涇惠渠渠首電站發(fā)電機(jī)降溫技改措施

陳亞琴

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 電站概況

渠首電站位于陜西省涇陽縣涇河下游峽谷河段出口處左岸，距涇陽縣城西30km，屬壩后引水式電站。工程由引水洞、調(diào)壓井、壓力管道、廠房、放水洞、尾水渠、開關(guān)站和高位水池等組成，是涇惠渠渠首樞紐擴(kuò)建工程的配套工程。利用渠首加壩加閘形成的20m水頭發(fā)電。涇惠渠首電站總裝機(jī)容量為3×2500kW，于1998年建成并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF2500－3300／32，設(shè)計(jì)水頭19.8m，額定電壓6.3kV，額定電流286.4A，功率因數(shù)0.8，額定轉(zhuǎn)速187.5r/min，一次側(cè)線電壓6300V，二次側(cè)線電壓286V。發(fā)電機(jī)輸出6.3kV電壓經(jīng)主變升壓至35kV后并入地方電網(wǎng)。渠首電站設(shè)計(jì)引用流量3×18m3/s，設(shè)計(jì)年發(fā)電量4360萬kW·h，多年實(shí)際年平均發(fā)電量1900萬kW·h。

2 發(fā)現(xiàn)問題

渠首電站3臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電后，運(yùn)行基本穩(wěn)定，整體工況良好。但由于當(dāng)時(shí)施工任務(wù)重時(shí)間緊，存在安裝質(zhì)量不高的問題。在幾年的運(yùn)行當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)夏季發(fā)電機(jī)的定子線圈溫度較高，影響機(jī)組安全運(yùn)行及正常生產(chǎn)，最高時(shí)達(dá)到120℃，嚴(yán)重危及發(fā)電機(jī)的絕緣。同時(shí)，廠房室溫也隨之升高，過高的室溫導(dǎo)致人體代謝紊亂，情緒焦躁，工作人員容易中暑，不僅危害人身健康和威脅生產(chǎn)安全，而且高溫縮短了職工有效工作時(shí)間，對(duì)電站生產(chǎn)三班倒工作安排沖擊較大，影響正常生產(chǎn)調(diào)度，還會(huì)危及其它電氣設(shè)備的使用壽命。如1999年8月2日2號(hào)發(fā)電機(jī)線圈溫度達(dá)107℃，鐵芯112℃，主機(jī)層室溫39℃；2001年6月29日3號(hào)發(fā)電機(jī)線圈溫度達(dá)120℃，鐵芯116℃，主機(jī)層室溫42℃。超越了《運(yùn)行規(guī)程》中定子線圈溫度不得超過105℃、鐵芯溫度不得超過線圈溫度的規(guī)定。溫度過高使布置在機(jī)組旁的可控硅勵(lì)磁裝置增大了故障率，同時(shí)高溫也影響了繼電器的精確程度，易導(dǎo)致其誤動(dòng)作，為事故埋下了隱患。

3 產(chǎn)生原因

渠首電站建在河道的左岸邊，一面臨水一面傍山，廠房墻體具有防洪功能。在設(shè)計(jì)中，將廠房臨水一面的主墻兼作防洪墻，傍山一面的主墻兼作擋土墻（防滾石滑坡等危害）。鑒于廠房主墻所承擔(dān)功能的特殊性，墻體的有效防洪區(qū)域不能開窗口或留通風(fēng)孔。在有效防洪區(qū)域上部距主機(jī)層地面8m高的位置開設(shè)通風(fēng)高窗。基此原因發(fā)電機(jī)層沒有設(shè)計(jì)通風(fēng)道及其出口。現(xiàn)每臺(tái)機(jī)組定子外壁安裝有4只水冷式空氣冷卻器，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)采用空冷器進(jìn)行冷卻。其冷卻特點(diǎn)是：空冷器利用自循環(huán)水帶走管壁熱量，降低管壁周圍空氣溫度，管壁周圍經(jīng)過冷卻后的低溫空氣與稍遠(yuǎn)處的高溫空氣不斷進(jìn)行對(duì)流，通過空氣對(duì)流持續(xù)帶走發(fā)電機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量，從而達(dá)到降低發(fā)電機(jī)組溫度的作用。這種冷卻方式將機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱風(fēng)直接排入廠房，疏導(dǎo)熱量速度慢，空氣流通不暢，散熱效果不佳。運(yùn)行實(shí)踐證明，發(fā)電機(jī)組采用的密封循環(huán)水冷式空氣冷卻器系統(tǒng)的冷卻效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過簡(jiǎn)單測(cè)試，將紙條置于風(fēng)道蓋板口，結(jié)果表明約有20%的熱風(fēng)排入廠房，80%的熱風(fēng)則又回流進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，熱風(fēng)不能充分排走，根本無法滿足發(fā)電機(jī)冷卻要求。空冷器散逸的熱風(fēng)溫度為65℃，這些熱風(fēng)不能及時(shí)有效地排出，是造成機(jī)組和廠房溫度過高的主要原因。

