薛锋，赵宇豪，周向东
中国长江电力股份有限公司，云南 禄劝 651500
摘要：水轮发电机组上导瓦温度上升可以分为个别瓦温度升高和所有瓦温度普升两种情况。本文通过中间变量分析法，分析某左岸机组上导瓦温度周期性普升的异常现象，寻找该异常现象的根本原因，并提出了解决问题的方法。
关键词：水轮机、上导瓦、温度、中间变量
1引言
某水电站左岸装设6台巨型水轮发电机组，水轮机形式为立轴混流式，发电机形式为立轴半伞式。发电机转子上方布置上导轴承，安装于上机架内，转子下方为下导和推力组合轴承，组合轴承位于同一油槽内，安装于下机架内。
水轮发电机导瓦轴承在机组中起着重要的作用，直接承受着机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行。机组在正常运行中，导瓦温度必须控制在规定范围内，瓦温一但过高，将严重限制机组出力，影响正常运行工况，严重时甚至还会导致烧瓦等严重事故【 1】。
2问题描述
某水电站左岸5、6号机组运行时多次出现上导瓦温度间歇性普升的现象，期间机组有功负荷无变化，下导瓦、推力瓦和水导瓦温度无变化，机组振动摆度数据无异常波动。由于温度升高为间歇性发生，且为所有测点普升，故可以排除轴瓦间隙调整不当、主轴偏心、机组承受不平衡力等造成产热上升的主要因素。机组上导瓦实测间隙均为0.31mm，符合相关规定。本文将重点从热交换环节进行分析。
3原因分析
导瓦温度上升原因较多，若以产热增加为主线进行分析可以大致概括为大轴偏心、电磁不平衡力、水力不平衡力、振动摆度超限、轴领与导瓦间隙过小、瓦面平整度不够等【2】【3】。若以热量交换为主线进行分析可以分为冷却水压力、温度、流量不满足要求，油质劣化，环境因子变化等。值得一提的是该电站机组技术供水主用水源取至本机蜗壳，对应上游库区中层水层，其温度基本恒定。
如前所述，若导瓦温度上升原因为大轴偏心运行、电磁不平衡力、水力不平衡力、振动摆度超限等，三部轴承瓦温均会有不同程度的上升。若导瓦温度上升原因为轴领与导瓦间隙过小、瓦面平整度不够、油质劣化，上导瓦温会呈现为持续性异常升高，而非周期性升高（低于报警值）。所以某水电站左岸5、6号机组上导瓦温度周期性普升的原因可以初步限制在冷却条件和环境因子变化中。
设水轮发电机组上导部位产生热量为Q产，冷却系统吸收的热量为Q冷，系统温度上升所对应的热量为Q温。热辐射散发的热量相对冷却水系统吸收的热量相对较小，为简化分析过程，找出关键因子，可以忽略。
当机组的上导系统处于稳定状态时，上导瓦在经过温升阶段后趋于稳定，此时有：
Q产=Q冷+Q温
当Q产不变时，若冷却条件有变化必将引起Q冷的变化，最终表现为上导瓦温度的变化。
在查阅机组实时在线监测数据时发现在上导冷却系统冷却水流量发生变化时【4】，上导瓦温度并不总是契合冷却水流量的变化规律，甚至在流量增大的时间段出现温度上升，流量下降的时间段出现温度降低的情况。说明上式在上导系统中并不成立，还需在等式左边引入一个变化的热源即环境变化因子Q变。此时有：Q产+Q变=Q冷+Q温
上式可表述为变化的外部热源对上导瓦温变化的影响，该影响可正可负，正负取决于参考点的选择。
某水电站左岸机组发电机上部结构简图如下图所示：
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图1 发电机上部结构图
由图1可知，集电环处是水导冷却系统之外影响最大的热源。期间测得集电环碳刷最高温度可达150℃左右。该处的热源可以分为两部分，碳刷与滑环间的摩擦生热和励磁电流产生的热量。摩擦产生的热量在机组稳定运行状态下基本恒定，可以认为是一个常数，所以最终的影响因子应为励磁电流的热效应。
