50_MVar调相机润滑油系统合理选型与油温校验_贾小平.pdf

3550 MVar 调相机润滑油系统合理选型与油温校验贾小平夏瑜婷席波陈金鹏东方电气自动控制工程有限公司，四川 德阳 618000摘要：针对 50MVar 调相机的技术要求，对主要设备进行初步选型，并对油温进行校验计算，在保证机组安全运行的同时，使设备具有较好的经济性和环境适应性。关键词：调相机；润滑油系统；风冷却器；损耗中图分类号：TK11.4文献标志码：A文章编号：1001-9006（2022）04-0035-03Selection and Oil Temperature Calibration for Lubricating Oil System of 50MVar Synchronous CompensatorJIA Xiaoping,XIA Yuting，XI Bo，CHENG Jingpeng(Dongfang ElectricAutocontrol Engineering Co.,Ltd.,618000,Deyang,Sichuan,China)Abstract：According to the technical requirements of 50 MVar synchronous compensator,the main equipment is selectedand the oil temperature is checked,which ensures the safe operation of the unit and makes the equipment have bettereconomy and environmental adaptability.Key words：synchronous compensator;lubricating oil system;air cooler;loss1收稿日期：2022-01-14作者简介：贾小平（1972），男，本科，水电机组控制系统专业，正高级工程师，现任职于东方电气自动控制工程有限公司。调相机是特高压电网的重要配套设备，被誉为电网的“稳压器”，通过提供或吸收无功功率来实现电网的有功和无功的平衡1-3。针对新能源间歇性、随机性和波动性的特点，采取在电源侧安装小型分布式调相机的方法，有助于直流输电安全稳定运行，将为稳步提高新能源在能源结构中占比，助推电力领域“碳达峰、碳中和”带来示范效应。50MVar 调相机是主要应用于新能源电源侧的分布式调相机，具有集成度高、系统简单、建设周期短、调节性能好等优点。调相机润滑油系统的主要功能是在各种工况下为轴承提供稳定的润滑油，起到润滑、冷却的作用，冷却的具体实现是通过冷却油在轴承座内进行热交换，冷却油将热量带出，热油再在风冷却器内进行热交换，由空气将热量带走，油冷却后循环使用，以保证进入机组轴承的油温处于适宜润滑范围内4。1系统原理与转入条件1.1 系统原理50MVar 调相机润滑油系统配置有一主一备两台交流润滑油泵，并配有一台直流润滑油泵，配置有一主一备两台风冷却器。正常工作时，主用润滑油泵从油箱吸油经冷却，热油变为冷油，然后送入调温阀，将热油与冷油进行高调合，控制输入进调相机轴承的油温，为调相机运行提供稳定流量、适宜温度的润滑油。当两路交流断电或其它意外情况下，直流泵启动，保证机组在惰转过程中的安全。同时系统配置有一主一备两台顶轴油泵，用于开机或停机过程中，顶起调相机转轴，防止低转速时油膜不能正常建立情况下的磨瓦等风险。系统中还设置有防止润滑油泵切换过程压力波动的蓄能器组，除油雾装置、油净化系统等辅助设备。具体的DOI:10.13661/ki.issn1001-9006.2022.04.00636系统图见图 1。图 1 调相机润滑油系统原理图1.2 油温要求调相机转子由励端轴承和非励端轴承两个轴承支撑，转子旋转时，转轴与轴承因摩擦会产生损耗，损耗会转化为热量，需由润滑油将此热量带出并在冷却器中进行冷却。为使轴承和调相机油系统需满足机组在各个工况下的安全运行，需要重点考虑的是两种工况，一种工况是考虑轴承发热量较大、运行时间长的机组额定转速工况，冷却器需将轴承损耗产生的热量全部与现场的空气环境进行热交换，维持轴承瓦温在工作范围内；另一种工况的断电惰转停机工况，在此极端情况下，主备用交流电均断电，热量无法通过冷却器正常交换，虽然机组保护动作控制机组停机，但由于停机的时间长，累积的轴承损耗大，由此产生的热量将使油温不断升高，为保证机组安全，要求最高油温需控制在安全范围内。这两种工况对油温有不同的要求，具体要求值见表 1。表 1油温要求项目数值风冷却器出口最高油温 T150正常工作时油温 70断电惰转停机过程中的最高油温 801.3 惰转损耗曲线调相机转子的惯性较大，而阻尼较小，所以机组的惰转停机过程的时间较长，特别是在低转速区，由于风阻此时基本接近于零，惰转停机降速缓慢，停机时间大大增加。