抽水蓄能机组冷却风机常见故障模式及维护策略研究

赵守运（南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400）



抽水蓄能机组冷却风机常见故障模式及维护策略研究

赵守运
（南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400）

摘要：抽水蓄能机组发电机冷却方式主要有自然风冷和强迫风冷两种冷却方式，自然风冷采用无外加通风机的径、轴向混合通风冷却方式，强迫风冷采用外加通风机的径、轴向强迫通风冷却方式。广州蓄能水电厂I、II期电站的发电机风机均为强迫风冷方式，每台机组都由16台风机，由发电机定子上、下端部向发电机定、转子内吹入冷却空气进行冷却。详细介绍了广州蓄能水电厂I、II期电站发电机冷却风机的运行方式、常见故障模式，结合工作实际情况提出了强迫风冷式发电机冷却风机的检修、维护策略。

关键词：抽水蓄能；强迫风冷；发电机冷却风机；故障模式；维护策略

0前言

抽水蓄能电站的作用主要是对电网进行用电负荷的调峰填谷，以缓解峰谷差所带来的用电矛盾，同时抽水蓄能电站迅速反应能力，使其能在电网负荷急剧变化的瞬间调整和稳定系统电压，提高电力系统的运行安全性、稳定性，改善供电质量。

抽水蓄能机组发电机冷却方式主要有自然风冷和强迫风冷两种冷却方式，国内抽水蓄能机组为自然风冷方式的有天荒坪抽水蓄能电站机组、惠州抽水蓄能电站机组、响水涧抽水蓄能电站机组［1］等；广州蓄能水电厂（下称广蓄电厂）I、II期抽水蓄能机组的冷却方式均为强迫空气循环冷却方式。发电机冷却风机是发电机强迫空气循环冷却系统的重要部分，也是比较容易出现故障的部分，因此，我们在机组检修及日常运行维护中需要更多关注。通过分析广蓄电厂发电机冷却风机的工作原理、结构组成、常见故障模式及其处理方法，提出了发电机冷却风机检修、维护策略。

1发电机冷却风机及其工作原理

广蓄I、II期抽水蓄能机组每台机组均有16台风机，8台风机均匀分布在发电机定子机架上端部，8台风机均匀分布在发电机定子机架下端部，其位置如图1所示，广蓄电厂I、II期发电机风机参数如表1所示。

图1电动-发电机空冷系统及空气走向图

表1广蓄电厂I、II期发电机风机技术参数

广蓄电厂发电机冷却风机由电机本体、电机冷却风扇、定子机座等组成。电机本体包括：定子、转子、转子轴承、转子轴承防护部分、电机外壳、散热扇；电机冷却风扇包括：叶轮、导流罩、固定螺栓及锁片。

广蓄电厂每台机组均由16台冷却风机作为强迫空气冷却的动力来源，是发电机封闭式空气冷却的主设备。如图1所示，发电机定转子上端部和下端部各有8台高速风机，分别从发电机定转子上端和下端部向发电机定子机坑内送风，空气轴向流过发电机定、转子气隙，径向流过转子磁轭和定子铁芯通风槽，热风经过水冷却器冷却后流出发电机定子、转子机坑外的中风洞内，经冷却后的空气再由风机送回发电机定子、转子中进行循环冷却。

2发电机冷却风机常见故障模式及其维护策略

发电机冷却风机故障会影响发电机的正常运行，导致发电机不可用，严重时有可能损坏发电机定子、转子，因此在机组运行及检修过程中，了解发电机冷却风机的故障及缺陷情况，采用有效的方法加以预防，才能有效的保证机组的安全、稳定及可靠运行。

发电机冷却风机较易发生故障的部分主要是风机电源回路和风机本体，结合发电机风机的现场实际情况可以将其故障模式归结为以下几种：电源抽屉故障、风机轴承损坏、风机叶轮破损、风机电机绕组故障、风机振动数值过大。

2.1电源抽屉故障

广蓄电厂机组冷却风机启、停结构示意图如图2所示，控制回路发送命令控制电源抽屉中接触器的合、分用以控制风机的启、停，电源抽屉中主要由控制继电器、熔断器、接触器及电源开关组成。

图2冷却风机电源及控制示意图

在机组运行过程中，由于空气冷却系统故障造成告警或机组停机的事件大都是由于电源抽屉开关或控制回路故障引起。主要是控制回路中继电器线圈烧损、熔断器过流熔断、继电器辅助接点接触不良、接触器不能正常分合导致风机失去动力电源而停止运行。

针对上述故障，在每次机组B类［3］检修过程中，通常采用以下几种维护方法加以预防：

（1）检查继电器的状态，结合继电器的运行时间来判断是否需要更换继电器，对于运行时间超过3年且线圈电阻出现明显上升的继电器建议进行更换处理；

（2）根据风机正常启动、运行电流的大小，将出现故障频率较高的熔断器，用更大容量的熔断器进行更换处理；

（3）检查接触器触头情况，对于接触器触头有较严重的烧损痕迹的需要进行触头打磨处理或者更换触头。

2.2风机轴承损坏

风机轴承承担着风机旋转过程中旋转力的支撑作用，如果轴承损伤不能及时被发现，就有可能造成风机的定子、转子、叶轮及风机机座受损。风机轴承的状态好坏直接影响风机的使用寿命，因此，采取合适的检修维护策略保证风机轴承的良好状态是非常必要的。

风机轴承的状态好坏，在运行过程中比较难以监测，这就需要我们在检修过程中把好质量关，防患于未然。在机组B类检修时，重点检查风机轴承的状况，①用手动转动风机，在此过程中，通过观察风机叶轮转动是否匀称、风机在转动过程中是否有异响来判断风机轴承的状态，如有异常，则需要更换风机轴承或者更换整台风机；②试启动风机，测量风机的振动值，当有3个及以上的测点振动值超过10mm/s，且查明无其他原因导致风机振动值增大时，则可以判断风机的轴承内部有故障，需要更换风机轴承或者更换整台风机。

