丁 韜， 成 科， 鐘 建

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

冷卻介質(zhì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)效率值測(cè)算的影響

丁 韜， 成 科， 鐘 建

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

在水輪發(fā)電機(jī)效率測(cè)算過(guò)程中，采用不同冷卻介質(zhì)測(cè)算得到的結(jié)果有所不同，在測(cè)算過(guò)程中產(chǎn)生誤差的情況亦不同。應(yīng)盡量?jī)?yōu)化測(cè)量方法，選取最適合的冷卻介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，以減小誤差對(duì)發(fā)電機(jī)效率值測(cè)算時(shí)的影響，

水輪機(jī)組；發(fā)電機(jī)；冷卻介質(zhì)；效率；測(cè)算；影響

1 概 述

水輪機(jī)組發(fā)電機(jī)效率值的測(cè)算可為電站提供有效、可靠的機(jī)組基礎(chǔ)資料，為機(jī)組長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供較為可靠的科學(xué)依據(jù)。在測(cè)算發(fā)電機(jī)效率時(shí)，冷卻介質(zhì)的選取非常重要，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合適的冷卻介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量可以減小測(cè)量過(guò)程中的誤差，使發(fā)電機(jī)效率的測(cè)算更加準(zhǔn)確、有效。

在額定負(fù)荷下測(cè)量或計(jì)算發(fā)電機(jī)通風(fēng)摩擦損耗、定子鐵芯損耗、定子銅損、勵(lì)磁損耗、發(fā)電機(jī)機(jī)殼表面散熱損耗、發(fā)電機(jī)軸承摩擦損耗、電刷摩擦損耗和壓降電損耗等，可以得出發(fā)電機(jī)總損耗之和后再計(jì)算其效率。筆者在從事多年現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在水輪發(fā)電機(jī)的各部分損耗中，通風(fēng)摩擦損耗值所占比重較大，在某些情況下，通風(fēng)摩擦損耗可能達(dá)到總損耗值的一半。而測(cè)量通風(fēng)摩擦損耗是以冷卻介質(zhì)的溫升、流量進(jìn)行計(jì)算的，因此，冷卻介質(zhì)的選取對(duì)效率的計(jì)算具有非常大的影響。

2 冷卻介質(zhì)的測(cè)量方法

水輪發(fā)電機(jī)常用的冷卻系統(tǒng)有空冷或水冷，或者兩種冷卻方式的任意組合，其冷卻介質(zhì)是空氣或水。在通過(guò)冷卻介質(zhì)測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)摩擦損耗時(shí)，需要測(cè)量冷卻介質(zhì)的流量、溫度、密度和比熱。

2.1 用水作為冷卻介質(zhì)的測(cè)量方法

在測(cè)量水的溫升時(shí)，可以可以使用鉑電阻檢溫計(jì)、銅電阻檢溫計(jì)或熱電偶，將其直接放在水里或放在充滿油的溫度套管中進(jìn)行測(cè)量。

在測(cè)量水的流量時(shí)，使用以下幾種方式：(1)刻度水箱測(cè)量；(2)電磁式或翼輪式流量計(jì)測(cè)量；(3)超聲波流量計(jì)測(cè)量等。

在測(cè)量水的密度和比熱時(shí)，采用純水特性與溫度的關(guān)系曲線確定。

2.2 用空氣作為冷卻介質(zhì)的測(cè)量方法

在測(cè)量空氣的溫升時(shí)，可用電阻溫度計(jì)、熱電偶、熱敏電阻或水銀溫度計(jì)等測(cè)溫設(shè)備對(duì)空冷器進(jìn)行測(cè)量。

在測(cè)量空氣的流量時(shí)，可以使用葉片風(fēng)速計(jì)、電熱風(fēng)速計(jì)、畢托管、吸入孔等方式對(duì)空冷器進(jìn)行測(cè)量。

在測(cè)量空氣密度時(shí)，采用濕度與溫度不同時(shí)的空氣密度曲線計(jì)算確定。

在測(cè)量空氣的比熱時(shí)，采用不同溫度、濕度下空氣的比熱曲線進(jìn)行確定。

3 測(cè)量不同冷卻介質(zhì)對(duì)發(fā)電機(jī)效率值的影響

每一個(gè)物理量都是客觀存在的，在一定的條件下具有不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀大小，人們將它稱為該物理量的真值。測(cè)量要依據(jù)一定的理論或方法，使用一定的儀器，在一定的環(huán)境中，由具體的人進(jìn)行。由于現(xiàn)有的試驗(yàn)理論存在近似性，方法難以完善，試驗(yàn)儀器靈敏度和分辨能力具有局限性，周?chē)h(huán)境不穩(wěn)定等因素的影響，待測(cè)量的真值是不可能準(zhǔn)確測(cè)得的。測(cè)量結(jié)果和被測(cè)量真值之間總會(huì)存在或多或少的偏差，這種偏差被稱為測(cè)量值的誤差。試驗(yàn)中，我們通過(guò)選用精密的測(cè)量?jī)x器、改善試驗(yàn)原理和方法、多次測(cè)量平均值等方法以減小誤差，但仍然不能完全消除誤差。

在測(cè)量冷卻介質(zhì)過(guò)程中，由于受現(xiàn)場(chǎng)條件、機(jī)組性能、測(cè)量設(shè)備等相關(guān)條件的制約，在測(cè)量冷卻介質(zhì)的流量、溫度、密度和比熱過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)一些誤差，最終導(dǎo)致所得數(shù)據(jù)有所偏差，雖然該誤差在規(guī)程規(guī)范的允許誤差之內(nèi)，但其對(duì)機(jī)組效率值的最終計(jì)算仍產(chǎn)生影響。

