趙守運(yùn)（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

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抽水蓄能機(jī)組冷卻風(fēng)機(jī)常見故障模式及維護(hù)策略研究

趙守運(yùn)
（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

摘要：抽水蓄能機(jī)組發(fā)電機(jī)冷卻方式主要有自然風(fēng)冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷兩種冷卻方式，自然風(fēng)冷采用無外加通風(fēng)機(jī)的徑、軸向混合通風(fēng)冷卻方式，強(qiáng)迫風(fēng)冷采用外加通風(fēng)機(jī)的徑、軸向強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻方式。廣州蓄能水電廠I、II期電站的發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)均為強(qiáng)迫風(fēng)冷方式，每臺(tái)機(jī)組都由16臺(tái)風(fēng)機(jī)，由發(fā)電機(jī)定子上、下端部向發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子內(nèi)吹入冷卻空氣進(jìn)行冷卻。詳細(xì)介紹了廣州蓄能水電廠I、II期電站發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式、常見故障模式，結(jié)合工作實(shí)際情況提出了強(qiáng)迫風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)的檢修、維護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能；強(qiáng)迫風(fēng)冷；發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)；故障模式；維護(hù)策略

0前言

抽水蓄能電站的作用主要是對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行用電負(fù)荷的調(diào)峰填谷，以緩解峰谷差所帶來的用電矛盾，同時(shí)抽水蓄能電站迅速反應(yīng)能力，使其能在電網(wǎng)負(fù)荷急劇變化的瞬間調(diào)整和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性，改善供電質(zhì)量。

抽水蓄能機(jī)組發(fā)電機(jī)冷卻方式主要有自然風(fēng)冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷兩種冷卻方式，國(guó)內(nèi)抽水蓄能機(jī)組為自然風(fēng)冷方式的有天荒坪抽水蓄能電站機(jī)組、惠州抽水蓄能電站機(jī)組、響水澗抽水蓄能電站機(jī)組［1］等；廣州蓄能水電廠（下稱廣蓄電廠）I、II期抽水蓄能機(jī)組的冷卻方式均為強(qiáng)迫空氣循環(huán)冷卻方式。發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)是發(fā)電機(jī)強(qiáng)迫空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)的重要部分，也是比較容易出現(xiàn)故障的部分，因此，我們?cè)跈C(jī)組檢修及日常運(yùn)行維護(hù)中需要更多關(guān)注。通過分析廣蓄電廠發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、常見故障模式及其處理方法，提出了發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)檢修、維護(hù)策略。

1發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)及其工作原理

廣蓄I(lǐng)、II期抽水蓄能機(jī)組每臺(tái)機(jī)組均有16臺(tái)風(fēng)機(jī)，8臺(tái)風(fēng)機(jī)均勻分布在發(fā)電機(jī)定子機(jī)架上端部，8臺(tái)風(fēng)機(jī)均勻分布在發(fā)電機(jī)定子機(jī)架下端部，其位置如圖1所示，廣蓄電廠I、II期發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)參數(shù)如表1所示。

圖1電動(dòng)-發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)及空氣走向圖

表1廣蓄電廠I、II期發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

廣蓄電廠發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)由電機(jī)本體、電機(jī)冷卻風(fēng)扇、定子機(jī)座等組成。電機(jī)本體包括：定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸承、轉(zhuǎn)子軸承防護(hù)部分、電機(jī)外殼、散熱扇；電機(jī)冷卻風(fēng)扇包括：葉輪、導(dǎo)流罩、固定螺栓及鎖片。

