黃敬國

（高砂水電有限公司，福建 沙縣 365500）

高砂水電廠4臺(tái)機(jī)組自投運(yùn)以來，在氣溫較高的季節(jié)里，發(fā)電機(jī)的定子溫度很高，經(jīng)常需要限負(fù)荷運(yùn)行。經(jīng)過分析，認(rèn)為造成定子溫度較高的一個(gè)主要原因是機(jī)組通風(fēng)冷卻系統(tǒng)效率較低。高砂水電廠通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)：由4臺(tái)Y t E51-2軸流風(fēng)機(jī)軸向引風(fēng)，8臺(tái)片式冷卻器進(jìn)行冷卻，工作后的熱風(fēng)先經(jīng)過冷卻器冷卻，再由軸流風(fēng)機(jī)加壓后輸入發(fā)電機(jī)內(nèi)工作。冷卻器的冷卻水由冷卻套經(jīng)離心式水泵輸入，形成二次密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原理見圖1。

1 造成機(jī)組通風(fēng)冷卻系統(tǒng)效率較低的原因

(1) 風(fēng)機(jī)容量選擇不能滿足要求。設(shè)備制造廠配用4臺(tái)Y Bt E51-2型軸流風(fēng)機(jī)。

(2) 機(jī)組循環(huán)冷卻水泵存在軸封易磨損吸氣，造成機(jī)組冷卻套長期積氣，冷卻效果不佳。設(shè)備制造廠配用2臺(tái)ISG150-125-135 A型離心式水泵。

(3) 冷卻套制造工藝存在問題。對于采用二次密閉循環(huán)水冷卻方式來說，冷卻套制造工藝是關(guān)鍵，如果冷卻套夾層內(nèi)的銅散熱片焊接不良，就會(huì)使冷卻套的冷卻功能下降，無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(4) 空氣冷卻器的水路分布不合理，散熱片材料不符合要求。經(jīng)過實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入8個(gè)冷卻器的冷卻水量不一致，可能造成冷卻效果不理想。

2 通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的改造情況

根據(jù)分析，決定在1號(hào)機(jī)逐步實(shí)施通風(fēng)冷卻系統(tǒng)改造工程，具體改造情況如下。

2.1 更換循環(huán)冷卻水泵

1號(hào)機(jī)組循環(huán)冷卻水泵原為ISG150-125-135 A型立式離心水泵，存在軸封易磨損吸氣，造成機(jī)組冷卻套長期積氣，冷卻效果差，機(jī)組溫度偏高，只能限負(fù)荷運(yùn)行。1999年10月，將其更換為ISG125-160-125型立式管道離心水泵(流量：160m3/h，揚(yáng)程：32m，功率22KW，轉(zhuǎn)速2900r/min)，該泵采用機(jī)械密封，徹底消除了上述缺陷，一定程度上提高了機(jī)組冷卻效果，定子溫度情況對比見表1。

表1 1號(hào)機(jī)組冷卻水泵改造前后定子溫度情況對比

2.2 更換軸流風(fēng)機(jī)

冷卻風(fēng)機(jī)原為軸流式風(fēng)機(jī)(型號(hào)：Y BT E51，功率5.5KW，轉(zhuǎn)速2900r/min，全風(fēng)壓176.8～245.2 Pa，風(fēng)量8700m3/h)。2001-04-18更換為浙江上風(fēng)實(shí)業(yè)有限公司制造的SWF-III型高效低噪音混流式風(fēng)機(jī)(風(fēng)量12000m3/h，全風(fēng)壓850Pa，轉(zhuǎn)速2900r/min，功率7.5KW)。更換空氣冷卻器后定子溫度情況見表2。

表2 1號(hào)機(jī)組冷卻風(fēng)機(jī)改造后定子溫度情況

2.3 更換冷卻器

2002年12月，利用1號(hào)機(jī)組大修機(jī)會(huì)將原重慶水輪機(jī)廠制造的片式空冷器更換為上海朗森熱工設(shè)備有限公司研制的KLQ59-00型空氣冷卻器(散熱容量：44KW，循環(huán)水量：17.5m3/h，循環(huán)水進(jìn)口溫度：≤36℃，循環(huán)風(fēng)量：1.67m3/s，循環(huán)出風(fēng)溫度(冷風(fēng)）：≤42℃)。更換空氣冷卻器后定子溫度情況見表3。

