300MW強制循環(huán)鍋爐新型爐水循環(huán)泵電機技術(shù)與應用
介紹了新型屏蔽式定子結(jié)構(gòu)的爐水泵電機的結(jié)構(gòu)特點、應用、試驗，與濕定子結(jié)構(gòu)爐水泵的應用進行了對比。對提高爐水泵電機繞組的可靠性和壽命以及電站運行的經(jīng)濟效益有指導意義。
關(guān)鍵詞：爐水泵電動機;繞組線;絕緣;高溫高壓;屏蔽;可靠性
0 前言
自20世紀80年代我國從國外引進爐水循環(huán)泵電機技術(shù)以來，經(jīng)消化吸收后，在200kW的基礎(chǔ)上先后開發(fā)出新的派生系列，有250、350、400、550kW等不同規(guī)格的爐水循環(huán)泵，分別裝備在國內(nèi)約20家電站上。國內(nèi)市場上的爐水泵電機基本由英國泰勒公司、德國KSB公司和中國哈爾濱電機廠有限責任公司提供。近年來，我們對濕定子電機(包括國外廠商提供的產(chǎn)品)的運行壽命和修理經(jīng)驗做了初步統(tǒng)計，從積累的維修記錄和數(shù)據(jù)上看，其中200kW.6000V濕定子爐水泵電機的實際運行壽命相對較低，故障率偏高，維修次數(shù)多，造成的停機檢修與維護工作量較大。為了提高該型電機的使用壽命，通過對引起高電壓濕定子電機的主要故障形式的分析論證，提出了新型替代產(chǎn)品———230kW.6000V屏蔽式定子爐水泵電動機。
1 影響200kW.6000V濕定子爐水泵電機壽命與性能的主要因素
200kW.6000V濕定子爐水泵電機在電站運行的主要故障形式是定子絕緣電阻下降。由于該型電機的定子繞組長期浸在循環(huán)冷卻水介質(zhì)中，因而繞組電磁線以及內(nèi)部接頭都采用耐高電壓、防水型絕緣材料及特殊處理工藝。主要有以下幾種現(xiàn)象影響電機絕緣壽命:
(1)電磁線護套或主絕緣局部破損或滲入水。
(2)電機內(nèi)接頭絕緣滲入水或破損。
(3)繞組過熱造成絕緣層及護套破損。
(4)電磁線局部絕緣的不穩(wěn)定因素。
(5)接頭絕緣處置不當，存在絕緣薄弱環(huán)節(jié)。
(6)電機運行中有異常現(xiàn)象，如水中雜質(zhì)超標、 鍋爐水倒流入電機等。
以上各種因素有一個共性的問題:無論是防水環(huán)節(jié)還是其密封出現(xiàn)問題，都會導致整個電機絕緣電阻下降。一旦電機的絕緣電阻下降到允許值以下，電機必須停機修理。輕則需重新處理內(nèi)部接頭，更換引出線處絕緣、護套等;重則返廠更換新繞組。另外，由于浸在水中的硅鋼片、槽楔、繞組線等壽命有一定的限度，不能得到大幅提高，因而將繞組和鐵心用屏蔽套包罩起來，使之與電機內(nèi)腔冷卻水相隔離，從而定子組件絕緣不受水的影響。
2 屏蔽式定子爐水泵電機的基本原理和結(jié)構(gòu)特點
屏蔽式定子爐水泵電機的定子繞組主要由鐵心和線圈組成。線圈采用普通玻璃絲包線和常規(guī)絕緣結(jié)構(gòu)，線圈制作和下線均屬常規(guī)方法，繞組被上下隔板、支撐筒、屏蔽套封閉成一個單獨的腔室，定子屏蔽套將電機內(nèi)腔高壓冷卻水介質(zhì)與鐵心和繞組隔離開。
電機運行時，只有導軸承、推力軸承、隔熱屏和轉(zhuǎn)子等部件浸泡在水中。定子屏蔽套處所構(gòu)成的承壓邊界能夠承受與泵腔相同的運行壓力(20MPa)，也能夠承受機組水壓試驗考核壓力。屏蔽套采用特殊不銹鋼制成，具有耐腐蝕、高強度、高壽命等特點，能夠保證壓力邊界穩(wěn)定性及壽命;電機引出線結(jié)構(gòu)、推力軸承座、隔熱屏、電機機殼及其兩端的隔板均按壓力邊界設(shè)計，能夠確保電機外殼壓力邊界的安全性和可靠性;電機繞組內(nèi)埋設(shè)了三支鉑電阻溫度計，并通過專門的測溫接線盒與外部二次儀表連接，更能直接準確地監(jiān)測電機繞組的溫度，配合電機隔熱屏內(nèi)腔的一次水溫度的監(jiān)測，基本上能夠監(jiān)測到電機運行溫度的變化和異常;電機機殼外壁有一個水冷系統(tǒng)，該冷卻水是電機繞組散熱的主要途徑，是保證電機長期穩(wěn)定運行時繞組溫度不超出正常范圍的一個必要因素。
3 KSB型爐水泵電機與屏蔽式定子爐水泵電機的主要性能指標
KSB型爐水泵電機與屏蔽式定子爐水泵電機主要性能指標的對比見表1。