廣蓄電廠每臺(tái)機(jī)組均由16臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)作為強(qiáng)迫空氣冷卻的動(dòng)力來源，是發(fā)電機(jī)封閉式空氣冷卻的主設(shè)備。如圖1所示，發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子上端部和下端部各有8臺(tái)高速風(fēng)機(jī)，分別從發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子上端和下端部向發(fā)電機(jī)定子機(jī)坑內(nèi)送風(fēng)，空氣軸向流過發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙，徑向流過轉(zhuǎn)子磁軛和定子鐵芯通風(fēng)槽，熱風(fēng)經(jīng)過水冷卻器冷卻后流出發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子機(jī)坑外的中風(fēng)洞內(nèi)，經(jīng)冷卻后的空氣再由風(fēng)機(jī)送回發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子中進(jìn)行循環(huán)冷卻。

2發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)常見故障模式及其維護(hù)策略

發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)故障會(huì)影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不可用，嚴(yán)重時(shí)有可能損壞發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子，因此在機(jī)組運(yùn)行及檢修過程中，了解發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)的故障及缺陷情況，采用有效的方法加以預(yù)防，才能有效的保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定及可靠運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)較易發(fā)生故障的部分主要是風(fēng)機(jī)電源回路和風(fēng)機(jī)本體，結(jié)合發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可以將其故障模式歸結(jié)為以下幾種：電源抽屜故障、風(fēng)機(jī)軸承損壞、風(fēng)機(jī)葉輪破損、風(fēng)機(jī)電機(jī)繞組故障、風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)值過大。

2.1電源抽屜故障

廣蓄電廠機(jī)組冷卻風(fēng)機(jī)啟、停結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，控制回路發(fā)送命令控制電源抽屜中接觸器的合、分用以控制風(fēng)機(jī)的啟、停，電源抽屜中主要由控制繼電器、熔斷器、接觸器及電源開關(guān)組成。

圖2冷卻風(fēng)機(jī)電源及控制示意圖

在機(jī)組運(yùn)行過程中，由于空氣冷卻系統(tǒng)故障造成告警或機(jī)組停機(jī)的事件大都是由于電源抽屜開關(guān)或控制回路故障引起。主要是控制回路中繼電器線圈燒損、熔斷器過流熔斷、繼電器輔助接點(diǎn)接觸不良、接觸器不能正常分合導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失去動(dòng)力電源而停止運(yùn)行。

針對(duì)上述故障，在每次機(jī)組B類［3］檢修過程中，通常采用以下幾種維護(hù)方法加以預(yù)防：

（1）檢查繼電器的狀態(tài)，結(jié)合繼電器的運(yùn)行時(shí)間來判斷是否需要更換繼電器，對(duì)于運(yùn)行時(shí)間超過3年且線圈電阻出現(xiàn)明顯上升的繼電器建議進(jìn)行更換處理；

（2）根據(jù)風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng)、運(yùn)行電流的大小，將出現(xiàn)故障頻率較高的熔斷器，用更大容量的熔斷器進(jìn)行更換處理；

（3）檢查接觸器觸頭情況，對(duì)于接觸器觸頭有較嚴(yán)重的燒損痕跡的需要進(jìn)行觸頭打磨處理或者更換觸頭。

2.2風(fēng)機(jī)軸承損壞

風(fēng)機(jī)軸承承擔(dān)著風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中旋轉(zhuǎn)力的支撐作用，如果軸承損傷不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，就有可能造成風(fēng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子、葉輪及風(fēng)機(jī)機(jī)座受損。風(fēng)機(jī)軸承的狀態(tài)好壞直接影響風(fēng)機(jī)的使用壽命，因此，采取合適的檢修維護(hù)策略保證風(fēng)機(jī)軸承的良好狀態(tài)是非常必要的。