表3 1號(hào)機(jī)組空氣冷卻器改造后定子溫度情況

2.4 增設(shè)水冷器

2002年12月，利用1號(hào)機(jī)組大修機(jī)會(huì)在壓力門蓋上增設(shè)1臺(tái)SL82-00型水冷器(換熱面積：82m2，工作壓力：0.4MPa，循環(huán)水量：140m3/h,循環(huán)水進(jìn)口溫度：41℃,循環(huán)水出口溫度：36℃,河水流量：180m3/h,河水進(jìn)口溫度：28℃)和1臺(tái)KQL125/125-15/2型水泵(流量：192m3/h，揚(yáng)程：17 m，必須汽蝕余量：4m，配用電機(jī)：Y 2-160 M2-2，功率15KW，轉(zhuǎn)速2930r/min)對強(qiáng)迫密封循環(huán)水進(jìn)行二次冷卻，改善冷卻套的冷卻效果。1號(hào)機(jī)冷卻水系統(tǒng)改造后原理圖見圖2。增設(shè)的水冷器投入后定子溫度情況見表4。

表4 1號(hào)機(jī)組新增水冷器投入運(yùn)行后定子溫度情況

2.5 定子鐵芯改造

原定子鐵芯采用貼壁結(jié)構(gòu)，鐵芯無徑向風(fēng)溝，在定子沖片的齒部和軛部也未沖通風(fēng)孔，造成定子通風(fēng)散熱條件差。2007年5月，由武漢海特發(fā)電設(shè)備有限責(zé)任公司針對發(fā)電機(jī)溫升高等問題，將定子內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)和通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、制造。

改造后的定子鐵芯仍為貼壁結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算確定運(yùn)行時(shí)鐵芯的熱膨脹量后，在鐵芯和機(jī)座內(nèi)壁預(yù)留間隙，間隙值小于0.5mm。機(jī)座加工后在內(nèi)壁鐵芯段噴厚度為0.25±0.05mm的金屬鋁。以上2項(xiàng)措施保證了鐵芯受熱膨脹后剛好完全接觸到機(jī)座，使一部分熱量通過機(jī)座壁傳走，同時(shí)又不會(huì)因鐵芯熱膨脹產(chǎn)生鐵芯曲翹變形造成鐵芯松動(dòng)。

因燈泡貫流式機(jī)組是臥式機(jī)組，采用軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng),冷卻風(fēng)為軸向循環(huán)風(fēng)，所以在定子沖片齒部開6mm寬的通風(fēng)槽，疊片后形成軸向通風(fēng)溝。通風(fēng)計(jì)算結(jié)果表明：發(fā)電機(jī)共產(chǎn)生323KW左右的熱量，其中80KW的熱量由機(jī)座壁帶走，其余熱量由空氣冷卻器帶走。要帶走此熱量需要8.5m3/h的風(fēng)量，風(fēng)量分布為：磁極間5.4m3/h，定轉(zhuǎn)子氣隙間1.4 m3/h，齒部通風(fēng)溝1.65m3/h。改造后的定子沖片齒部開有6mm寬的通風(fēng)槽，疊片后形成軸向通風(fēng)溝。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流可將定子線棒和鐵芯產(chǎn)生的熱量有效地沿此軸向通風(fēng)溝帶走并與空氣冷卻器進(jìn)行熱交換，大大提高了發(fā)電機(jī)內(nèi)部的通風(fēng)冷卻效率。

將定子線棒主絕緣單邊厚度2.4mm改為1.8 mm。改造中采用了相當(dāng)于H級絕緣的桐馬環(huán)氧粉云母帶，線棒絕緣單邊厚度只有1.8mm，其耐壓強(qiáng)度達(dá)到國際優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。絕緣厚度完全能夠滿足6.3kV電壓試驗(yàn)、運(yùn)行的各項(xiàng)要求。而絕緣厚度的減小大大提高了線棒的熱交換效率。1號(hào)機(jī)組定子鐵芯改造前后定子情況見表5。

表5 1號(hào)機(jī)組定子鐵芯改造前后定子溫度情況對比

3 結(jié)束語

通過改進(jìn)機(jī)組冷卻系統(tǒng)， 發(fā)電機(jī)組冷卻效果有明顯改善，對于防止定子絕緣的老化，確保機(jī)組的正常運(yùn)行以及公司的安全生產(chǎn)將起到積極的作用。與改造前相比，機(jī)組在運(yùn)行工況和出力相同的情況下，其定子溫度有明顯降低，同等條件下機(jī)組可以多帶負(fù)荷，較大程度提高了公司的經(jīng)濟(jì)效益。