陳非+張柏林+李明+曹浩
摘 要:通過(guò)比較雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)和空冷調(diào)相機(jī)冷卻方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同之處,分析兩種大型調(diào)相機(jī)可能存在的問(wèn)題,并就兩種調(diào)相機(jī)的振動(dòng)情況進(jìn)行了對(duì)比,為即將到來(lái)的大型調(diào)相機(jī)實(shí)際投入運(yùn)行奠定了一定的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:調(diào)相機(jī);雙水內(nèi)冷;空冷;振動(dòng)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.217
1 引言
目前大型發(fā)電機(jī)尺寸和重量大,工作轉(zhuǎn)速跨越二階臨界轉(zhuǎn)速,振型復(fù)雜,調(diào)試期間對(duì)制造質(zhì)量、安裝工藝、運(yùn)行參數(shù)的變化敏感,因此調(diào)試初期經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)不穩(wěn)定、振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象。而大型調(diào)相機(jī)與同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似,因此也具有大型發(fā)電機(jī)的上述特點(diǎn),除此之外,大型調(diào)相機(jī)既能夠吸收無(wú)功,也能夠發(fā)出無(wú)功,其工況多變,同時(shí)它的暫態(tài)反應(yīng)能力和暫態(tài)過(guò)載能力強(qiáng),導(dǎo)致其內(nèi)部溫度場(chǎng)相比發(fā)電機(jī)更加復(fù)雜多變,因此也更容易在調(diào)試期間出現(xiàn)振動(dòng)不穩(wěn)定、振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象,導(dǎo)致調(diào)相機(jī)跳機(jī),在極端情況下威脅特高壓電網(wǎng)安全[1]。
目前上海發(fā)電機(jī)廠主推雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī),東方電機(jī)廠主推空冷調(diào)相機(jī),兩個(gè)廠都是以自己同類(lèi)型發(fā)電機(jī)為原型來(lái)制造調(diào)相機(jī),因制造技術(shù)相對(duì)成熟,所以?xún)蓚€(gè)廠都沒(méi)有進(jìn)行樣機(jī)制造。其中上電制造的300MW及以上雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)已投運(yùn)幾十臺(tái),技術(shù)相對(duì)成熟。
2 兩種調(diào)相機(jī)結(jié)構(gòu)比較
2.1 兩種調(diào)相機(jī)本體冷卻系統(tǒng)比較
雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)即定子繞組水內(nèi)冷,轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷,定子鐵芯及轉(zhuǎn)子表面空氣表面冷卻,穩(wěn)態(tài)下冷卻效果非常好,即使線圈導(dǎo)線和鐵芯的截面較小,在調(diào)相機(jī)的銅損和鐵損較大的情況下,也能將線圈和鐵芯的溫度控制在允許的范圍內(nèi),但內(nèi)冷水系統(tǒng)維護(hù)工作量大??绽湔{(diào)相機(jī)即定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵心、轉(zhuǎn)子表面及端部結(jié)構(gòu)件全部采用空氣表面冷卻,穩(wěn)態(tài)下冷卻效果沒(méi)有水冷好,為了使線圈和鐵芯的溫度控制在允許的范圍內(nèi),線圈的導(dǎo)線和鐵芯的截面較大,調(diào)相機(jī)的銅損和鐵損較小,產(chǎn)生的熱量較少[2]。因此,空冷調(diào)相機(jī)的體積較大。制造雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)的材料比同容量的空冷調(diào)相機(jī)可減少約30%。
雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)分別配有兩臺(tái)100%容量水泵,一用一備,保證供水可靠。定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)分別設(shè)有可靠的供水設(shè)備及輔助設(shè)備,在各種工況下均能滿足發(fā)電機(jī)線圈的冷卻水量要求??绽湔{(diào)相機(jī)則只設(shè)置空氣冷卻器。兩種調(diào)相機(jī)一次及二次冷卻水參數(shù)見(jiàn)表1。
2.2 兩種調(diào)相機(jī)機(jī)械參數(shù)比較
兩種調(diào)相機(jī)機(jī)械參數(shù)及振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2,從表2中可以看出雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)定子比空冷調(diào)相機(jī)定子輕100噸左右,雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子比空冷調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子輕10噸左右。兩種調(diào)相機(jī)軸承型式、軸瓦型式均相同。兩種調(diào)相機(jī)工作轉(zhuǎn)速相同,一階、二階及三階臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值也基本一致。兩種調(diào)相機(jī)工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)一致。
3 雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)可能存在的問(wèn)題
雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)因?yàn)椴捎昧怂畠?nèi)冷方式,所有還存在以下一些問(wèn)題:
3.1 雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)漏水故障
雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)在穩(wěn)態(tài)下冷卻效果好,但因?yàn)閮?nèi)部沒(méi)有氫氣封住冷卻水,所以一旦漏水就會(huì)泄漏到調(diào)相機(jī)內(nèi)部,其危害輕則停機(jī),重則燒毀定子繞組或鐵芯,燒壞轉(zhuǎn)子繞組或大軸。需要制造廠在生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制制造工藝,提高設(shè)備質(zhì)量。
3.2 內(nèi)冷水管路堵塞
雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)運(yùn)行中如果發(fā)現(xiàn)水量減少,大多是由于調(diào)相機(jī)內(nèi)外管道的水路阻塞或線圈內(nèi)進(jìn)入雜物引起局部堵塞所引起。運(yùn)行中如果線圈溫度過(guò)高或溫差大于規(guī)定值時(shí),在排除測(cè)溫元件故障后,這一般可能是線圈水路局部不暢而造成過(guò)熱所致,可能原因是絕緣引水管完癟或空心銅線內(nèi)雜質(zhì)堵塞,此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視并考慮停機(jī)時(shí)分支路沖洗,必要時(shí)進(jìn)行酸洗。因此雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)內(nèi)冷水維護(hù)工作量較大,需加強(qiáng)水質(zhì)及溫度監(jiān)測(cè)。
4 兩種調(diào)相機(jī)振動(dòng)問(wèn)題比較
兩種調(diào)相機(jī)因?yàn)槔鋮s方式不同,因此也存在一些不同的振動(dòng)問(wèn)題:
4.1 雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸振虛假信號(hào)問(wèn)題
2007年天津陳塘電廠300MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)勵(lì)端軸振超標(biāo),經(jīng)過(guò)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不加勵(lì)磁電流時(shí),軸振正常,加勵(lì)磁電流后軸振突然增大[3]。這是因?yàn)殡p水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部中心孔通水,勵(lì)磁導(dǎo)線只能從轉(zhuǎn)子上的偏孔進(jìn)入,當(dāng)轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁電流后,造成轉(zhuǎn)子圓周表面的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率不同,并隨勵(lì)磁電流增大這種差別也增大,因此,此時(shí)電渦流探頭輸出電壓的變化不僅與探頭與被測(cè)表面間的距離變化( 即軸振)有關(guān),也與被測(cè)圓周表面的位置有關(guān)(因?yàn)槊恳惶幋艑?dǎo)率和電導(dǎo)率不同),在這種情況下,對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性造成一定影響,TSI顯示的軸振為虛假信號(hào)。雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)從80年代開(kāi)始使用電渦流傳感器測(cè)軸振開(kāi)始就發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象,一直沒(méi)有很好地解決該問(wèn)題。此次上海電機(jī)廠和上海交大合作研究后,對(duì)該發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸振采用了一種新型組合式探頭(接觸式探頭+電渦流傳感器),這種探頭有效避免了因電磁作用和轉(zhuǎn)軸材料的電、磁特性變化而引起通常電渦流探頭測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的虛假信號(hào),但效果還有待實(shí)際考證。空冷調(diào)相機(jī)由于沒(méi)有轉(zhuǎn)子冷卻水,因此轉(zhuǎn)子軸振不存在虛假信號(hào)的問(wèn)題。
4.2 強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子熱膨脹不暢引起的振動(dòng)問(wèn)題
此次特高壓換流站配套工程要求調(diào)相機(jī)暫態(tài)迅速反應(yīng)能力強(qiáng),暫態(tài)過(guò)載能力強(qiáng)。在特高壓電網(wǎng)受端突然壓力下降時(shí),就要求受端調(diào)相機(jī)深度遲相運(yùn)行,發(fā)出無(wú)功,迅速提高電網(wǎng)壓力,此時(shí)調(diào)相機(jī)勵(lì)磁電流最大會(huì)達(dá)到3.5倍額定勵(lì)磁電流,國(guó)網(wǎng)要求調(diào)相機(jī)在3.5倍額定勵(lì)磁
(下轉(zhuǎn)第237頁(yè))(上接第239頁(yè))
電流下保持5s,2.5倍額定勵(lì)磁電流下保持15s。在此期間轉(zhuǎn)子發(fā)熱量會(huì)瞬間增大很多,如果此時(shí)冷卻效果不好,同時(shí)轉(zhuǎn)子熱膨脹不暢,那么轉(zhuǎn)子就有可能產(chǎn)生很大的振動(dòng),如果振動(dòng)超標(biāo)就會(huì)引起調(diào)相機(jī)跳機(jī),嚴(yán)重威脅特高壓電網(wǎng)安全。其中雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)內(nèi)冷水溫度不能超過(guò)管內(nèi)壓力下的飽和溫度,否則極端情況下會(huì)汽化引起冷卻管道堵塞,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱,另外內(nèi)冷水流速不能太快,否則也會(huì)引起冷卻效果變差??绽湔{(diào)相機(jī)雖然在強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下沒(méi)有水冷這些問(wèn)題,但轉(zhuǎn)子同樣存在熱膨脹不暢的問(wèn)題。從振動(dòng)角度來(lái)看,兩種強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下時(shí)間都不長(zhǎng),轉(zhuǎn)子熱變形沒(méi)有那么快能引起振動(dòng)突然劇增,但強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子熱膨脹不暢引起的振動(dòng)問(wèn)題是一個(gè)新問(wèn)題,值得關(guān)注和研究。
5 結(jié)論
雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)和空冷調(diào)相機(jī)由于冷卻方式的不同,導(dǎo)致兩種調(diào)相機(jī)機(jī)械參數(shù)不同,因此也存在不同的振動(dòng)問(wèn)題,但目前大型調(diào)相機(jī)沒(méi)有一臺(tái)出廠投入運(yùn)行,都只是通過(guò)同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)振動(dòng)情況來(lái)推斷調(diào)相機(jī)可能出現(xiàn)的問(wèn)題,存在一定的偏差。大型調(diào)相機(jī)調(diào)試期間以及投運(yùn)后具體會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題還需要時(shí)間來(lái)考證。
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作者簡(jiǎn)介:陳非(1979-),男,湖北安陸人,高工,研究方向:電力設(shè)備信息融合故障診斷技術(shù)。