風(fēng)機(jī)軸承的狀態(tài)好壞，在運(yùn)行過程中比較難以監(jiān)測(cè)，這就需要我們?cè)跈z修過程中把好質(zhì)量關(guān)，防患于未然。在機(jī)組B類檢修時(shí)，重點(diǎn)檢查風(fēng)機(jī)軸承的狀況，①用手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)機(jī)，在此過程中，通過觀察風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)是否勻稱、風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中是否有異響來判斷風(fēng)機(jī)軸承的狀態(tài)，如有異常，則需要更換風(fēng)機(jī)軸承或者更換整臺(tái)風(fēng)機(jī)；②試啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，測(cè)量風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值，當(dāng)有3個(gè)及以上的測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值超過10mm/s，且查明無其他原因?qū)е嘛L(fēng)機(jī)振動(dòng)值增大時(shí)，則可以判斷風(fēng)機(jī)的軸承內(nèi)部有故障，需要更換風(fēng)機(jī)軸承或者更換整臺(tái)風(fēng)機(jī)。

在機(jī)組進(jìn)行A類［3］檢修時(shí)，將風(fēng)機(jī)進(jìn)行整體拆解，根據(jù)以往機(jī)組A類檢修時(shí)風(fēng)機(jī)的軸承狀況，每個(gè)風(fēng)機(jī)軸承都有不同程度磨損，因此，在機(jī)組進(jìn)行A類檢修時(shí)，風(fēng)機(jī)軸承都需要用新備品予以更換。

2.3風(fēng)機(jī)葉輪破損

風(fēng)機(jī)葉輪是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，也是比較容易出現(xiàn)問題的部分，由于風(fēng)機(jī)葉輪工藝要求特別、材料特殊，造價(jià)也不菲，在機(jī)組運(yùn)行過程中沒有有效的手段加以監(jiān)測(cè)，因此，設(shè)備維護(hù)工作質(zhì)量的好壞尤為重要。

在機(jī)組B類檢修中，重點(diǎn)檢查風(fēng)機(jī)葉輪的葉片有無破損，風(fēng)機(jī)的葉輪及焊接處是否有擴(kuò)大性裂紋。在機(jī)組A類檢修時(shí)，可以拆除風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行詳細(xì)的檢查，一般是采用PT探傷的方法重點(diǎn)檢測(cè)葉輪是否存在隱形裂紋，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的裂紋一般采用以下兩種方法加以處理：

（1）對(duì)于圖3所示裂紋，使用打磨機(jī)將其裂紋處打磨平整，然后進(jìn)行葉輪的重新配重和動(dòng)平衡測(cè)試；

圖3發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)葉輪存在的缺陷情況

（2）葉輪其他地方如有裂紋或者存在圖4所示情況，則需要整體更換葉輪（廣蓄I(lǐng)期風(fēng)機(jī)）或更換單個(gè)葉片（廣蓄I(lǐng)I期風(fēng)機(jī)），然后進(jìn)行風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試。

圖4發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)葉輪存在的缺陷情況

2.4風(fēng)機(jī)電機(jī)繞組故障

風(fēng)機(jī)電機(jī)故障大部分都是由于電機(jī)繞組及繞組引出線存在短路、斷線造成的，由于風(fēng)機(jī)電機(jī)繞組的狀態(tài)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此，風(fēng)機(jī)電機(jī)也只能通過把控檢修時(shí)的質(zhì)量來降低電機(jī)繞組故障發(fā)生的頻率。

在機(jī)組B類檢修中，通過測(cè)量電機(jī)繞組的直流電阻和絕緣電阻的大小來判斷電機(jī)繞組的狀況，當(dāng)測(cè)試到電機(jī)繞組的絕緣值低于0.5 MΩ且多次測(cè)試均無改善時(shí)，一般就可以斷定電機(jī)的繞組中存在接地短路的情況，需要將整臺(tái)風(fēng)機(jī)更換，然后將故障風(fēng)機(jī)交給專門的電機(jī)維修廠拆解處理；當(dāng)測(cè)試電機(jī)繞組的直流電阻三相數(shù)值的相互差別大于平均值的2%或者與歷史數(shù)據(jù)相比差別較大時(shí)，一般可以斷定電機(jī)繞組存在匝間短路或斷線情況，則需要更換風(fēng)機(jī)，然后將故障風(fēng)機(jī)交給專門的電機(jī)維修廠拆解處理。

