發(fā)電電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)
發(fā)電電動(dòng)機(jī)按主軸位置分為臥式和立式兩種。
立式電機(jī)按推力軸承的位置可分為懸式和傘式兩大類(lèi)。 推力軸承裝在轉(zhuǎn)子上方的稱(chēng)為懸式;裝在轉(zhuǎn)子下方的稱(chēng)為傘式。[1]
發(fā)電電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)
雙向旋轉(zhuǎn)
發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要用于抽水蓄能電站。由于可逆式水泵水輪機(jī)作水輪機(jī)和水泵運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)方向是相反的,因此電動(dòng)機(jī)也需相應(yīng)地雙向運(yùn)轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn),在電氣上要求電源相序能夠轉(zhuǎn)換,這在電氣主接線(xiàn)和開(kāi)關(guān)設(shè)備的選擇上可以實(shí)現(xiàn);電機(jī)本身如何作雙向旋轉(zhuǎn)則要求通風(fēng)冷卻和軸承都能適應(yīng)雙向工作。
頻繁起停
抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中起填谷調(diào)峰的作用,要求起停較為頻繁,同時(shí)還需經(jīng)常作調(diào)頻、調(diào)相運(yùn)行,工況的調(diào)整也很頻繁。發(fā)電電動(dòng)機(jī)處于這樣頻繁變化的運(yùn)行條件下,其內(nèi)部溫度變化自然十分劇烈,電機(jī)繞組將產(chǎn)生更大的溫度應(yīng)力和變形,也可能由于溫度差在電機(jī)內(nèi)部結(jié)露面影響絕緣。
需有專(zhuān)門(mén)起動(dòng)措施
由于轉(zhuǎn)向相反,發(fā)電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)不能像作發(fā)電機(jī)那樣利用水泵水輪機(jī)起動(dòng),必須采用專(zhuān)門(mén)的起動(dòng)方法。絕大部分抽水蓄能電站采用SFC起動(dòng),back-to-back作為備用起動(dòng)方式。
過(guò)渡過(guò)程復(fù)雜
抽水蓄能機(jī)組在工況轉(zhuǎn)換中要經(jīng)歷各種復(fù)雜水力、機(jī)械和電氣瞬態(tài)過(guò)程。在這些過(guò)程中將發(fā)生比常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組大得多的受力和振動(dòng),對(duì)于整個(gè)電機(jī)設(shè)計(jì)提出更嚴(yán)格的要求。[1]
發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)
發(fā)電電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下三方面的參數(shù):
水力機(jī)械條件
有功功率;轉(zhuǎn)速;飛逸轉(zhuǎn)速;旋轉(zhuǎn)方向(單向、雙向);轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求;安裝條件。
電力系統(tǒng)條件
視在功率;功率因數(shù);穩(wěn)定性要求;瞬態(tài)電抗;次瞬態(tài)電抗;運(yùn)行方式(工況轉(zhuǎn)換次數(shù)及間隔);調(diào)相運(yùn)行要求;負(fù)荷頻率控制(LFC);啟動(dòng)功率;允許的電壓降;可用率要求。
電機(jī)設(shè)計(jì)要求
電壓等級(jí);允許溫升;絕緣等級(jí)要求;尺寸限制;設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。[2]
發(fā)電電動(dòng)機(jī)溧蓄
抽水蓄能機(jī)組具有工況轉(zhuǎn)換復(fù)雜,運(yùn)行方式靈活,快速反應(yīng)等特點(diǎn)。機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧高轉(zhuǎn)速、雙向運(yùn)行、快速轉(zhuǎn)換、調(diào)頻和調(diào)相、頻繁起動(dòng)和制動(dòng)等特性。因此,設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)超普通機(jī)組,甚至巨型水輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組的運(yùn)行性能也是一個(gè)機(jī)組設(shè)計(jì)、制造和安裝質(zhì)量的綜合體現(xiàn)。仙游、響水澗、仙居等蓄能機(jī)組投運(yùn),標(biāo)志著國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家已經(jīng)掌握抽水蓄能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)。溧陽(yáng)抽水蓄能電站(簡(jiǎn)稱(chēng)“溧蓄”)裝設(shè) 6 臺(tái)單機(jī)容量為 250MW 的混流式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組,為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)“哈電”)獨(dú)立設(shè)計(jì)制造,是哈電對(duì)抽水蓄能機(jī)組幾十年研究、設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)引進(jìn)及創(chuàng)新的綜合運(yùn)用,代表著當(dāng)前國(guó)內(nèi)此類(lèi)型發(fā)電電動(dòng)機(jī)的水平。
