虎牙电站技术供水系统水泵电机改造措施.pdf

第4 6 卷第11期502023年11月水电站机电技术Mechanical&Electrical Technique of Hydropower StationVol.46 No.11Nov.2023虎牙电站技术供水系统水泵电机改造措施廖启智（会泽县川渝水电开发有限公司，云南曲靖6 54 2 0 0）摘要：介绍了水电站技术供水系统水泵电机改造的案列，针对虎牙电站现场的实际情况，提出了相应的解决办法和有效的运行改造措施。关键词：水电站；技术供水；水泵电机；改造中图分类号：TV738DOl:10.13599/ki.11-5130.2023.11.015文献标识码：B文章编号：16 7 2-538 7(2 0 2 3)11-0 0 50-0 3表1主要设备参数1概述序号江上游虎牙河梯级一级虎牙水电站位于四川12省绵阳市平武县境内，坝址位于虎牙河与白洞沟汇3合口下游30 m处，坝址以上集水面积36 3.0 km，多4年平均人库径流量3.4 7 亿m，水库正常蓄水位51860.0m，总库容30 万m。电站共装设2 台6724MW混流式水轮发电机组，多年平均发电量822632万kWh,年利用小时数为4 7 15h。9虎牙水电站技术供水系统采用单元供水方式，1011每台机组设置一个供水单元，每个供水单元包括212台立式离心水泵、2 台电动机、冷却器、阀门、管路及13附件组成。14152技术供水系统组成及原理16172.1用水设备18虎牙电站技术供水系统的用水设备包括：发电机上、下导轴承冷却器，发电机空气冷却器，水导轴承冷却器。系统的主要参数见表1。2.2水源及供水方式虎牙电站技术供水系统技术供水系统为内循环式，故冷却水水源为2 台机组共用一个蓄水池（容积55m),每台机组各有2 台水泵（互为备用),这种供水方式运行灵活，可靠性高，便于自动控制。系统运行路线为：蓄水池一水泵一管路一尾水冷却器一机组冷却器一管路一蓄水池。名称机组冷却器工作水压空气冷却器耗水量上导轴承冷却器耗水量下导轴承冷却器耗水量水导轴承冷却器耗水量单台机组总冷却耗水量水泵型号水泵额定流量水泵额定扬程水泵进出口直径水泵轴功率电动机型号电动机功率电动机额定电流电动机额定电压电动机功率因数水泵生产厂家电动机生产厂家3技术供水系统存在的问题虎牙电站2 0 2 0 年正式投入运行，经过近3年时间的运行，技术供水系统运行主要问题为：(1)技术供水泵电动机运行发热严重，电机外壳温度超过7 5。(2)截止2 0 2 3年4 月，技术供水泵4 台电机轴收稿日期：2 0 2 3-0 9-0 1作者简介：廖启智（19 8 7-)，男，工程师，从事水电站机电设备安装、检修及运行管理工作。参数0.150.30 MPa138 m/h47mh27m/h7.2m/h219.2m/hISGD200-400240m/h46m200mm45kWYX3-225M-445kW84.5 A380V0.86上海新通一上海华滨第11期承已损坏超过15次，电机绕组短路烧毁已超过6 次，主要现象见图1、图2 所示。技术供水系统主要作用是对电站运行中的发电机、轴承等设备进行冷却,其核心工作就是为机组设备提供充足的冷却水水源。在技术供水系统中最重要的设备就是水泵、电机和输水管,其中又以水泵、电机最为重要，它们为冷却水提供了动力支持，故必须保证技术供水泵和电机的可靠、稳定运行。尤其是丰水期，2 台机组均满负荷运行，此时若技术供述系统无法正常运行，则机组只能被迫停机，1d将损失50 余万kWh电量。图1转子扫膛、绕组短路烧毁4故障分析4.1运行温度过高的主要原因(1)选型方面：选用的水泵参数严重偏离工况，如扬程选用过大，而实际运行扬程较小，此时会使水泵运行流量远超额定流量，导致电机过负荷运行；选用的电机动力不匹配，电机长期处于过负荷状态运行，使电机运行温度过高。()电动机方面：定子绕组有相间短路、匝间短路或局部接地，轻时电动机局部过热，严重时绝缘烧坏；轴承损坏造成电机运行过载故障引起温度过高。(3)电源方面：若电源电压超过10%的额定电压或低于5%的额定电压时，会造成电机运行温度过高；电源三相电压不平衡，会引起电机温度过高。(4)工作环境方面：若电机受潮或有油污附着在绕组上面，会导致绝缘性能降低，从而导致绕组短路。4.2分析计算(1)根据表1可知,1台机组总冷却水量为2 19.2 mm；现场经压力表观察，1号机组1号、2 号水泵出口压力分别为0.36 MPa、0.39 M Pa;2 号机组1号、2 号水泵出口压力分别为0.36 MPa、0.35M Pa。故判断选廖启智：虎牙电站技术供水系统水泵电机改造措施100150图3ISGD200-400立式单级离心泵性能曲线图根据水泵轴功率计算公式N=QH/367lg式中：N一水泵轴功率(kW)；Q 一水泵额定流量(m/h)；H 一水泵额定扬程(m)；g 一水泵效率(0.60.85)。经计算：水泵效率取0.7 5时,轴功率为40kW。安全系数取值1.1，电机选型4 5kW满足计图2 轴承抱死损坏算要求。(2)通过摇表测量电机绝缘值大于0.5MQ，满足要求，故判断绕组绝缘无问题。