張治忠，田若朝，靳 帥

(國電大渡河枕頭壩發(fā)電有限公司，四川 樂山 614700)

枕頭壩一級水電站為大渡河干流水電梯級規(guī)劃的第19個梯級，位于四川省樂山市金口河區(qū)，電站采用堤壩式開發(fā)，徑流式電站，Ⅱ等大(2)型工程，安裝4臺單機容量為180 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機發(fā)電機組，總裝機容量720 MW，開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，兼顧下游用水，2015年12月4臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電。

枕頭壩一級水電站水輪發(fā)電機為三相凸極同步發(fā)電機，采用立軸半傘式、密閉自循環(huán)、自通風(fēng)、空氣冷卻的形式。發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、上機架、上導(dǎo)軸承、下機架、推力軸承、下導(dǎo)軸承、空氣冷卻系統(tǒng)、制動和頂起系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)等零部件組成。

自發(fā)電機投入運行以來，雖然設(shè)計安裝了滑環(huán)碳粉吸收裝置，但發(fā)電機滑環(huán)碳粉仍然較多，導(dǎo)致整個滑環(huán)室內(nèi)大量碳粉沉積附著，嚴重影響設(shè)備運行環(huán)境，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣降低，甚至導(dǎo)致機組非計劃停運的事故發(fā)生，大大降低了設(shè)備運行安全可靠性，并需要投入大量人力、物力進行清理，機組需要大量時間退出電網(wǎng)備用，嚴重影響發(fā)電安全和發(fā)電效益。

1 原有碳粉吸收裝置結(jié)構(gòu)和功能分析

滑環(huán)置于發(fā)電機上端軸的上端，材質(zhì)為Q235-A鋼，具有良好的導(dǎo)電性和散熱性，碳刷與滑環(huán)均安裝在密封的風(fēng)罩內(nèi)，且與發(fā)電機風(fēng)洞分開，以保證碳刷粉塵不污染定、轉(zhuǎn)子，風(fēng)罩外安裝一套滑環(huán)碳刷粉塵吸收裝置，通過風(fēng)管將碳粉吸入裝置，以保持風(fēng)罩清潔。

但在實際運行過程中，原有碳粉吸收裝置并未起到良好的吸塵效果，導(dǎo)致風(fēng)罩內(nèi)及滑環(huán)上積聚碳粉較多，嚴重影響了發(fā)電設(shè)備的運行安全。通過對原有碳粉吸收裝置功能效果不理想的原因進行分析，認為該裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在以下不足：①碳刷滑環(huán)安裝在發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)，風(fēng)罩整體體積非常大，較只需要進行除塵的碳刷滑環(huán)部分體積大出多倍，意味著需要大功率風(fēng)機進行吸塵工作。②原有碳粉吸收裝置風(fēng)機功率不足，風(fēng)機吸風(fēng)口數(shù)量不足，管徑偏小，針對體積較大、相對密閉的風(fēng)罩而言，僅設(shè)置了1臺2.2 kW的風(fēng)機，1個DN50的吸風(fēng)口，不足以實現(xiàn)風(fēng)罩內(nèi)空氣的流動。上述兩條不足之處是導(dǎo)致該裝置功能性差，進而影響發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵原因。

2 碳粉吸收裝置優(yōu)化實施方案

針對原有碳粉吸收裝置存在的不足，提出一種優(yōu)化改進方案并實施。改進后的碳粉吸收裝置具體結(jié)構(gòu)如下。

改進后的碳粉吸收裝置主要由玻璃鋼罩、主機、控制箱、風(fēng)管四部分組成，玻璃鋼罩環(huán)滑環(huán)整圈布置，在玻璃鋼罩底部均勻布置6個吸風(fēng)口，3臺吸塵裝置主機安裝于滑環(huán)室外側(cè)，通過3根DN200吸塵阻燃軟管連接；6個DN150吸風(fēng)口通過變徑三通分別與3根吸塵主管連接(見圖1)。

