峡南泵站高压电机冷却系统所存问题分析与改进措施

1工程简介

福清市水系联排联调中心闽江调水管理站峡南泵站是利用闽江南港乌龙江水源,设泵站抽水,通过隧道、压力管道等水工建筑输水至福清各个工业区以及龙高、江阴地区的县级大型水利工程。取水泵站位于闽江南港乌龙江南岸,坐落在峡南乌龙江大桥下游峡樟公路边,由取水建筑、进水闸、进水渐变段、进水前池、主厂房和副厂房等组成。泵站出水口为压力钢管,由6个支管和主管组成,主管内径2.6m。根据福清需水量要求,一期安装一台单机1800kw的立式离心水泵和两台单机容量为800kw的卧式离心泵组,设计抽水流量4.85m3/s。随着经济发展以及承担平潭综合试验区供水和龙江生态补水等任务后,用水量增长明显,泵站现有抽水能力已不满足实际用水需求。2017年,对两台800kw卧式离心泵组进行改造,对一台1800kw立式离心泵组进行更新,并加装3台1800kw立式离心泵组,以提升供水能力,设计总抽水流量达到10m3/s。

2高压电机冷却方法分类及冷却系统分析

众所周知,电机运行过程其实就是电能和机械能相互转换的过程,在这个过程中不可避免地将产生损耗。这些损耗绝大部分会转化为热量,从而导致电动机绕组、铁芯及其他部件的工作温度升高。由于电动机使用的绝缘材料对温度有限制,故电机冷却任务是散发电机内部损耗产生的热量,使电机各部位温升维持在标准规定范围内,并力求内部温度均匀化。电机通常采用气体或液体作为冷却介质,常见的有空气和水,对应称之为空冷或水冷。空冷常见的有全封闭空气冷却和开启式空气冷却:水冷常见的有水套式冷却和热交换器冷却。电机冷却器是电机的主要换热部件,是维持电机运行的重要部分,直接影响电动机的温升、出力和使用寿命。

2.1冷却方法分类

2.1.1自然冷却（表面冷却）

自然冷却的电机不需要特殊方法冷却电机各部分,仅靠转子自身转动带动空气。此类电机运行时表面温度较高,可能对周边设备和物料产生影响。

2.1.2自扇冷却（自冷）

自通风电机发热部分由内装风扇或由电机转动部分上附加的特种装置进行冷却,是通过电机自身旋转移动空气从而实现冷却,空气移动速度与电机速度有关。

2.1.3强迫风扇冷却（强冷或独立风扇冷却）

强迫风扇冷却电机含有独立的驱动风机,保证风量恒定且与电机转速无关,是通过风扇吹电机表面散热筋实现散热。

2.1.4介质冷却（水、氢气、油）

常见的介质冷却为水冷却。电机中大量损耗产生的热量经过电机表面扩散到周围空气中。当电机在某一情况下工作时,为防止电机各部位过高的温升,有时在电机最热部分备有特别的通道或装有水的管子,电机内部循环空气将内部热量带至被水冷却的表面。

高压电机的冷却方式有很多,常见的就是以上几种,采用何种冷却方式,关系到电机参数选择、结构设计、重量和造价、安全稳定运行等方面。因此,应根据高压电机运行环境进行选择,包括电机的长、高,安装地方能否满足需求,并且要确定哪种冷却方式能够满足要求。

2.2冷却系统分析

2.2.1全空冷却（空空冷）

全空冷却是指定子铁芯绕组、转子铁芯绕组都通过空气冷却。空气通过风机作用,产生的冷却风量经过定子、转子中的风沟形成空冷循环系统,并通过布置在定子机座外侧周围的空气冷却器进行热交换,达到冷却目的。该系列电动机具有造价低、辅助设备少、运行费用低、维护方便的特点。

2.2.2半水内冷方式（空水冷）

半水内冷方式是指定子铁芯绕组采用水冷、转子铁芯绕组采用空气冷却的方式。液体相比于气体比热容更大,导热系数高。随着技术发展,电机采用水冷代替部分气冷已相当普遍,尤其在大型高压电动机及部分小型特种电机中使用更为广泛,以获得良好的冷却效果。

目前,绝大多数异步电机都采用以空气为冷却介质的冷却系统,对于大功率、小体积或高速电机采用循环液冷却。我站两台800kw电机就是采用空气冷却,而4台1800kw电机为水冷却方式。

3目前我站电机冷却系统存在的主要问题

3.1空气冷却系统

空气冷却式电机只要进出风口不被堵塞,基本上不会出现冷却系统故障。因此,平时注意经常对电机侧面进出风口滤网灰尘进行清理。

3.2水冷却系统

鉴于我站工艺要求和生产需要,电机开动频繁、机械冲击大、震动大,且采用直流冷却水系统,即冷却水只经换热器一次利用后就排掉,致使这种水冷式电机冷却系统故障及由此引发的其他故障时有发生,主要表现为以下两方面:

（1）电机外部冷却管路损坏,冷却介质流失导致冷却压力减小,冷却能力下降,引起电机温度上升。

（2）由于是直流水冷却系统,如图1所示,冷却水管道直接从水泵出水口接出,冷却水杂质较多,含有较多的杂草、塑料袋、塑料绳等物质,容易卡住压差式自清洗过滤器,导致自动排污阀失效,冷却管道堵塞腐蚀,导致电机过热,影响设备的安全运行。

4电机冷却系统改进措施

空气冷却式电机只要定期对电机侧面进出风口滤网进行清理,就基本上不会出现冷却故障,因此改进措施主要针对水冷却系统。

4.1对于外部冷却管路损坏问题,应加强日常维护管理

(1）事前预防,对比技术协议或工艺操作规程,对电机冷却管路进行加固处理,减小电机震动对冷却管路的影响。

(2）加强巡查,及时排查冷却管路是否腐蚀损坏,发现问题及时更换管道。

(3）加强现场操作人员的技能培训,使其在操作、安装、拆卸设备时,严格按照规程、标准进行处理,增强责任心,减少人为因素导致电机故障的发生。

4.2对于冷却管道堵塞问题

(1）将直流水冷却系统改为循环水冷却系统,如图2所示。在循环水系统中,冷却水采用经净化处理的自来水,经换热器后温度升高,由冷却塔或其他冷却设备将水温降下来,再由泵将水送到冷却水管道循环使用。

(2）虽然循环冷却系统消除了冷却水中塑料膜等垃圾,但是自来水仍然对管道有一定腐蚀作用,且长期使用还会产生污泥,因此还应定期对循环冷却管路进行清理,以消除隐患。

5结语

虽然电机冷却系统不稳定会对电机的安全运行造成一定影响,但只要设备维护人员能够及时维护,对水冷器、空冷器内部及时进行清理,就完全能够满足电机冷却系统的运行需要。