查阅期间机组励磁电流、集电环室温度、上导瓦温度在线监测实时数据如下（以6号机为例，5号机类似）：
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图2 励磁电流与温度变化
如图2所示，曲线①为励磁电流，曲线②为集电环室温度，曲线③为上导瓦温度。由图示曲线可以看出三者变化规律基本一致，集电环室温度滞后于励磁电流而变化，但波形基本一致（由于热传导效应需要时间累积，对于励磁电流的瞬时变化波形契合程度不高，但趋势一致）；上导瓦温度滞后于集电环室温度变化，波形一致。由此可以判断该电站左岸机组上导瓦温度周期性异常普升的原因为集电环室散热条件不佳致使集电环室温度随励磁电流而变化，进而引起上导瓦温度变化。
4解决方案
通过上述分析可以确定某左岸机组上导瓦温度周期性普升的原因为励磁电流变化，而滑环室及滑环结构的不合理性影响了散热，致使滑环室温度随励磁电流变化，最终反应为上导瓦温度的变化。
针对上述情况有两种解决思路：增大冷却水流量和改善集电环室散热条件。因机组前期设计时已标定了上导冷却系统冷却水额定流量，进行改进成本较高，工期较长，且该方案也只能将温度整体降低，并不能解决上导瓦温度随励磁电流变化的现象。通过改善集电环室散热条件可以减小环境温度的波动幅度，从而改善上导瓦温度随励磁电流大幅波动的情况。根据机组结构，可以通过热风抽排的方式改善其散热条件。排气管可沿上机架布置，延伸至风洞外围。可通过风机将滑环室热空气抽吸到风洞外，此时滑环室形成负压，周围的冷空气在负压作用下通过滤网进入滑环室，从而改善其散热条件。
5结论
本文对机组上导瓦温度周期性普升的异常现象进行深入分析，找到了导致该现象的根本原因为集电环室散热条件不佳，在励磁电流变化时近区环境温度随之变化，最终导致上导瓦温度出现周期性普升的异常现象。这种不同系统相互影响的情况在实际中并不少见，但排查困难，处理也极为不易，所以借此希望本文能够为上导瓦的异常分析、事故处理和水电机组的运行工作提供参考经验。
参考文献：
[1] 周兆瑞. 镜泊湖蓝筹电站1号机上导瓦温度过高的原因分析及处理措施[J] . 黑龙江科技信息. 2008（27）.
[2] 刘健如. 新丰江水电站2号机上导瓦温度过高的分析与处理[J]. 小水电. 2013（01）.
[3] 徐鹰健. 大型轴流泵立式电机上导瓦过热原因分析与对策[J]. 大电机技术. 2014（04）.
[4] 李德银. SMA2000状态监测趋势分析系统在溪洛渡电厂中的应用[J]. 水电与新能源.2016（10）.
作者简介：
薛锋（1990-），男，重庆永川，大学本科，工程师，目前从事水电厂运行维护相关工作。云南省昆明市禄劝县乌东德镇乌东德工程新村洪门营地综合楼530室、651500、13163297655、E-mail：xue_feng1@ctg.com.cn
赵宇豪（1989-），男，云南大理，大学本科，工程师，目前从事水电厂运行维护相关工作。云南省昆明市禄劝县乌东德镇乌东德工程新村洪门营地综合楼105室、651500、15287060780、E-mail：zhao_yuhao@ctg.com.cn
周向东（1994-），男，重庆黔江，大学本科，工程师，目前从事水电厂运行维护相关工作。云南省昆明市禄劝县乌东德镇乌东德工程新村洪门营地综合楼105室、651500、15527930290、E-mail：zhou_xiangdong@ctg.com.cn