水源, 从凝结水管线上直接取水给系统头箱进行补水, 从根本上解决系统溶氧高的主源头。由于从凝结水管线取水处的压力为1MPa左右, 为了避免因压力高造成补水过快, 造成液位波动, 需要通过调节阀进行调节, 保证在电磁阀开启的状态下, 补水压力在0.16MPa~0.2MPa之间;2) 改变回水管节流孔板位置, 使得节流孔板离头箱较远, 减少回水对头箱液位的影响;3) 取消了系统水箱原自带的浮球阀, 增加电磁补水管线。同时增加全量程液位计, 增加了电磁阀和旁路调节阀, 电磁阀前后设置隔离阀。电磁阀的开关根据液位计测量的液位控制, 当液位低时打开电磁阀补水;当液位高时关闭电磁阀停止补水。
3 技术改造及结论
机组实施改造后, 发电机定子冷却水的含氧量从150µg/l~250µg/l降低到2µg/l~9µg/l, 与同类型机组比较, 该含氧量是所有国内外所有核电站同类型机组的最低水平。该项目可以作为其他电站的定子冷却水的含氧量控制提供借鉴经验, 有良好的应用前景。
通过降低发电机定子冷却水的溶氧, 降低发电机定子铁芯及转子绕组的腐蚀速率, 延长设备的使用寿命, 节省了机组的设备成本。同时, 避免了因为设备腐蚀而引发的其他缺陷, 保障了机组的安全稳定运行。
参考文献
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电机冷却系统 篇7
关键词：发电机冷却水,复式床,加碱,处理
大型发电机是电网的主要设备之一,是电能的直接生产者。大型电机的发展在整个国民经济的发展中占有重要地位,近年随着新建机组的增加,30万千瓦及以上的机组所占发电容量已超过85%。单机容量的提高意味着线负荷、线棒铜损,线圈的温度将增加,可能达到无法容许的程度。这时就必须采用强化冷却技术,以提高散热强度,从而将电机各部分的温升控制在允许范围内,才能保证电机安全可靠地运行。从目前冷却方式来看,可分为气冷和液冷两大类。气冷的冷却介质包括空气和氢气。液冷的介质有水、油及蒸发冷却所使用的氟利昂类介质及新型无污染化合物类氟碳介质。
发电机定子和转子绕组等部件在运行中所产生的交换热量必须由冷却介质带走,通常是用除盐水进行冷却。由于发电机冷却水是在高压电场中作冷却介质,对它的各项质量要求必须以保证发电机安全经济运行为前提,因此对冷却水有十分严格的要求,除了清洁、透明、无机械杂质外,还必须要有足够的绝缘性(即电导率小),不结垢,并对发电机铜导线和定子冷却水系统无浸蚀性(pH值呈弱碱性)[1]。目前水冷是大型发电机特别是定子线棒冷却的主要方式。但是,也存在水质处理技术问题,一是水质的电导率必须控制在较低值,这个问题比较好解决,但是简单的处理工艺会带来第二个问题:即空心铜线腐蚀问题,这些腐蚀物包括了氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜和氢氧化亚铜等沉积物,造成流量降低,继而产生绕组局部过热甚至烧毁事故。由此,多年以来人们一直在探寻一个内冷水处理的最优解决方案。
大型发电机内冷却水在运行中涉及到pH值、电导率、铜离子等重要技术指标,由于内冷却水运行处理不当发生过严重设备事故,因此,通过合理实施水质控制技术和运行监督,保持发电机空芯铜导线在水体系中处于较稳定状态,减缓和防止铜导线腐蚀,使其符合行业标准和企业生产要求,提高发电机内冷却水系统安全运行的可靠性。目前国内外普遍采取的防腐、净化处理方式[2]主要有单纯补充除盐水或凝结水运行方式、内冷水加铜缓蚀剂法、小混床处理法等。
(1)加铜缓蚀剂法:由于加缓蚀剂后带入杂质,定子冷却水电导率偏高,并且铜缓蚀剂不易溶解,容易造成发电机空心导线堵塞。在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中规定不推广使用。
