溧阳抽水蓄能电站发电电动机推力及下导轴承外循环冷却系统设计

王书枫，王艳武（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）



溧阳抽水蓄能电站发电电动机推力及下导轴承外循环冷却系统设计

王书枫，王艳武
（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

[摘要]溧阳发电电动机发电机工况额定容量为277.8MVA，电动机工况额定输出功率为269MW，额定转速300r/min。设计采用外加泵外循环推力及下导轴承润滑冷却方式。本文重点介绍该发电电动机推力及下导轴承外循环冷却系统设计。

[关键词]抽水蓄能；发电电动机；推力及下导轴承；外循环；冷却系统；控制设备

0　引言

溧阳发电机工况额定容量为277.8MVA，电动机工况额定输出功率为269MW，额定转速300r/min。

发电电动机推力轴承采用单波纹弹簧油箱支撑结构，推力及下导轴承采用外加泵外循环冷却方式。外循环冷却器组设置在机坑外。本文重点介绍该发电电动机推力及下导轴承外循环冷却系统设计。

1　外循环系统组成

水轮发电机推力轴承在运行过程中因轴承摩擦产生热量，需要将轴承润滑油进行冷却，以保证轴承运行温度。所以需要一套合理的冷却系统，确保在机组运行过程中，不间断连续运行。

推力及下导轴承外循环冷却系统由电机泵组、油过滤器、水过滤器、换热器以及一些必要的阀门附件组成，如图1所示。系统润滑参数见表1。

推力及下导轴承外循环冷却系统布置在机坑外，通过电机泵组形成循环动力，将油槽内的润滑热油吸入外循环冷却系统内。电机泵组共两套，互为备用。当一套电机泵组出现故障时，自动启动另一套电机泵组，保证外循环系统可靠运行。在每套电机泵组的出口，配置了单向阀，保证两套电机泵组不存在短路现象。电机泵组内部采用液控保护阀，在压力过载时开启，保护电机泵组安全。润滑油通过布置在泵出口的油过滤器后流向换热器。油过滤器位置设置旁路，在油过滤器整体检修时，开启旁路，保证机组正常运行。油过滤器为双筒过滤器，定期通过阀门切换，清除过滤器中的杂质后回装。之后，润滑油流入换热器，在换热器内进行热交换后，通过回油总管流回油槽。换热器采用板式换热器，共两台，一台正常运行使用，另一台事故备用。当某台换热器出现漏水等故障时，采用阀门将事故换热器油和水管路关闭，拆卸检修，并开启备用换热器，不影响机组正常运行。板式换热器的特点是能够进行充分的热交换，换热效率较高。但由于板式换热器对水质的要求较高，在水管路的入口处需配置双筒水过滤器。水过滤器可通过阀门切换，清除过滤器中的杂质后回装。外循环系统配置超声波流量计，在线监控机组润滑油的流量，保证在流量波动较大时输出报警信号。阀门附件包括测温元件、压力表、端子箱以及组成系统所需的管路、法兰、阀门、自动化元件和电缆等。

图1推力及下导轴承外循环冷却却系统

表1　润滑参数

2　外循环系统油路结构设计

推力及下导轴承外循环冷却系统结构设计主要包括油槽部分管路设计和外循循环冷却装置。

油槽部分管路设计时，将油槽分成上、下两个腔。上腔为热油区，下腔为回油区。热油区布置若干根出油分管，尽量保证均匀吸走热油。之所以将出油分分管口布置较高，是因为热油一般上浮。外部泵将热油吸入布置在机架下部的出油环管内，最终汇到出油总管进入外循环冷却装置内进行热交换。经过热交换后的润滑油最终通过回油管流回油槽，具体结构如图2所示。