由于电机轴承经常更换，通过图1、图2 的运行现象分析，电机轴承损坏是引起电机温度过高的主要原因。根据公式I=P/(cos U)式中：P一机额定功率；U一电机输人电压(38 0 V;cos 一功率因数(0.8 6)计算,虎牙电站技术供水系统电机额定工况下运行电流约为7 9 A；但使用钳形表测量,实际运行电流均超过8 0 A，即技术供水泵电机长期处于过载状态下运行。据现场测量，技术供水泵电机运行温度较高，电机外壳运行温度超过75，又进一步证实了电机处于过载运行状态。电机长期过载运行，电机运行温度过高，高温环境导致轴承处润滑脂融化、蒸发，致使电机轴承润滑不足，电机运行振动加剧，影响水泵平稳运行 2。严重时导致轴承抱死、轴承滚珠变形掉落,甚至因电机停机不及时可造成电机转子扫膛，绕组烧毁等故障发生。电机轴承润滑不足导致电机运行振动超标，振动过大会进一步加剧轴承的损坏，从而造成恶性循环，电机轴承经常损坏导致电机运行温度过高引起电机绕组绝缘损坏。51择扬程4 6 m,流量选择2 4 0 mh的水泵基本满足运行要求，但根据电机运行电流值，有可能扬程选择稍大，造成实际运行流量值偏大，水泵性能曲线见图3。/m60504030-20N/kW60-50403020100nC%)1008060404010NPSHR/m50200250300350400g(1)/m/h52(3)经检查，电站内厂用电电源满足使用要求，不存在三相不平衡或过压问题。(4)运维人员定期对电机进行清洁、清扫，电机运行环境满足要求。5故障处理措施根据上述故障原因分析，有以下处理方案：(1)增强轴承润滑效果。选用SKF6313-2Z/C3进口轴承，并定期向轴承端盖内补充耐高温轴承专用润滑锂基脂，但补充的润滑脂无法有效进入到轴承遮尘盖内的滚珠内，效果很差。(2)更换厂家,重新采购一套水泵。由于原厂家水泵电机质量可能不满足要求，故讨论重新选择一家优质水泵制造厂家，但不同厂家设备的外形尺寸相差很大，水泵出口中心线位置、法兰间距、基础螺孔中心距均与原尺寸有很大出人。水泵基础座需要全部打掉并重新浇筑，管路重新配装、焊接，另外若更换厂家，水泵电机功率增加，软启动器也需重新选型采购，此改造方案的总费用约为4.3万元（1套水泵的费用），且改造工作量大，既不经济也费时费力。(3)咨询原水泵厂家。将电站技术供水系统及相关运行参数提供水泵原厂家，厂家设计人员分析水泵设计扬程为4 6 m，水泵出口压力0.35MPa,扬程选型偏大,建议选择扬程为4 1m,流量为2 4 0 m/h的水泵，仅需更换水泵叶轮即可实现，1台叶轮36 0 0 元。经公司讨论后决定，更换1台叶轮观察运行效果。表2 更换叶轮参数对照叶轮规格型号流量/m/h扬程/m功率/kW原叶轮ISGD200-400新叶轮ISGD200-400新叶轮安装完成，运行至今，新旧叶轮运行参数对比见表3。表3新旧叶轮运行参数对比振动水泵电机温度/电流/A位移/mm速度/mm/s原叶轮75新叶轮48.8水电站机电技术通过对比，水泵更换新叶轮后电动机运行电流、温度都有明显下降，振动幅值在安全运行允许范围内。根据1号水泵改造经验，故将其他3台水泵均按此方案进行叶轮更换。更换后，运行效果见表4。表4 水泵叶轮更换前后运行参数表振动机组运行流量进水口水泵叶轮位移速度/m/h压力/mm/mm/s1号机组原叶轮0.71号水泵新叶轮0.584.61号机组原叶轮0.85.52号水泵新叶轮0.452号机组原叶轮0.442.41号水泵新叶轮0.251.42号机组原叶轮0.141.12号水泵新叶轮0.342.26结语虎牙电站水泵叶轮更换后，由于水泵额定扬程降低至4 1m，故虽然水泵出口流量及出口压力无明显变化，但根据水泵性能曲线图，水泵工况更靠近曲线左侧，故电机负载降低，运行电流降低，电机温度也降低。水泵叶轮更换后，电机径向振动速度值、运行电流值、温度值均有明显减小；水轮发电机组发电机空冷器及轴承冷却器进出水温度、发电机温度、导轴承瓦温、油槽温度均无明显变化且满足规范及厂家技术要求，技术供水系统满足发电机组长期带额定负荷运行要求。虎牙电站技术供水泵的成功改造为同类型电站转速/min提供了很好的案例，针对具体问题充分讨论，不拘泥240462404180.30.1463.50.34第4 6 卷电机外壳电流更换时间温度/A/MPa/6182.60.1884.275.22023.6.31760.171870.1883.563.82023.5.2621762332260.1870.854.82310.1880.375.02023.4.42200.1763.548.8451450451450流量总管压力/mh/MPa1.12312.222075.1640.1771.353.60.1879.464.92023.5.26于固定思维模式，既解决了问题又节约了改造成本，处理效果良好。参考文献：1翟敏骁.柳坪电站技术供水系统运行优化分析.水电站机电技术,2 0 2 3(4):6 9-7 1.2段兴涛,姜维军.基于物联网的泵站供水系统研究 .水电站机电技术,2 0 2 2(1)：12 6-12 9.0.180.17