(2)连续补水法:这种运行方式浪费大量的除盐水,并且若除盐水被污染,容易出事故。
(3)氢型小混床处理法:交换器出水pH偏低,系统存在严重的腐蚀,产生大量的腐蚀产物,沉积在线棒内,造成传热不均,线圈超温。
(4)钠型小混床处理法:能使pH值合格,但电导率不能控制在≤2.0 μS/cm,电导率超标。
以上四种定子冷却水水处理方案在实际运行中均达不到要求,水的主要指标pH、铜离子含量、电导率不能同时合格,不能解决发电机空心导线腐蚀堵塞问题。
1 复式床处理在田家庵发电厂定子冷却水系统中的应用
田家庵发电厂5#、6#发电机组均为300 MW机组,发电机冷却方式为水-氢-氢冷却方式。改造前内冷水都采用旁路小混床处理方式。系统运行时水质能够控制在pH≈7.0,DD ≤2.0 μS/cm(25 ℃),Cu2+≤40 μg/L范围内。而国家标准DL/T 1309-2007所要求的各项指标为:pH 8.0～9.0(25 ℃),DD ≤2.0 μS/cm(25 ℃),Cu2+≤20 μg/L。现有的运行方式不能满足水质条件,内冷水系统存在严重腐蚀,不但影响机组的安全运行,同时也造成了大量的除盐水的浪费。因此必须通过技术改进使得发动机冷却水达到国家大型发电机冷却水水质标准。
1.1 项目攻关
技术方案的确定:首先我们在原有小混床上做试验,通过树脂选项配比,在实验室和生产现场利用离子交换柱进行小型模拟试验,经过近三个月的大量试验工作,通过不同的树脂配比可以使冷却水的水质达到pH 7.0～9.0(25 ℃),DD≤2.0 μS/cm(25 ℃),Cu2+≤20 μg/L。冷却水的pH值能够达到 8.0～9.0(25 ℃),但在机组冷态启动的初期水质不能被迅速地处理合格,同时随着运行时间的增加运行工况的变化不能始终稳定地保持在8.0～9.0,而能够长期保持在7.0～9.0之间。参考华能北京热电厂1-4号发电机为俄罗斯引进型机组, 其内冷水系统采用钠型混床(R-Na/R-OH)和氢型混床(R-H/R-OH)双混床并联运行的碱性运行方式。该运行方式通过双混床对部分内冷水进行处理来调节内冷水水质,当内冷水pH值偏低时,通过加大钠型混床的流量来提高pH值;当内冷水电导率偏高时,可通过加大氢型混床水流量来降低电导率[3]。德国西门子公司在其生产的发电机内冷水系统中,采用小混床处理和添加氢氧化钠相结合的方式,即部分内冷水经过小混床(R-H/R-OH)连续处理,由于混床出水pH值一般小于7.0,为控制发电机内冷水水质,在小混床出口处加入稀NaOH溶液(10～20 g/L)来提高内冷水pH值[4]。为此,我们采用辅助加微量碱的手段,使其pH值能够稳定在 8.0～9.0(25 ℃)范围内。根据试验结果我们经过多方调研选择FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置+自动加碱装置的处理方式。
1.2 FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置+自动加碱装置的工作原理和主要技术参数
本项目技术方案使用武汉华通公司的专利产品FDNL-II复式床处理装置并辅助安装自动加碱控制装置组成本系统的设备,考虑两种设备同时运行的技术条件的不同,因此以FDNL-II处理装置为主要运行设备,自动加碱装置处于备用状态;为保证自动加碱装置运行,仍然保留原有的小混床作为电导控制的主要设备,FDNL-II处理装置为主要调整pH值的设备,自动加碱为辅助调整pH值设备。这样既能保证水质达到标准,又避免了连续加碱的不安全因素。
1.2.1 工作原理
FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置充分吸取微碱化处理的典型方式的基础上,采用复床并列运行的方式,使内冷水处理运行调整更加简单、安全。复式床结构见图1。