4 技改措施

問題出現(xiàn)后，最初的應(yīng)急解決辦法是將發(fā)電機(jī)上蓋板打開，加快發(fā)電機(jī)層的空氣對(duì)流，將發(fā)電機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量散發(fā)到主機(jī)層，再通過主機(jī)層將熱空氣對(duì)流到室外。這樣雖然也能略為降低發(fā)電機(jī)溫度（定子線圈溫度降到110℃），但主機(jī)層及中央控制室的室溫升高，夏季達(dá)42℃，直接威脅著運(yùn)行人員的身體健康，總體降溫效果不理想。可控硅由于溫度過高而燒壞，繼電器經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，給設(shè)備正常運(yùn)行帶來威脅。之后又提出增加空冷器或?qū)犸L(fēng)直接排出廠外的方案。若采用前者即增設(shè)空冷器來增強(qiáng)散熱效果的方案，一是造價(jià)高，二是技術(shù)上不可行。首先是空冷器的冷卻水不能保證，電站現(xiàn)有的供水泵已無多余流量供給新增空冷器，若勉強(qiáng)供給，就會(huì)致使供水壓力下降，影響電站所有技術(shù)供水，得不償失；其次，冷卻水管道預(yù)埋在機(jī)墩砼中，新增管道以及在定子鐵芯外壁安裝空冷器沒有布置空間，技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)。本方案也被放棄。

為了徹底解決這一問題，經(jīng)工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、深入研究，決定采用給每臺(tái)發(fā)電機(jī)組風(fēng)道上各自裝設(shè)一孔排風(fēng)管道，將機(jī)組熱風(fēng)通過排風(fēng)管道直接排至下游廠房外的技改方案。此種方案能將發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量直接排出室外，散熱效率高，預(yù)期效果顯著。由于渠首電站的特殊性，要加裝通風(fēng)設(shè)施，必須考慮到以下幾個(gè)方面：①不能從已用砼澆筑好的發(fā)電機(jī)層與水輪機(jī)層之間向主墻外開通風(fēng)口；②風(fēng)道出口必須在下游側(cè)主墻8m高窗以上，以防止洪水通過風(fēng)道倒灌進(jìn)入廠房；③風(fēng)道必須密封，不能向室內(nèi)散熱，以免反倒使發(fā)電機(jī)層室溫升高；④電站建設(shè)時(shí)原設(shè)計(jì)風(fēng)道斷面為1.73m2，現(xiàn)根據(jù)風(fēng)道蓋板及防洪墻高窗的實(shí)際面積確定排風(fēng)管道截面為1.0m×0.6m＝0.6m2，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)風(fēng)道斷面，兼之風(fēng)道較長(zhǎng)且管路曲折，靠自然排風(fēng)不能滿足機(jī)組散熱要求，必須要有外加動(dòng)力將熱量有效送出。原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組散逸的熱風(fēng)總風(fēng)量為7m3/s即25200m3/h，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，約80%即25200×0.8＝20160m3/h的熱風(fēng)又進(jìn)入機(jī)組風(fēng)冷自循環(huán)系統(tǒng)，不能有效排出。技改方案選用BLF2-8型軸流風(fēng)機(jī)，可24h連續(xù)運(yùn)行，其排風(fēng)量約為20000m3/h，可將回流熱風(fēng)排出廠外。水機(jī)層自然空氣（記錄資料顯示，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)散逸的熱風(fēng)溫度為65℃，水機(jī)層室溫即冷風(fēng)溫度為30℃）在溫差氣壓下通過機(jī)墩進(jìn)人孔和下機(jī)架的4個(gè)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入機(jī)組風(fēng)冷自循環(huán)系統(tǒng)，作為補(bǔ)充的冷風(fēng)。機(jī)墩進(jìn)人孔斷面為1.85m2，大于原設(shè)計(jì)風(fēng)道斷面，故自然進(jìn)風(fēng)滿足要求。