正常的惰转停机和断电惰转停机的过程基本相同，只是冷却器的工作状态不同。轴承损耗的大小与转速相关，由调相机主机厂提供，作为调相机润滑油系统设计的输入条件之一。调相机单个轴承的惰转损耗曲线见图 2。图 2 轴承惰转停机损耗曲线从惰转曲线图中，可以得知，调相机额定转速运行时的轴承损耗 P0=52.2 kW（两个轴承的损耗之和）。1.4 初步选型针对调相机正常运行的条件与技术要求，并考虑在两路交流断电的情况下，有足够容量的油液能保证机组的安全惰转停机过程，同时，由于调相机现场安装条件有限，考虑到经济性、安全性及环境适应要求，油箱的容量需尽量小。为此，对主要的部件进行初步选型，然后根据输入条件对选型参数进行计算校验，最终要求计算结果需满足正常运行和断电惰转停机。具体初步选型参数见表 2。表 2初步选型参数项目代号数值润滑油泵额定输油量(m3/h)Q7.5润滑油系统中油的容量(m3)V02.31最高环境空气温度()T040润滑油箱容积(m3)V3工作温度时润滑油密度(kg/m3)878润滑油比热容(kJ/kg)Cp1.962油温计算2.1 正常运行时油温机组运行时，轴与轴瓦间的摩擦会产生大量的热量，需要润滑油将热量带出，而大量的热量进入油箱，必须经风冷却器冷却后再次进入轴承，形成循环的润滑和冷却，保证机组的稳定运行。由于油箱内油温接近从轴承回流出的热油温度，高于环境温度，因此油箱也会散出一部分热量。轴承产生37的热量与风冷却器、油箱散热相等时，即达到一个稳定运行状态，油温也达到一稳定值，公式表示为5：P0=P1+P2（1）式中：P1风冷却器的散热功率，kW；P2油箱的散热功率，kW。2.1.1 风冷却器散热风冷却器虽有备用，但正常工作时，是以一台风冷却器为工作状态。风冷却器主要由电机、风叶、散热芯体、壳体及支架等组成；通过油/风热交换将调相机润滑油中的热量散发到空气中，降低调相机润滑油的温度，同时经电动调温阀将进入调相机润滑油的温度保持在一定范围内。在这里计算时，不考虑调温阀的作用，同时考虑环境温度为最高时的工作状态，即 T0=40。这里只是计算油温，对于风冷却器的空气侧的热交换面积不做计算。润滑油的热交换计算公式：P1=QCP（T2T2）（2）式中：T2风冷却器进油口的温度,也是油箱内润滑油的温度，；2.2.2 油箱散热根据油箱散热的温升计算公式：T2-T0=P2(kA)（3）式中：k油箱散热系数，k=14。A润滑油箱散热面积，A=13.52 m3。2.2.3 计算结果计算结果见表 3。表 3正常运行时的油温计算结果风冷却器的散热功率/P1油箱的散热功率/P2风冷却器进口油温/T247.78 kW4.42 kW63.33 调相机正常运行时，忽略管道的摩擦、散热等影响，正常工作的油温就是油箱内的油温，也是风冷却器进口的油温，T2=63.33 H1,若是因为交流断电停机的极端工况，主备用风冷却器均不能启动的情况下，多余的热量无法散去，将使系统中的油温升高至 T3，用比热容计算热能的公式为：Ht-H1=V0 CP(T3-T2)（5）计算结果见表 4。表 4交流断电的极端停机惰转过程中的油温转速（rpm）1 000900900 800800 700700 600600 500500 400400 300300 200200 100100 0时间（min）2.14.67.611.215.621.329.040.058.1103.4油温（）64.465.566.667.668.569.369.970.169.867.8由表 4 可看出，在交流断电的极端停机惰转过程中，油温是先 升后降，油 液最高温度 T3=70.1 80，能保证调相机惰转过程的安全。3结语分布式调相机润滑油系统的设计引入模块化和集成化设计理念，在考虑经济性与现场的安装条件下，对调相机的主要设备进行初步选型，考虑正常运行和两路交流断电的极端惰转停机两种工况在环境温度最高的情况下进行油温校验计算，即可以保证调相机的安全运行，又能使系统具有较高的经济性和环境适应性。参考文献：1 潘宏娟.新型大容量同步调相机N.亮报,2018-7-312 崔一铂,胡鹏,凌在汛等.新型大容量同步调相机技术特点分析J.大电机技术,2019(2):36-38+623 于磊,陈元,盖东飞.300MVar空冷调相机热机专业设计要点J.能源研究与利用,2020(5):47-494 黄国微,薛长奎,李勇.50 MVar分布式调相机润滑油系统的设计研究J.东方电气评论,2021,35(1):13-165 贾小平.300 MVar调相机润滑油系统温度计算J.东方电气评论,2018,32(3):70-72