采用FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置后的定子冷却水系统见图2。
当部分内冷水流经RNa-ROH时,水中的杂质得以通过离子交换的方式除去,在除去杂质离子的同时,有适量的钠离子放出,使得复床出水中含有微量氢氧化钠,调节整个水系统水质呈弱碱性。当部分内冷水流经RH-ROH时,复床出水中水的杂质得以通过离子交换的方式除去,降低了内冷水电导。离子交换反应如下:
(M为铜、铁、铵等阳离子,n为阳离子电荷数)
根据以上离子交换反应式可知,只要发电机内冷水中含有微量的铜、铁、碳酸氢根等杂质离子,经过微碱性循环复式床处理器处理后,就能提高pH 值,减少杂质含量,减缓发电机铜线棒的腐蚀。因此,在不向内冷水中添加任何缓蚀剂和碱化剂,只通过离子交换方式使得内冷水中含有微量的氢氧化钠,定冷水微碱性处理装置改造能使得内冷水呈弱碱性,铜线棒钝化状态更加完善。因此防腐效果好,能使发电机内冷水水质在正常运行期间稳定在合格的范围内。
在使用FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置前,发电机定子冷却水仅通过小混床进行处理,定子冷却水系统的pH只能保证在7.0左右,电导率在0.15～0.5 μS/cm(25 ℃),铜含量20～40 μg/L,且需要经常补充除盐水来保证水质。
而在使用了FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置的这一年多以来,定子冷却水系统的PH能保证在8.0～8.3,电导率在0.50～1.50 μS/cm(25 ℃),铜含量能稳定在+≤20 μg/L。
由此可以看出,使用FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置后,定子冷却水的水质能够达到pH 8.0～9.0(25 ℃),DD ≤2.0 μS/cm(25 ℃),Cu2+≤20 μg/L。6#机定子冷却水系统经过一年多的运行以来,完全可以使内冷水的水质达到:
(1)pH(25 ℃): 8.0～9.0;
(2)DD(25 ℃)≤2.0 μS/cm;
(3)Cu+≤20 μg/L。
而且几乎不用进行换水和补水,既节约了大量的除盐水,又极大地减少运行维护工作量。目前5#机组也已经使用了FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置,也能保证定子冷却水满足上述指标。
由于采用了复床处理方式,各交换柱内只装有单一品种树脂,因此为树脂失效后再生创造了条件。当树脂运行失效后,树脂卸入再生装置中可将移至水处理车间进行体内再生。
1.2.2 主要技术参数
处理水量:0.5～0.8 m3/h;
进水水质:定子冷却水;
进水压力:0～0.45 MPa;
进水温度:≤45 ℃。
1.2.3 自动加碱装置
当机组冷态启动初期和经过长期运行FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置中复式床树脂处理水质的能力发生变化,不能使水质pH值稳定地保持在8.0～9.0范围时,这时自动加碱装置对水质进行加微量碱处理,确保水质pH值在理想的范围内。
2 结 论
2.1 项目实施前、后的水质
(1)项目实施前的水质
pH值 :pH≈7.0;
电导率: DD ≤2.0 μS/cm(25 ℃);
铜含量:Cu2+=20～40 μg/L。
(2)项目实施后的水质:
通过FDNL-Ⅱ型发电机内冷水处理装置+自动加碱装置处理后发电机冷却水水质能够控制以下范围稳定运行:
电导率精确控制0.3～0.8 μS/cm;
