高砂水電廠1號發電機通風冷卻系統改造

黃敬國

（高砂水電有限公司，福建 沙縣 365500）

高砂水電廠4臺機組自投運以來，在氣溫較高的季節里，發電機的定子溫度很高，經常需要限負荷運行。經過分析，認為造成定子溫度較高的一個主要原因是機組通風冷卻系統效率較低。高砂水電廠通風冷卻系統的特點：由4臺Y t E51-2軸流風機軸向引風，8臺片式冷卻器進行冷卻，工作后的熱風先經過冷卻器冷卻，再由軸流風機加壓后輸入發電機內工作。冷卻器的冷卻水由冷卻套經離心式水泵輸入，形成二次密閉循環冷卻系統。循環冷卻水系統原理見圖1。

1 造成機組通風冷卻系統效率較低的原因

(1) 風機容量選擇不能滿足要求。設備制造廠配用4臺Y Bt E51-2型軸流風機。

(2) 機組循環冷卻水泵存在軸封易磨損吸氣，造成機組冷卻套長期積氣，冷卻效果不佳。設備制造廠配用2臺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水冷卻方式來說，冷卻套制造工藝是關鍵，如果冷卻套夾層內的銅散熱片焊接不良，就會使冷卻套的冷卻功能下降，無法達到設計要求。

(4) 空氣冷卻器的水路分布不合理，散熱片材料不符合要求。經過實際測量發現，進入8個冷卻器的冷卻水量不一致，可能造成冷卻效果不理想。

2 通風冷卻系統的改造情況

根據分析，決定在1號機逐步實施通風冷卻系統改造工程，具體改造情況如下。

2.1 更換循環冷卻水泵

1號機組循環冷卻水泵原為ISG150-125-135 A型立式離心水泵，存在軸封易磨損吸氣，造成機組冷卻套長期積氣，冷卻效果差，機組溫度偏高，只能限負荷運行。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，揚程：32m，功率22KW，轉速2900r/min)，該泵采用機械密封，徹底消除了上述缺陷，一定程度上提高了機組冷卻效果，定子溫度情況對比見表1。

表1 1號機組冷卻水泵改造前后定子溫度情況對比

2.2 更換軸流風機

冷卻風機原為軸流式風機(型號：Y BT E51，功率5.5KW，轉速2900r/min，全風壓176.8～245.2 Pa，風量8700m3/h)。2001-04-18更換為浙江上風實業有限公司制造的SWF-III型高效低噪音混流式風機(風量12000m3/h，全風壓850Pa，轉速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號機組冷卻風機改造后定子溫度情況

2.3 更換冷卻器

2002年12月，利用1號機組大修機會將原重慶水輪機廠制造的片式空冷器更換為上海朗森熱工設備有限公司研制的KLQ59-00型空氣冷卻器(散熱容量：44KW，循環水量：17.5m3/h，循環水進口溫度：≤36℃，循環風量：1.67m3/s，循環出風溫度(冷風）：≤42℃)。更換空氣冷卻器后定子溫度情況見表3。

表3 1號機組空氣冷卻器改造后定子溫度情況

2.4 增設水冷器

2002年12月，利用1號機組大修機會在壓力門蓋上增設1臺SL82-00型水冷器(換熱面積：82m2，工作壓力：0.4MPa，循環水量：140m3/h,循環水進口溫度：41℃,循環水出口溫度：36℃,河水流量：180m3/h,河水進口溫度：28℃)和1臺KQL125/125-15/2型水泵(流量：192m3/h，揚程：17 m，必須汽蝕余量：4m，配用電機：Y 2-160 M2-2，功率15KW，轉速2930r/min)對強迫密封循環水進行二次冷卻，改善冷卻套的冷卻效果。1號機冷卻水系統改造后原理圖見圖2。增設的水冷器投入后定子溫度情況見表4。

表4 1號機組新增水冷器投入運行后定子溫度情況

2.5 定子鐵芯改造

原定子鐵芯采用貼壁結構，鐵芯無徑向風溝，在定子沖片的齒部和軛部也未沖通風孔，造成定子通風散熱條件差。2007年5月，由武漢海特發電設備有限責任公司針對發電機溫升高等問題，將定子內部機械結構和通風結構進行重新設計、制造。

改造后的定子鐵芯仍為貼壁結構，通過計算確定運行時鐵芯的熱膨脹量后，在鐵芯和機座內壁預留間隙，間隙值小于0.5mm。機座加工后在內壁鐵芯段噴厚度為0.25±0.05mm的金屬鋁。以上2項措施保證了鐵芯受熱膨脹后剛好完全接觸到機座，使一部分熱量通過機座壁傳走，同時又不會因鐵芯熱膨脹產生鐵芯曲翹變形造成鐵芯松動。

因燈泡貫流式機組是臥式機組，采用軸流風機通風,冷卻風為軸向循環風，所以在定子沖片齒部開6mm寬的通風槽，疊片后形成軸向通風溝。通風計算結果表明：發電機共產生323KW左右的熱量，其中80KW的熱量由機座壁帶走，其余熱量由空氣冷卻器帶走。要帶走此熱量需要8.5m3/h的風量，風量分布為：磁極間5.4m3/h，定轉子氣隙間1.4 m3/h，齒部通風溝1.65m3/h。改造后的定子沖片齒部開有6mm寬的通風槽，疊片后形成軸向通風溝。風機產生的氣流可將定子線棒和鐵芯產生的熱量有效地沿此軸向通風溝帶走并與空氣冷卻器進行熱交換，大大提高了發電機內部的通風冷卻效率。

將定子線棒主絕緣單邊厚度2.4mm改為1.8 mm。改造中采用了相當于H級絕緣的桐馬環氧粉云母帶，線棒絕緣單邊厚度只有1.8mm，其耐壓強度達到國際優等品標準。絕緣厚度完全能夠滿足6.3kV電壓試驗、運行的各項要求。而絕緣厚度的減小大大提高了線棒的熱交換效率。1號機組定子鐵芯改造前后定子情況見表5。

表5 1號機組定子鐵芯改造前后定子溫度情況對比

3 結束語

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