圖1 碳粉吸收裝置現(xiàn)場布置示意圖

1)玻璃鋼罩將水輪發(fā)電機組碳刷滑環(huán)包圍在其中，支撐于機組上導(dǎo)油槽蓋板上，玻璃鋼罩由6瓣拼裝構(gòu)成，每瓣下部設(shè)有吸風(fēng)管，通過連接軟管與吸塵裝置主機相連。玻璃鋼罩外圓側(cè)立面設(shè)有透明觀察窗，觀察窗采用壓扣鎖定鏈接方式，以便于碳刷更換及巡視檢查時取下(見圖2)。

圖2 玻璃鋼罩結(jié)構(gòu)示意圖

2)吸塵裝置主機為3臺，每臺風(fēng)機功率為2.2 kW，最大風(fēng)量2 100 m3/h，全壓為2 kPa，風(fēng)機室為全封閉結(jié)構(gòu)，風(fēng)機外殼設(shè)吸聲體，高效后彎葉片，直鏈離心風(fēng)機，濾桶可拆卸。濾筒表面的粉塵隨除塵時間增加，灰塵堆積變厚，除塵效率降低，濾筒的阻力增加，當濾筒內(nèi)外壓差達到設(shè)定值0～1 kPa之間時，壓差開關(guān)報警，進行濾筒清理。

碳刷粉塵由安裝在箱體上部的風(fēng)機從箱體下部進入風(fēng)管抽入箱內(nèi)，經(jīng)濾筒過濾，粉塵被阻留在濾筒的表面，凈化后的氣體吸入風(fēng)機內(nèi)，由箱體上部的出風(fēng)口排出(見圖3)。

圖3 吸塵裝置主機結(jié)構(gòu)示意圖

3)電控箱實現(xiàn)了就地和遠方控制兩種工作方式。①就地或遠方啟動。碳粉除塵裝置在就地狀態(tài)，按下啟動按鈕或在遠方狀態(tài)下接收到啟動信號后，除塵裝置開始工作。②就地或遠方停機。碳粉除塵裝置在就地狀態(tài),按下停機按鈕后停機。在遠方狀態(tài)下接收到停機信號后,碳粉除塵裝置延時工作5 min(6 min之內(nèi)，可調(diào))后停機。③當阻力大信號告警時，需進行濾筒清理之后，按下復(fù)位按鈕清除告警信號。④時間繼電器整定時間為5 min。⑤除塵系統(tǒng)具有電機過載、缺相等故障情況下自動報警功能，并送遠傳故障信號。

4)風(fēng)管采用阻燃鋼絲加強透明PU軟管，支管口徑采用6根DN150軟管，主管口徑采用3根DN200軟管。

3 實施效果評價

通過優(yōu)化改進的碳粉吸收裝置具有適用范圍廣、體積小、處理風(fēng)量大，結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，使用方便可靠等優(yōu)點，實現(xiàn)了完全自動控制功能，具有塵滿壓差、風(fēng)機故障和電機過載等報警功能，通過聯(lián)機控制可長時間自動運轉(zhuǎn)，不需人工干預(yù)，與機組運行同步使用，實現(xiàn)了全封閉和大功率吸塵功能，凈化率達到99%，有效地解決碳粉附著、絕緣下降等問題，改善了設(shè)備運行環(huán)境，提高了設(shè)備運行可靠性，取得了良好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 語

1)為電氣設(shè)備高粉塵環(huán)境問題提出了解決方案。該裝置的優(yōu)化和實施顯著改善了枕頭壩一級水電站水輪發(fā)電機滑環(huán)的運行環(huán)境，提高了設(shè)備可靠性水平，大大降低了機組退出備用時間，每年4臺機組減少退出備用時間約256 h，增加發(fā)電量4 000多萬kW·h，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。為解決電氣設(shè)備高粉塵環(huán)境問題提出了解決方案，為解決類似高粉塵環(huán)境問題提出了解決思路。

2)為旋轉(zhuǎn)帶電設(shè)備上的絕緣安裝工藝提出了解決方法。該裝置安裝于狹小的封閉空間，且設(shè)備處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，對于滿足絕緣的同時需要滿足設(shè)備安裝的密閉性提出了很高的要求，該裝置的安裝設(shè)計充分考慮的相關(guān)難點，提出了切實可行的解決方法，對類似施工工藝有極大的借鑒意義。