在機(jī)組B類或A類檢修中，①根據(jù)電機(jī)繞組的絕緣、直阻的數(shù)據(jù)，按照上述情況處理風(fēng)機(jī)，②重點(diǎn)檢查風(fēng)機(jī)機(jī)堂內(nèi)定子繞組、定子繞組引出線和轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際檢修情況，繞組引出線出現(xiàn)過熱燒損的情況較多（圖5），一般都需要將繞組引出線重新繞制或者整體更換風(fēng)機(jī)，將有缺陷的風(fēng)機(jī)交給專門的電機(jī)維修廠拆解處理。

圖5風(fēng)機(jī)電機(jī)引出線過熱老化

2.5風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)值過大

在機(jī)組檢修過程中，測(cè)試風(fēng)機(jī)振動(dòng)時(shí)，當(dāng)有兩個(gè)以上的測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值大于10 mm/s，則認(rèn)為風(fēng)機(jī)振動(dòng)過大，風(fēng)機(jī)振動(dòng)值過大，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)底座螺栓松動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)讓定子機(jī)座受損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成風(fēng)機(jī)損壞，因此，在機(jī)組每次大、小修時(shí)都要進(jìn)行風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試。

根據(jù)歷次機(jī)組A類、B類檢修情況來看，風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)值大的原因大致有以下幾點(diǎn)：

（1）風(fēng)機(jī)機(jī)座固定螺絲松動(dòng)；

（2）風(fēng)機(jī)葉輪配重不均或者存在變形情況；

（3）風(fēng)機(jī)軸承有損傷；

（4）風(fēng)機(jī)機(jī)座外殼存在松動(dòng)。

針對(duì)上述風(fēng)機(jī)振動(dòng)值過大的原因，采用以下方法加以解決：

（1）在機(jī)組進(jìn)行B類檢修時(shí)，使用固定力矩的扳手（78 N·m）檢查風(fēng)機(jī)螺栓的情況，對(duì)于松動(dòng)的螺栓，使用242螺絲膠和力矩扳手（78 N·m）處理松動(dòng)的螺栓；

（2）在機(jī)組進(jìn)行B級(jí)檢修時(shí)，檢查風(fēng)機(jī)葉輪是否存在變形情況，如存在，則使用膠錘和老虎鉗將其矯正；

（3）按照2.2所述風(fēng)機(jī)軸承的檢查方法檢查及處理；

（4）在測(cè)試風(fēng)機(jī)振動(dòng)時(shí)觀察定子機(jī)座外殼是否存在振動(dòng)過大的現(xiàn)象，如存在，則通知機(jī)械專業(yè)人員檢查處理。

3結(jié)論

抽水蓄能機(jī)組發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)是發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要部分，風(fēng)機(jī)狀態(tài)的好壞直接影響到發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行與否。風(fēng)機(jī)故障可能會(huì)造成機(jī)組啟動(dòng)失敗、停機(jī)失敗、跳機(jī)等事件，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子受損，發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)沒有有效的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此，在機(jī)組常規(guī)的檢修過程中，采用合適的檢修、維護(hù)策略是非常有必要的。

結(jié)合實(shí)際的發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)的檢修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)的常見故障模式、產(chǎn)生的原因，根據(jù)各種故障模式及原因提出了有針對(duì)性地檢修、維護(hù)策略，降低或避免在發(fā)電機(jī)運(yùn)行周期內(nèi)由于風(fēng)機(jī)故障而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不可用等情況的發(fā)生，為今后的發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)檢修、維護(hù)工作提供很好的參考。

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中圖分類號(hào)：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2016）06-0048-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.017

收稿日期：2016-02-24

作者簡(jiǎn)介：趙守運(yùn)（1982-），男，工程師，從事抽水蓄能電站電氣設(shè)備檢修工作。