在机组进行A类［3］检修时，将风机进行整体拆解，根据以往机组A类检修时风机的轴承状况，每个风机轴承都有不同程度磨损，因此，在机组进行A类检修时，风机轴承都需要用新备品予以更换。

2.3风机叶轮破损

风机叶轮是风机的重要组成部分，也是比较容易出现问题的部分，由于风机叶轮工艺要求特别、材料特殊，造价也不菲，在机组运行过程中没有有效的手段加以监测，因此，设备维护工作质量的好坏尤为重要。

在机组B类检修中，重点检查风机叶轮的叶片有无破损，风机的叶轮及焊接处是否有扩大性裂纹。在机组A类检修时，可以拆除风机叶轮进行详细的检查，一般是采用PT探伤的方法重点检测叶轮是否存在隐形裂纹，对于发现的裂纹一般采用以下两种方法加以处理：

（1）对于图3所示裂纹，使用打磨机将其裂纹处打磨平整，然后进行叶轮的重新配重和动平衡测试；

图3发电机风机叶轮存在的缺陷情况

（2）叶轮其他地方如有裂纹或者存在图4所示情况，则需要整体更换叶轮（广蓄I期风机）或更换单个叶片（广蓄II期风机），然后进行风机振动测试。

图4发电机风机叶轮存在的缺陷情况

2.4风机电机绕组故障

风机电机故障大部分都是由于电机绕组及绕组引出线存在短路、断线造成的，由于风机电机绕组的状态不能进行实时监测，因此，风机电机也只能通过把控检修时的质量来降低电机绕组故障发生的频率。

在机组B类检修中，通过测量电机绕组的直流电阻和绝缘电阻的大小来判断电机绕组的状况，当测试到电机绕组的绝缘值低于0.5 MΩ且多次测试均无改善时，一般就可以断定电机的绕组中存在接地短路的情况，需要将整台风机更换，然后将故障风机交给专门的电机维修厂拆解处理；当测试电机绕组的直流电阻三相数值的相互差别大于平均值的2%或者与历史数据相比差别较大时，一般可以断定电机绕组存在匝间短路或断线情况，则需要更换风机，然后将故障风机交给专门的电机维修厂拆解处理。

在机组B类或A类检修中，①根据电机绕组的绝缘、直阻的数据，按照上述情况处理风机，②重点检查风机机堂内定子绕组、定子绕组引出线和转子的状态，根据现场的实际检修情况，绕组引出线出现过热烧损的情况较多（图5），一般都需要将绕组引出线重新绕制或者整体更换风机，将有缺陷的风机交给专门的电机维修厂拆解处理。

图5风机电机引出线过热老化

2.5风机振动数值过大

在机组检修过程中，测试风机振动时，当有两个以上的测点振动值大于10 mm/s，则认为风机振动过大，风机振动值过大，会导致风机底座螺栓松动，长期运行会让定子机座受损，严重时会造成风机损坏，因此，在机组每次大、小修时都要进行风机振动测试。

根据历次机组A类、B类检修情况来看，风机振动数值大的原因大致有以下几点：

（1）风机机座固定螺丝松动；

（2）风机叶轮配重不均或者存在变形情况；

（3）风机轴承有损伤；

（4）风机机座外壳存在松动。

针对上述风机振动值过大的原因，采用以下方法加以解决：

（1）在机组进行B类检修时，使用固定力矩的扳手（78 N·m）检查风机螺栓的情况，对于松动的螺栓，使用242螺丝胶和力矩扳手（78 N·m）处理松动的螺栓；

（2）在机组进行B级检修时，检查风机叶轮是否存在变形情况，如存在，则使用胶锤和老虎钳将其矫正；

（3）按照2.2所述风机轴承的检查方法检查及处理；

（4）在测试风机振动时观察定子机座外壳是否存在振动过大的现象，如存在，则通知机械专业人员检查处理。

3结论

抽水蓄能机组发电机冷却风机是发电机冷却系统的重要部分，风机状态的好坏直接影响到发电机的正常运行与否。风机故障可能会造成机组启动失败、停机失败、跳机等事件，严重时可能会造成发电机定、转子受损，发电机风机的状态没有有效的在线监测系统进行监测。因此，在机组常规的检修过程中，采用合适的检修、维护策略是非常有必要的。

结合实际的发电机风机的检修经验，总结出了发电机风机的常见故障模式、产生的原因，根据各种故障模式及原因提出了有针对性地检修、维护策略，降低或避免在发电机运行周期内由于风机故障而导致发电机不可用等情况的发生，为今后的发电机风机检修、维护工作提供很好的参考。

参考文献：

［1］王艳武，王建刚.响水涧抽水蓄能电站发电电动机设计［C］//抽水蓄能电站工程建设文集2011.北京：中国电力出版社，2012.

［2］吴新平，何文才，谢小辉，等.惠州抽水蓄能电站机电设计特点与创新［J］.水力发电，2010，26（9）：36-39.

［3］中国南方电网有限责任公司.Q/CSG 1205001-2014电力设备检修规程［S］.

［4］中国南方电网有限责任公司.Q/CSG 114002-2011电力设备预防性试验规程［S］.

［5］周明.抽水蓄能机组检修管理的优化［J］.电力与能源，2013，34（4）：432-434.

中图分类号：TV734

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2016）06-0048-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.017

收稿日期：2016-02-24

作者简介：赵守运（1982-），男，工程师，从事抽水蓄能电站电气设备检修工作。