溧阳抽水蓄能电站发电电动机推力外循环系统稳定性研究

王荣,肖先照,杨剑,高学洪,陈启宏,高熹

(江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司,江苏常州 213334)

0 引言[7]

溧阳抽水蓄能电站(简称“溧蓄”)装有6台单机容量为250MW的混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组。其中发电电动机为立轴、半伞式、全空冷发电电动机。推力轴承采用外加泵外循环的冷却方式。推力外循环系统属于发电电动机重要的辅助设备,其稳定性不仅影响到机组启动成功率,而且还影响到推力轴承的安全稳定性。

本文以溧阳抽水蓄能电站发电电动机推力轴承外循环系统为研究对象,重点分析研究了推力外循环控制系统稳定性,并对其稳定性运行提出相应建议,对抽水蓄能机组发电电动机推力外循环控制系统的设计、调试和运维有一定的参考意义。

1 系统组成[1]

推力外循环系统采用的是水冷却方式,利用外循环油泵将油盆内热油吸走,经过油水管路换热器散热冷却后,再次流入油盆,反复进行油循环,以此来带走热量,实现冷却效果。故推力外循环系统大体可分为三部分:油支路、水支路和控制盘柜组成。推力外循环系统实物如图1所示,系统原理如图2所示。

图1 推力外循环系统实物图

图2 推力外循环系统原理图

(1)油支路:设有2台循环油泵,进、出油管路分别设置1支RTD监测油温,1块压力表用来测量管路内压力,1只压力开关用来监测管路压力并在压力过低时发出报警信号,2个排气阀对管路进行高位排气处理,1支油流量计用来监测油流量并在流量过低时发出报警信号。

(2)水支路:进、出水管路分别设1支RTD用来监测水温,1支流量开关用来监测管路内水流量并在流量低和过低时发出报警信号,2块板式换热器用来循环冷却。

(3)控制盘柜:主要包括变频器、PLC控制器及其模块以及各种中间继电器,模块包括CPU模块、电源模块、开关量输入及输出模块、RS485通信模块。

2 运行方式及控制逻辑[2]

2.1 运行方式

溧蓄推力外循环系统设有2台循环油泵,在“停止至旋转热备”工况转换时启动一台循环油泵,“旋转热备至停止”工况转换时,循环油泵则停止运行。两台油泵互为主备、轮流工作,当一套电机泵组出现故障时,自动启动另一套电机泵组。

2.2 控制逻辑

推力外循环系统控制逻辑具体如下。

(1)启动令来了,通过标志位启动主用泵。标志位0时启动1#泵,标志位1时启动2#泵,两台泵依次轮换启动。

(2)运行过程中,通过标志位切换,启动备用泵。标志位切换条件有:主用泵不在自动控制方式or主用泵启动条件不满足or主用泵启动后压力低延时条件满足。

(3)停机命令来了,油泵立即停止运行。

3 部分故障及应对措施[6]

3.1 主备用泵切换逻辑异常[5]

溧蓄推力外循环系统主备用泵切换逻辑,存在以下问题。

(1)启动令来了,主用泵启动回路异常据动,备用泵不启动。

(2)运行过程中,主用泵运行信号丢失or变频器输出功率降低,备用泵不启动。

应对措施:优化主备用泵切换逻辑的同时,增设部分中间继电器,实现故障信号远传。

优化后的主备用泵切换逻辑:主用泵不在自动控制方式or主用泵启动条件不满足or主用泵启动后压力低延时条件满足or主用泵运行信号丢失or主用泵变频器故障。优化后的主备用泵切换逻辑如图3所示。

图3 优化后主备用切换逻辑图

增设部分中间继电器,故障信号远传,实现精准判断,便于检修维护处理。通过本次技术改造,推力外循环系统的稳定性大大提升。具体新增故障远传信号如表1所示。

表1 新增故障远传信号

3.2 震动噪音[3]

溧蓄推力外循环油泵在机组静止和转速在30%额定转速以下时运行正常,无明显异常声响和振动。但是随着转速升高,泵的声响逐渐增大,最终维持在96db,泵的振动达到0.26mm。如表2油泵震动噪音数据所示。

表2 油泵震动噪音数据

在机组高速旋转时震动大噪音响的原因:机组高速转动时,推力下导油盆中的润滑油甩起状态,油盆中的油分布情况呈U型状,因油盆内原设计出油管路有一定的高程,故而单位时间内,油盆内部的出油管流量满足不了油泵运行的吸油流量,与此同时,油泵的进/出口流量比较大,润滑油循坏过快,油槽内的气泡来不及释放就直接进入到油泵吸口管路内,导致泵发出异常声响和振动。

应对措施:通过增加消泡装置、吸油支管增加水平管、更换变频器启动等几方面进行减震消噪,采用最小限度的改造系统机械结构和电气设备的做法,保留原有的推力外循环油泵,一方面节省了换泵带来的工期延长,另一方面避免了设备资产的浪费,同时油泵采用变频运行降低了电耗。

噪声污染厂房环境,长时间对人的身心造成伤害;长期异常振动会影响到管路上安装的自动化原件以及泵的使用寿命。推力外循环系统震动噪音问题的解决,改善了设备运行环境,消除了安全运行隐患,提升了推力外循环系统的稳定性。

3.3 电机接线柱烧毁[4]

溧蓄机组启停频繁,推力外循环系统循环油泵每天平均运行8h左右,运行时管路产生一定的振动。循环油泵电机进线电缆安装布局存在缺陷,电缆折弯角度偏小,电缆受力较大,长期的振动导致电机接线柱线缆固定螺栓松动,过电流将烧毁电机接线柱,直至电机缺相报警停止运行。电机接线柱烧毁,如图4所示。

图4 电机接线柱烧毁

应对措施:重新调整循环油泵电机进线电缆安装布局,放大电缆折弯角度,保证电缆不受力,同时将电缆固定绑扎牢靠;考虑到系统存在的特殊振动运行环境,定期对电机接线柱进行红外测温,并结合机组检修,开展电机接线柱固定螺栓紧固工作。

3.4 电气元件损坏

溧蓄推力外循环系统在运期间,控制盘柜内的变频器、PLC控制器及其模块以及各种中间继电器,先后出现损坏情况,直接导致推力外循环油泵启动失败,不利于系统可靠性稳定运行。

应对措施:定期开展控制柜内部分电气元件校验工作,对校验不合格的元件及时更换备件;定期对控制盘柜开展清灰工作,保证电气元件的绝缘性能;加强控制盘柜的排风机、加热器检修维护工作,确保设备运行环境稳定。通过以上的措施执行,大大提高了推力外循环系统的稳定性。

4 处理措施

推力外循环系统运行的稳定性将直接影响机组,为确保机组安全可靠经济运行,根据相关标准要求、结合设备运行经验,提出以下建议:(1)推力外循环系统设备运行过程中会出现各种故障导致控制逻辑无法执行,可能会导致机组启动失败,结合设备实际运行工况,完善优化控制逻辑。(2)加强对推力外循环系统设备运行环境监视,综合分析判断,保障设备运行在最优环境。(3)对于压力、温度、电压电流等元件严格按照检定周期开展校验工作,对于不合格的元件及时更换备件。

5 结语

溧蓄推力外循环系统从调试到商业运行,期间出现了各种故障,通过不断深入研究分析,经过多次技术改造及设备日常维护管理,推力外循环系统的稳定性大大提高,为机组长周期安全稳定运行提供了保障。文中部分故障及应对措施,对抽蓄机组推力轴承外循环系统的设计、检修和维护具有一定的参考意义。