由于空间紧张，推力及下导轴承外循环冷却装置需集成布置在一个规定的空间内。布置时要考虑系统内任何一个零部件在不干涉其他零部件的情况下可方便拆卸、检修和维护。由于尺寸限制，，整个推力轴承外循环装置布置在两个安装底盘上。两个底盘需有可靠的定位和连接装置，可自由拆开和组装，便于运输。安装底盘与地面接触部位设有防振设计。底盘具有储油功能，以避免检修或设备渗漏油，水污染其他设备或环境，并装设排污阀门。装置的零部件有接地设计。外循环装置与地板混凝土连接为膨胀螺栓连接。装置设有一个集成端子箱，所有元件的电缆和动力电缆（（电机电缆除外）连接到该箱内，控制电缆和动力电缆有效隔开，箱内有有20% 备用端子。所有装置内零部件在承制厂内将工地组装需要的的焊接坡口和法兰焊接完毕，在工地只需必要的连接即可。外循环冷却装置安装前作耐压试验。系统中所有电缆走线有电缆桥架或电缆护套。整套装置在最高处设置排气阀，在最低处设置排空阀，如图3所示。

图2　油槽部分管路

图3　外循环冷却装置布置

3　外循环系统控制设备设计

推力及下导轴承外循环冷却系统控制部分主要指推力外循环启动柜。它主要由柜体、选择开关、按钮、组合排灯、电压表及电流表、断路器、铜排、接触器、软启动器、恒温控制器、双电源转换模块、三相电源监视继电器、中间继电器、安装板及行线槽等附件组成，各个元件具体安装位置如图4所示。

图4　推力外循环启动柜

其中选择开关（项2）有手动、切除及自动三个档位；手动位时，可现地启动或停止推力外循环油泵，自动位时，可以接受来自推力外循环辅助控制柜的起泵命令或停泵命令，并在条件满足时实现相应的动作，切除位时，无论手动和自动均不能进行起停泵操作。按钮（项3）设置了油泵起动按钮及油泵停止按钮；组合排灯（项4）用于监视各路电源及两台油泵工作情况。多个断路器（项6）分别用于隔断或提供2路AC380，2路AC220V作为电源转换源，2路AC220V作为接触器控制用，一路AC220V作为备用，一路AC220V作为柜内照明，一路DC24V用于其他控制回路电源。接触器（项8）含一个主接点，多个辅助接点，主接点用来开闭系统主要回路，辅助接点用来执行控制指令。软启动器（项9）可以在启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载特性调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。恒温控制器与加热器（项10）联合用于检测推力外循环启动柜柜内温度过低或湿度过大时，启动加热器，从而保证柜内的温度及湿度维持在一定范围内。双电源切换模块（项11）用于提供冗余的AC220V电源，可以手动及自动切换，大大提高了电源的可靠性及可控制性。中间继电器（项13）用于增加接点数量，控制多个回路的通断，从而实现相应的逻辑控制。

4　结束语

溧阳发电电动机推力及下导轴承外循环冷却系统利用电机泵组产生循环动力，可保证足够的参与换热的润滑流量。设计了备用电机泵组、备用换热器和备用过滤器，配合自动化控制系统，能够充分保证推力及下导轴承的润滑冷却需要，为机组整体安全稳定运行提供了可靠保证。

王书枫(1982-)，2009年毕业于哈尔滨理工大学机械设计及其自动化专业，硕士研究生，长期从事水轮发电机的自动化控制设计工作，工程师。

审稿人：刘公直

External Circulation Cooling System Design of Thrust Bearing and Lower Guide Bearing for Liyang Pumped Storage Generator-motor

WANG Shufeng, WANG Yanwu
(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

Abstract:Rated capacity of Liyang generator is 277.8MVA, and rated output is 269MW for motor, rated speed is 300r/min. This article focuses on the design of generator-motor thrust and lower guide bearing external circulation cooling system.

Key words:pumped storage; generator-motor; thrust and lower guide bearings; external circulation; cooling system; control device

[作者简介]

[收稿日期]2015-04-03

[中图分类号]TM32

[文献标识码]A

[文章编号]1000-3983(2016)01-0013-03