pH值精确控制8.0～8.5;
铜含量长期控制<20.0 μg/L。
2.2 项目实施前、后的经济效益
2.2.1 改造前运行费用
工作前每年更换2次树脂费用为4.0×0.3×2=2.4万元。
每天换水6吨,每年需费用为6×365×0.0008=1.752万元。
2.2.2 改造后 FDNL-Ⅱ型内冷水处理装置运行费用估算
离子交换树脂使用寿命>10年,按每10年更换一次,每次0.3吨,平均每吨4.0万元,则每年使用离子交换树脂所需费用:4.0×0.3÷10=0.12万元,另加再生药剂等费用约800元/年,则每年运行费用约为2000元。
2.3 项目实施后综合效益
经FDNL-Ⅱ型+自动加碱内冷水处理装置处理后的内冷水pH值提高,铜离子含量和电导率降低,水质指标达到2007年发布的中华人民共和国电力行业标准《大型发电机内冷水质及系统技术要求》(DL/T1039-2007)规定水质标准,有效阻止发电机定子铜线棒腐蚀和防止内冷水通道堵塞,这是发电机安全运行的必要条件之一。目前国内已有多台机组由于铜线棒腐蚀而渗水或内冷水通道阻塞造成机组停机检修、更换铜线棒的事故,有的甚至烧毁发电机。由此引起的发电机维修费用是有限的,而因此引发的机组停运造成的直接和间接损失是难于计算的。从这个意义上说,改造内冷水处理系统不但是安全效益,其经济效益也是可观的。其次,内冷水处理系统改造后,可以使系统运行稳定,减少换水、调整等操作,减少除盐水消耗,减轻运行值班人员的劳动强度。
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论发电机冷却装置技术的改造 篇8
发电机是电能的生产者, 它在运行过程中会产生电磁损耗以及机械损耗, 具体包括随发电机负荷的变化而变化的定子绕组损耗、涡流以及高次谐波的附加损耗和固定的铁损耗、轴承摩擦机械损耗、励磁损耗和通风损耗。
随着损耗的增加, 发电机内部的温度也不断升高。发电机温度越高, 发电机的效率就会随之降低, 并且很可能会因发电机局部过热而破坏定子线圈的绝缘, 造成发电机事故。为保障发电机的正常高效运转, 必须采取冷却措施, 将发电机在运行中产生的热量及时散发出去, 以控制发电机各部的温度, 把温升控制在一定的范围内, 以确保发电机的安全可靠运行, 并延长发电要的使用寿命。
2 空气冷却
20世纪30年代的时期, 对运行中的发电机进行冷却只是简单地采用空气冷却法。空气冷却方式是利用流动的空气作为冷却介质, 采用密闭通风, 用流动的空气把发电机本身产生的热量带出去。
空气冷却的原理是, 密闭的发电机空间内有一定体积的空气, 用发电机转子使发动机内部空气流动起来, 冷空气通过发电机的转子线圈, 经过定子中的通风沟, 不断吸收发电机内各部位所产生的热量, 变成了热空气。然后利用发动机四周的空气冷却器将热空气冷却后, 又变成冷空气再进入发电机的内部继续吸收发电机内部产生的热量。
这种使用空气功冷却器进行冷却的方式, 结构简单, 费用低廉, 运行方便, 维护也方便。所以空气冷却的方式在当时得到了广泛应用和推广。然而, 空气冷却的方式, 冷却的效果对发电机的功率和效率都会产生很大影响。当进风温度低时, 发电机的效率较高, 功率也较大;当进风温度升高时, 发电机的效率和功率也会降低。
空气冷却的另一个不足之处在于:采取空气冷却方式进行冷却, 空气冷却发电机的热量和温度分布不均匀, 发电机的定子绕组绝缘内导体的发热量必须要通过铁芯传导后向空气散热或者是通过绝缘外表向空气散热, 定子绕组绝缘内导体的温度也会升高, 定子线棒的温度升高, 铁芯与机座之间的热应力增大, 容易造成硅钢片拱曲, 内膛产生变形, 这样当甩负荷时转子的直径比正常运行时大, 很容易发生定转子相撞的事故。还有, 在负荷变化较大、频繁起停的调峰机组中, 定子线棒在运行的过程中很容易发生热变形, 由于定子线的铜导体和外包绝缘的温度热膨胀系数不同, 容易引起绝缘脱壳和老化, 从而产生内部电晕, 破坏绝缘。因此, 采用空气冷却的方式, 也会因为热量和温度分布均而产生一些影响发电机可靠运行的问题。