表1 兩種爐水泵電機的主要性能指標對比
4 新型爐水泵電機的主要優(yōu)勢
4.1 電機繞組的壽命大幅提高
由于新型爐水泵電機的繞組不與介質(zhì)水直接接觸，始終處于“干態(tài)”，正常情況下，繞組的絕緣系統(tǒng)壽命大于10年，電機壽命的瓶頸點不再是繞組線、接頭及引出線處的絕緣電阻下降問題，繞組的可靠性也大幅提高，影響電機壽命的節(jié)點轉(zhuǎn)移至易損件(導軸承、軸套、推力瓦、推力盤等)的壽命和電機運行使用狀況上，只要能夠?qū)﹄姍C及其附件做到正常保養(yǎng)、維護、運行，不出現(xiàn)如屏蔽套破裂等特殊故障，造成介質(zhì)水進入繞組腔，繞組的壽命就不會提前結(jié)束;另外，泵機組無論是冷態(tài)運行還是熱態(tài)運行，電機始終沒有過載工況，既沒有對電機有力的沖擊，也不會出現(xiàn)對繞組的熱沖擊。這些都有利于提高繞組的運行壽命。
4.2 電機能夠耐一定的熱沖擊
在濕定子爐水泵電機實際運行中，偶爾會發(fā)生短時鍋爐水從泵側(cè)“倒灌”入電機的現(xiàn)象(注:在該電機運行時，不允許鍋爐水倒灌入電機)。雖然隔熱屏的水溫監(jiān)測裝置上會有報警顯示，但大多數(shù)情況下，拆機檢查發(fā)現(xiàn)繞組的上端部絕緣護套及主絕緣有變形、變色現(xiàn)象。這主要是因為高溫鍋爐水直接作用在耐熱等級較低的防水電磁線上，造成絕緣受熱后產(chǎn)生變化。
新型爐水泵電機繞組也被屏蔽套包罩起來，若出現(xiàn)上述情況時，一方面繞組的耐熱等級要高，另一方面鍋爐水不能直接到達繞組線上，外圍結(jié)構(gòu)件會隔離一部分熱量或延長熱響應時間。
當然，運行中應盡量避免這樣的意外情況發(fā)生，若倒灌的時間較長，產(chǎn)生的溫度則較高，畢竟鍋爐水的溫度要遠高于繞組的耐熱等級，嚴重時也會燒毀電機。
4.3 電機的故障診斷更直觀，維護更方便
新型爐水泵電機運行監(jiān)控更直觀，易于故障診斷與判定，基本能夠區(qū)分出電機定子、轉(zhuǎn)子、機械、溫度和軸承磨損等方面的故障現(xiàn)象，可以根據(jù)實際情況采取相應的措施加以解決。只要不是電機屏蔽套和繞組的故障，一般的檢修和故障處理，在電站現(xiàn)場就能實施，而不需要返回原制造廠進行檢修，縮短了維修周期。
4.4 新型爐水泵電機使電站運營效益更佳
電機的高壽命可延長其檢修周期，大幅降低維修工作量，減少停機維修帶來的經(jīng)濟損失爐水泵電機懸掛于幾十米高空，拆卸和安裝的工作量很大。在有備品電機的情況下，拆卸舊機、安裝新機，加上鍋爐啟、停的時間，至少要4天，一臺300MW機組停機4天的損失約為:0.08元.kWh×(300000kW.h×24h.天×4天)=230萬元。這還不包括維修的直接費用。另外，故障電機的檢修費用大幅降低。新型爐水泵電機的主要故障形式是易損件的磨損，主要檢修工作內(nèi)容是更換以及清洗電機內(nèi)腔，這些工作在電站就能夠完成，費用較低;而濕定子電機的主要故障是絕緣系統(tǒng)，其繞組維修與更換必須返回制造廠才能完成，這樣的費用約為40～50萬元左右。雖然新型爐水泵電機的效率略低一些，正常情況下鍋爐有2臺泵同時運行，每年要多消耗25萬kWh的電能(相當于300MW汽輪發(fā)電機停機1h的發(fā)電量)，但相對于濕定子電機的日常維護、檢修、故障電機的修理以及故障頻發(fā)度來講，其運營費用要小得多，因而能大大提高電站的運營效益。
5 結(jié)束語
隨著用戶對半屏蔽電機的深入了解，作為電站工程升級換代的配套產(chǎn)品，將會有越來越多的用戶選擇使用新型爐水泵電機?？梢灶A言，這種新型爐 水泵電機有著廣闊的應用前景和市場潛力。
作者簡介：索文旭(1970-)，男，主任工程師，從事特種電機的開發(fā)設(shè)計工作。
| 公司名稱： | 湘潭電機修理廠(湘潭電機維修中心) |
| 聯(lián) 系 人： | 胡經(jīng)理 |
| 聯(lián)系電話： | 0731-58626841 |
| 手 機： | 13367420761 |
| 公司郵箱： | 2547364023@QQ.COM |
| 公司網(wǎng)址： | http://www.www.haloandellis.com/ |
