峽南泵站高壓電機冷卻系統(tǒng)所存問題分析與改進措施

時間：2022-05-15 18:05:34

關鍵字：溫升冷卻方法循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

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[導讀]摘要:以峽南泵站高壓電機冷卻系統(tǒng)為例,針對該冷卻系統(tǒng)在運行過程中因冷卻水管道易堵塞,導致電機運行繞組溫度升高過快的問題進行了分析,并提出了改進措施,以保證電機能夠安全可靠運行。

1工程簡介

福清市水系聯(lián)排聯(lián)調(diào)中心閩江調(diào)水管理站峽南泵站是利用閩江南港烏龍江水源,設泵站抽水,通過隧道、壓力管道等水工建筑輸水至福清各個工業(yè)區(qū)以及龍高、江陰地區(qū)的縣級大型水利工程。取水泵站位于閩江南港烏龍江南岸,坐落在峽南烏龍江大橋下游峽樟公路邊,由取水建筑、進水閘、進水漸變段、進水前池、主廠房和副廠房等組成。泵站出水口為壓力鋼管,由6個支管和主管組成,主管內(nèi)徑2.6m。根據(jù)福清需水量要求,一期安裝一臺單機1800kw的立式離心水泵和兩臺單機容量為800kw的臥式離心泵組,設計抽水流量4.85m3/s。隨著經(jīng)濟發(fā)展以及承擔平潭綜合試驗區(qū)供水和龍江生態(tài)補水等任務后,用水量增長明顯,泵站現(xiàn)有抽水能力已不滿足實際用水需求。2017年,對兩臺800kw臥式離心泵組進行改造,對一臺1800kw立式離心泵組進行更新,并加裝3臺1800kw立式離心泵組,以提升供水能力,設計總抽水流量達到10m3/s。

2高壓電機冷卻方法分類及冷卻系統(tǒng)分析

眾所周知,電機運行過程其實就是電能和機械能相互轉(zhuǎn)換的過程,在這個過程中不可避免地將產(chǎn)生損耗。這些損耗絕大部分會轉(zhuǎn)化為熱量,從而導致電動機繞組、鐵芯及其他部件的工作溫度升高。由于電動機使用的絕緣材料對溫度有限制,故電機冷卻任務是散發(fā)電機內(nèi)部損耗產(chǎn)生的熱量,使電機各部位溫升維持在標準規(guī)定范圍內(nèi),并力求內(nèi)部溫度均勻化。電機通常采用氣體或液體作為冷卻介質(zhì),常見的有空氣和水,對應稱之為空冷或水冷?？绽涑Ｒ姷挠腥忾]空氣冷卻和開啟式空氣冷卻:水冷常見的有水套式冷卻和熱交換器冷卻。電機冷卻器是電機的主要換熱部件,是維持電機運行的重要部分,直接影響電動機的溫升、出力和使用壽命。

2.1冷卻方法分類

2.1.1自然冷卻（表面冷卻）

自然冷卻的電機不需要特殊方法冷卻電機各部分,僅靠轉(zhuǎn)子自身轉(zhuǎn)動帶動空氣。此類電機運行時表面溫度較高,可能對周邊設備和物料產(chǎn)生影響。

2.1.2自扇冷卻（自冷）

自通風電機發(fā)熱部分由內(nèi)裝風扇或由電機轉(zhuǎn)動部分上附加的特種裝置進行冷卻,是通過電機自身旋轉(zhuǎn)移動空氣從而實現(xiàn)冷卻,空氣移動速度與電機速度有關。

2.1.3強迫風扇冷卻（強冷或獨立風扇冷卻）

強迫風扇冷卻電機含有獨立的驅(qū)動風機,保證風量恒定且與電機轉(zhuǎn)速無關,是通過風扇吹電機表面散熱筋實現(xiàn)散熱。

2.1.4介質(zhì)冷卻（水、氫氣、油）

常見的介質(zhì)冷卻為水冷卻。電機中大量損耗產(chǎn)生的熱量經(jīng)過電機表面擴散到周圍空氣中。當電機在某一情況下工作時,為防止電機各部位過高的溫升,有時在電機最熱部分備有特別的通道或裝有水的管子,電機內(nèi)部循環(huán)空氣將內(nèi)部熱量帶至被水冷卻的表面。

高壓電機的冷卻方式有很多,常見的就是以上幾種,采用何種冷卻方式,關系到電機參數(shù)選擇、結(jié)構設計、重量和造價、安全穩(wěn)定運行等方面。因此,應根據(jù)高壓電機運行環(huán)境進行選擇,包括電機的長、高,安裝地方能否滿足需求,并且要確定哪種冷卻方式能夠滿足要求。

2.2冷卻系統(tǒng)分析

2.2.1全空冷卻（空空冷）

全空冷卻是指定子鐵芯繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯繞組都通過空氣冷卻?？諝馔ㄟ^風機作用,產(chǎn)生的冷卻風量經(jīng)過定子、轉(zhuǎn)子中的風溝形成空冷循環(huán)系統(tǒng),并通過布置在定子機座外側(cè)周圍的空氣冷卻器進行熱交換,達到冷卻目的。該系列電動機具有造價低、輔助設備少、運行費用低、維護方便的特點。

2.2.2半水內(nèi)冷方式（空水冷）

半水內(nèi)冷方式是指定子鐵芯繞組采用水冷、轉(zhuǎn)子鐵芯繞組采用空氣冷卻的方式。液體相比于氣體比熱容更大,導熱系數(shù)高。隨著技術發(fā)展,電機采用水冷代替部分氣冷已相當普遍,尤其在大型高壓電動機及部分小型特種電機中使用更為廣泛,以獲得良好的冷卻效果。

目前,絕大多數(shù)異步電機都采用以空氣為冷卻介質(zhì)的冷卻系統(tǒng),對于大功率、小體積或高速電機采用循環(huán)液冷卻。我站兩臺800kw電機就是采用空氣冷卻,而4臺1800kw電機為水冷卻方式。

3目前我站電機冷卻系統(tǒng)存在的主要問題

3.1空氣冷卻系統(tǒng)

空氣冷卻式電機只要進出風口不被堵塞,基本上不會出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)故障。因此,平時注意經(jīng)常對電機側(cè)面進出風口濾網(wǎng)灰塵進行清理。

3.2水冷卻系統(tǒng)

鑒于我站工藝要求和生產(chǎn)需要,電機開動頻繁、機械沖擊大、震動大,且采用直流冷卻水系統(tǒng),即冷卻水只經(jīng)換熱器一次利用后就排掉,致使這種水冷式電機冷卻系統(tǒng)故障及由此引發(fā)的其他故障時有發(fā)生,主要表現(xiàn)為以下兩方面:

（1）電機外部冷卻管路損壞,冷卻介質(zhì)流失導致冷卻壓力減小,冷卻能力下降,引起電機溫度上升。

（2）由于是直流水冷卻系統(tǒng),如圖1所示,冷卻水管道直接從水泵出水口接出,冷卻水雜質(zhì)較多,含有較多的雜草、塑料袋、塑料繩等物質(zhì),容易卡住壓差式自清洗過濾器,導致自動排污閥失效,冷卻管道堵塞腐蝕,導致電機過熱,影響設備的安全運行。