3 水冷却
水冷却是采用内冷技术降低绕组温升, 将定子线棒的内部温度控制在65℃左右, 使整个发电机的定子绕组温度分布均匀, 有效地减小了绕组线棒的温差, 解决了空气冷却的温度差问题导致的运行不稳定的问题, 延长了绝缘寿命。同时, 采用水冷却的技术对发电机的内部进行冷却控温, 发电机的定子绕组的热量散发, 不再依靠定子铁芯, 定子铁芯的温升是由于其自身损耗所生产的热量, 这与使用空气冷却方式相比, 定子铁芯的温度已经大幅度下降。这样, 铁芯和机座之间的温度差相对而言就比较小, 铁芯的热应力比较容易控制, 导体与绝缘之间的热应力大幅度地减小, 也能有效避免绝缘脱壳和内部电晕。内冷技术的应用, 提高了发电机的电磁负荷, 减少了结构尺寸, 特别是减少了转子的重量, 有效降低了推力负荷和转子机械应力, 提高了发电机的效率。
水是很好的冷却介质, 水冷却的部件冷却效果非常显着。但由于水冷却需要设置纯水处理系统, 纯水处理系统需安装工艺要求较高、安装工期较长、维护检修工作量较大, 而且水冷的接头多, 压力高, 漏水的可能性很大, 水在线棒的铜质空心股线内流动时会对铜产生一定的腐蚀作用, 腐蚀后将在空心导体壁上结垢, 阻碍冷却水的畅通, 影响冷却效果。水冷却虽然有效提高了发电机的效率, 但是运行可靠性比空气冷却低。
4 蒸发冷却
蒸发冷却, 是一项新型的发电机冷却技术。蒸发冷却技术是利用水轮发电机立式结构的特点, 通过高绝缘、低沸点液体的沸腾吸收、汽化发动机内部产生的热量, 从而实现发电机内部的自循环冷却。
蒸发冷却发电机的定子绕组是采用实心铜线和空心铜线相结合的方法组合而成。冷却发动机各部位所用的蒸发介质就是通过空心铜线来传输的。在发电机运行的时候, 发电机内各部件产生热量, 蒸发冷却线棒内的液态冷却介质受热汽化, 汽化的冷却介质通过线棒上端的集汽管进入冷凝器, 重新液化, 然后又返回到了线棒下端的集液管, 并再一次进入线棒的空心铜线, 进行新一轮的蒸发冷却, 不断循环, 把运行的发电机内部所产生的热量带走。
蒸发冷却不同于水冷却, 它是利用液体汽化时的汽化吸热来带走运行中的发电机内部的热量, 并且可以比水冷却具有更小的热交换面积。蒸发冷却线棒中冷却介质的蒸发量会随着热量的增大而增大, 电机绕组各部分之间的温差较小, 因而大大减少了定子和线棒因温差大而产生的摩擦和变形, 绝缘寿命大大延长, 故障率也比较小。并且它是通过液相与汽液双相的比重差来完成冷却介质的无泵自循环的, 发电机停机时基本上是负压的状态, 蒸发介质发生泄露的可能性较小。还有, 蒸发冷却采用的冷却介质是采用经过劳保部门测试的化学稳定性好、无腐蚀性、无毒、不燃、不爆的绝缘性能较好的介质, 即使有一点泄漏, 也不会引起绝缘的损坏, 有效地解决了水冷却方案产生泄漏而引发大事故的可能性。
5 结论
随着科技的进步, 发电机的冷却装置技术得到不断的改造和发展, 从一开始单一的空气冷却, 到水冷却, 再发展到蒸发冷却, 以及空调冷却的技术。通过对发电机的冷却装置技术的改造, 不断克服现有发电机冷却方式存在的问题, 保证发电机的可靠运行和高效运行, 提高发电机的寿命, 从而保障火电厂的良好运行。 (上接第146页)
参考文献
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[2]杨永青.新型大容量空冷汽轮发电机冷却技术研究[D].山东大学, 2006.
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