在綜合考慮以上問題的基礎(chǔ)上還要考慮現(xiàn)場(chǎng)施工方便、節(jié)約投資等因素。經(jīng)過論證，最后決定選用厚度1.5mm的鍍鋅鐵皮做成100cm×60cm矩形通風(fēng)道，增加BLF2-8型軸流風(fēng)機(jī)，以確保通風(fēng)流量。去掉一個(gè)發(fā)電機(jī)上蓋板，將此孔作為風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口，用40mm×4mm角鐵固定風(fēng)道。風(fēng)道從進(jìn)風(fēng)口沿地面鋪設(shè)到墻壁，再順著墻壁到達(dá)8m高的窗口，最后伸向窗外，并在風(fēng)道出口加裝風(fēng)機(jī)一臺(tái)。施工要求：①風(fēng)道連接處密封處理要嚴(yán)實(shí)、可靠，不能漏氣，尤其是進(jìn)風(fēng)口、墻腳、出風(fēng)口三處轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)保證密封；②鋪設(shè)安裝要牢固，避免振動(dòng)和位移，風(fēng)機(jī)與風(fēng)道采用軟連接；③三臺(tái)風(fēng)機(jī)電源線采用暗線方式鋪設(shè)在墻內(nèi)，并裝設(shè)一個(gè)電源開關(guān)箱，分別控制三臺(tái)風(fēng)機(jī)；④固定支架統(tǒng)一刷成銀灰色，與管道色調(diào)保持一致；⑤工程施工注重外觀質(zhì)量，做到精細(xì)、協(xié)調(diào)，整體力求美觀。

5 效果及建議

經(jīng)過改造，加裝通風(fēng)設(shè)施后，機(jī)組運(yùn)行時(shí)開啟風(fēng)機(jī)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量經(jīng)過風(fēng)道迅速排到廠房外，水機(jī)層的冷空氣在氣壓作用下又源源不斷補(bǔ)充到發(fā)電機(jī)線圈周圍，機(jī)組溫度有了明顯降低。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行觀測(cè)，夏季定子線圈最高溫度下降到95℃，這對(duì)保護(hù)發(fā)電機(jī)絕緣，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)壽命起到了很好的作用。主機(jī)層和水機(jī)層室溫也明顯降低，夏季最高溫度由原來的42℃下降到34℃，與改造前同期相比溫度下降了7℃～9℃，保證了室內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行，同時(shí)改善了水機(jī)層的空氣質(zhì)量。技改后機(jī)組出力也有所提高，連續(xù)五年的平局年發(fā)電量為2300萬kW·h。實(shí)踐證明此技改方案技術(shù)簡(jiǎn)單可行，施工便捷，投資低，運(yùn)行效果良好。經(jīng)過改造，室內(nèi)溫度降低，極大改善了運(yùn)行及檢修人員的工作環(huán)境。到了冬季可停啟風(fēng)機(jī)，封堵風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口，使機(jī)組熱量散發(fā)到室內(nèi)以提高室內(nèi)溫度，起到保溫作用。

在我們成功實(shí)施了發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)技術(shù)改造的同時(shí)，也伴隨出現(xiàn)了新的問題，即新增風(fēng)道設(shè)在廠房?jī)?nèi)既影響美觀又占用生產(chǎn)運(yùn)行空間。這點(diǎn)值得我們今后研究借鑒。對(duì)于從事水電工程設(shè)計(jì)工作的人員而言，應(yīng)在設(shè)計(jì)電站廠房時(shí)，充分考慮到機(jī)組冷卻效果的問題，可藉此成功經(jīng)驗(yàn)并加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)降溫且兼顧美觀。對(duì)于水冷效能不足，須輔助風(fēng)冷的設(shè)計(jì)案例，建議將機(jī)組冷卻風(fēng)道置于主機(jī)層與水機(jī)層之間，沿墻體向上用砼澆筑一體成形，將會(huì)一舉兩得。陜西水利