溧蓄發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸、半傘式、全空冷、三相凸極、可逆式同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、上導(dǎo)軸承、推力及下導(dǎo)軸承和輔助部分組成,如圖 1 所示。其通風(fēng)系統(tǒng)為密閉自循環(huán)雙路徑向、無(wú)風(fēng)扇端部回風(fēng)方式。定子機(jī)座采用鋼板焊接的斜支臂結(jié)構(gòu)。鐵心下端為大齒壓板,在工地疊片、再分段壓緊,最后采用拉緊螺桿配合碟形彈簧緊固成整體,拉緊螺桿為全絕緣結(jié)構(gòu)。定子繞組為 F級(jí)絕緣條式波繞組,加熱模壓固化工藝制成,采用315。不換位的特殊換位方式,在工地下線(xiàn)。推力軸承采用可自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷的單波紋彈性油箱支撐方式,裝設(shè) 12 塊巴氏合金瓦,并配有一套高壓油頂起系統(tǒng),在機(jī)組起停過(guò)程中保護(hù)推力瓦。下導(dǎo)軸承設(shè)置 16 塊巴氏合金瓦,與推力軸承共用一個(gè)油槽,推導(dǎo)組合軸承配備一套外加泵外循環(huán)系統(tǒng),對(duì)整個(gè)油槽潤(rùn)滑油進(jìn)行熱交換。轉(zhuǎn)子支架為鋼板焊接的斜支臂結(jié)構(gòu),磁軛在工地疊裝,分段壓緊,最后與轉(zhuǎn)子支架采用復(fù)合鍵和熱加墊固定,磁極有 4 個(gè)“T”尾,在工地掛裝于磁軛對(duì)應(yīng)“T”尾槽內(nèi),并用楔鍵固定。上機(jī)架為鋼板焊接結(jié)構(gòu),由1個(gè)中心體和 8 個(gè)斜支臂組成。上導(dǎo)軸承裝設(shè)在上機(jī)架中心體內(nèi),設(shè)置 8塊巴氏合金瓦,導(dǎo)瓦采用球面支柱和調(diào)整墊片的徑向支撐方式,上導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑冷卻采用內(nèi)循環(huán)方式。發(fā)電電動(dòng)機(jī)容量、轉(zhuǎn)速和整體結(jié)構(gòu)與響水澗和蒲石河發(fā)電電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相類(lèi)似。[2]
發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要原因分析
發(fā)電機(jī)槽內(nèi),定子線(xiàn)棒絕緣表面電場(chǎng)分布不均勻的,當(dāng)局部場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí),氣體發(fā)生局部游離,在通風(fēng)槽口及出槽口處出現(xiàn)藍(lán)色暈光放電。放電使空氣電離而產(chǎn)生臭氧(O3)及氮的氧化物(NO2、NO、N2O4),這些氧化物與氣隙內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)作用,會(huì)使線(xiàn)棒表面防暈層、主絕緣、槽楔和墊條出現(xiàn)膠粘劑變質(zhì)、碳化,股線(xiàn)絕緣和云母變白,進(jìn)而導(dǎo)致股線(xiàn)松散、短路、絕緣老化現(xiàn)象。造成電暈的主要因素有:
(1)海拔。海拔越高,空氣越稀薄,則起暈放電電壓越低。
(2)濕度。濕度加大,表面電阻率降低,起暈電壓下降。
(3)溫度。起暈電壓隨溫度升高而下降。
(4)間隙。線(xiàn)棒與鐵芯線(xiàn)槽壁間的間隙會(huì)使槽部防暈層和鐵芯間產(chǎn)生電火花放電。環(huán)氧粉云母絕緣最易產(chǎn)生局部放電的危險(xiǎn)間隙是在0.2~0.3 mm。
(5)電位和電場(chǎng)。電位和電場(chǎng)越高越易起暈,電場(chǎng)分布越不均勻越易起暈。
(6)線(xiàn)棒存在缺陷。線(xiàn)棒表面防暈層與線(xiàn)棒主絕緣之間粘接接觸不好,存在微小空氣氣隙,由于在高電場(chǎng)內(nèi)主絕緣與防暈層之間存在電位差,造成氣隙放電。在很多芝麻點(diǎn)的小燒痕甚至外表無(wú)任何燒痕的情況下用工具輕按,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在大量空洞;處理過(guò)程中出現(xiàn)的深層損傷面遠(yuǎn)大于表面,腐蝕面周?chē)鷱纳现料路罆炂徇B同絕緣漆和防暈層脫落,玻璃絲帶層粉化,輕輕一戳就脫落,云母層光亮,未發(fā)現(xiàn)損傷的情況。由上述現(xiàn)象可以看出,部分線(xiàn)棒最上層的防暈漆層損傷不大,內(nèi)部接近銅芯的云母層幾乎無(wú)損傷,而處于云母層和防暈層之間的玻璃絲帶層損傷嚴(yán)重,因此可以認(rèn)定電暈腐蝕是由主絕緣的云母層和玻璃絲帶層之間發(fā)生并向周?chē)鷶U(kuò)散的。[1]
發(fā)電電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的處理
(1)針對(duì)溫度高的問(wèn)題,只能從改善冷卻效果入手。
(2)電位高的問(wèn)題無(wú)法解決,不論怎么排列均有線(xiàn)棒處于高電位區(qū)和低電位區(qū),只能加強(qiáng)線(xiàn)棒的制造工藝和絕緣強(qiáng)度。
(3)針對(duì)線(xiàn)棒絕緣缺陷問(wèn)題,只能更換線(xiàn)棒,但備品和在用線(xiàn)棒屬同一廠家、批次,也無(wú)法保證不存在缺陷。因此,暫時(shí)只能采取臨時(shí)補(bǔ)救方法處理,具體如下:
1)把缺陷線(xiàn)棒端部用無(wú)水乙醇清理干凈。
2)用細(xì)砂紙將腐蝕面清除,不能傷及主絕緣。周?chē)謇沓?mm左右的向內(nèi)的斜坡,露出黑色防暈層。
3)用無(wú)水乙醇將創(chuàng)面清洗干凈,用環(huán)氧樹(shù)脂將創(chuàng)面填平,凝固后打磨光滑(不平時(shí)可重復(fù)補(bǔ)膠再打磨)。
4)刷1243半導(dǎo)體漆,待干后刷2道、3道(低阻半導(dǎo)體漆不能刷到鐵芯等部位)。
5)刷9130環(huán)氧晾干漆。
保守的補(bǔ)救處理并不能消除該機(jī)組的電暈腐蝕缺陷,只要線(xiàn)棒的內(nèi)部缺陷得不到解決,冷卻效果得不到很好的提升,電暈腐蝕就會(huì)繼續(xù)發(fā)展。但分析該發(fā)電機(jī)的缺陷,對(duì)其他發(fā)電電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和設(shè)備采購(gòu)有一定的借鑒意義。[1]