表1為A、B水電站某機(jī)組效率試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)過(guò)程中，同時(shí)采用了測(cè)量?jī)煞N冷卻介質(zhì)的方式進(jìn)行測(cè)算。從表1中可以看出：在對(duì)水輪機(jī)組發(fā)電機(jī)進(jìn)行效率試驗(yàn)時(shí)，選取不同的冷卻介質(zhì)最終得出的效率值是略有不同的。雖然可以采用通過(guò)多次測(cè)量求平均值的方式減小隨機(jī)誤差，但依舊可以發(fā)現(xiàn)個(gè)別冷卻介質(zhì)的單次計(jì)算結(jié)果偏差較大且欠缺穩(wěn)定性，如A電站X號(hào)水輪機(jī)組使用水作為冷卻介質(zhì)得出的三次數(shù)據(jù)的單個(gè)誤差明顯大于使用風(fēng)作為冷卻介質(zhì)得出的三次數(shù)據(jù)。B電站Y號(hào)機(jī)組則相反，使用風(fēng)作為冷卻介質(zhì)得出的三次數(shù)據(jù)的單個(gè)誤差明顯大于使用水最為冷卻介質(zhì)得出的三次數(shù)據(jù)。在測(cè)量冷卻介質(zhì)的過(guò)程中，一些測(cè)得數(shù)據(jù)在允許的誤差之內(nèi)，最終效率的計(jì)算值亦在允許誤差之內(nèi)，但其畢竟與真實(shí)值還是具有一定差距的。如果是大型機(jī)組，0.1%的誤差都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的各項(xiàng)設(shè)定參數(shù)發(fā)生改變。若誤差較大，則對(duì)機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行不利，嚴(yán)重時(shí)甚至威脅到機(jī)組的安全。

表1 A、B水電站X、Y號(hào)機(jī)組效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

4 結(jié) 語(yǔ)

在用水作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電機(jī)效率值測(cè)算時(shí)，可采用直接測(cè)量熱冷水的溫度，這種方法簡(jiǎn)單、直觀，得出的數(shù)據(jù)誤差亦小。但是，在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，因?qū)y(cè)試設(shè)備的安裝條件要求較高，部分測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。使用溫度套管測(cè)量溫度時(shí)，因管道是封閉的而無(wú)法直接監(jiān)視，管道中如有泥水、雜質(zhì)等將直接影響到測(cè)量結(jié)果。測(cè)量水的流量時(shí)，流量計(jì)在使用過(guò)程中，由于管道處于密封狀態(tài)，且管道內(nèi)有可能有氣泡、雜質(zhì)等現(xiàn)象存在，將會(huì)直接影響測(cè)量結(jié)果。

在用空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電機(jī)效率測(cè)算時(shí)，采用測(cè)溫元件測(cè)量空冷器的冷、熱風(fēng)溫度的方法簡(jiǎn)單、直接，且測(cè)溫設(shè)備安裝很方便、快捷。但空氣本身被外界環(huán)境因素影響的幾率很大。測(cè)量空氣流量時(shí)，由于使用吸入孔、畢托管等需要對(duì)機(jī)組空冷器進(jìn)行部分拆裝而較麻煩且涉及安全風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大，因此，一般使用各種風(fēng)速計(jì)進(jìn)行測(cè)量。但在測(cè)量過(guò)程中，由于風(fēng)速計(jì)在測(cè)量截面積出風(fēng)速度時(shí)不能完全做到標(biāo)準(zhǔn)距離，故其數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性稍差。

筆者認(rèn)為：根據(jù)冷卻介質(zhì)及其測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況為準(zhǔn)則，選擇合適的測(cè)量對(duì)象以及試驗(yàn)方法，對(duì)測(cè)算發(fā)電機(jī)效率值尤為重要。對(duì)于有封閉式初級(jí)冷卻系統(tǒng)和用水作次級(jí)冷卻介質(zhì)的電機(jī)等，可以選取用水作為冷卻介質(zhì)。由于電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)為開(kāi)啟式、次級(jí)冷卻系統(tǒng)無(wú)法測(cè)量水量、無(wú)法在次級(jí)冷卻水系統(tǒng)中安裝測(cè)溫儀表和測(cè)流量設(shè)備等情況則可選擇用空氣作為冷卻介質(zhì)的測(cè)量方法等。因此，冷卻介質(zhì)的選取要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，盡可能地減小誤差對(duì)最終發(fā)電機(jī)效率值測(cè)算的影響，

[1] 劉文愷.水輪機(jī)[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社,1980.

[2] 胡虔升，胡敏強(qiáng). 電機(jī)學(xué)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社,2008.

[3] 熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M]. 北京：中國(guó)電力出版社,2009.

[4] 凌躍勝.電機(jī)理論基礎(chǔ)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社,2009.

TV7;TV737

B

1001-2184(2017)06-0095-02

2017-06-10

丁 韜(1984-)，男，四川成都人,工程師,在讀碩士研究生,從事水電站性能試驗(yàn)工作;

成 科(1990-)，男，四川廣安人，助理工程師，從事水電站性能試驗(yàn)工作；

鐘 建(1989-)，男，四川成都人，助理工程師，從事水電站性能試驗(yàn)工作.

李燕輝)