泗江電站發電機組溫度過高分析及對策

(四川省都江堰外江管理處，四川 崇州，611230)

四川水電大省，在川西平原分布著大大小小很多水電站。每年的6月到9月是高溫和雷雨季節，在此期間，運行中的水力發電機組會承受環境溫度過高，雷擊等考驗。由于發電機組定轉子和軸承受制造工藝和材質，以及發電機組生產廠家為機組安全運行制定的溫度標準影響，在監控保護中會設置故障溫度預警和事故溫度停機兩種保護措施，當機組運行中出現故障溫度預警時，一般會采取降低機組出力運行或停機冷卻，這兩種處理方式都會造成部分水力發電機組在每年的5月到9月不能發揮機組最大效率。因此，本文就川西平原泗江電站通過技術改造，盡可能降低夏季發電機組運行溫度，進而有效提高發電機組效率作一分析。

1 泗江電站簡介

1.1 電站概況

泗江電站位于成都平原新津縣境內，地處新津縣文井鄉張場社區五組，距城區9km，該縣海拔高度在442m～673m之間，氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候，無霜期長，四季分明。年平均溫度25.6℃，電站位于西河泗江堰樞紐下側50m處，該地點夏季(6月-9月)早晚溫差大，午夜最低溫度約18℃，正午最高溫度接近35℃。電站修建于上世紀80年代，所在流域水系為都江堰外江灌區西河泗江堰樞紐河段，充分利用上下游形成的水流落差，在保證灌溉用水的前提下，利用水能發電。電站于2007年2月進行了技術升級改造，2008年 6月竣工，并網發電，年發電量1200萬kW·h。電站是成都原源投資有限責任公司全資控股的電站，共有2臺發電機組，裝機總容量為1600kW。機組為軸流定漿立式機組sf800-28/2600，由10kV文新線上網。電站設計水頭7.8m，設計流量25m3/s，實際來水流量在30m3/s以上，是一座以灌溉為主兼顧發電的綜合利用效益的電站。電站投運以來，堅持“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，堅持以電調服從水調，水調服從洪調的原則，采用借水還水的方式，嚴格服從水管部門的調配。

電站從西河泗江堰樞紐上游取水，尾水直接排入西河泗江堰樞紐下游，由于西河屬防洪河道，在汛期(5月-10月)會有洪水途徑此處匯入岷江，故設計單位在設計該電站時考慮到此情況，在電站主廠房尾水側與尾水橋閘之間設計了尾水防浪墻，該墻高度按照50年一遇最高洪水位高程設計，高于電站機組風道出風口及水機層尾水側窗戶高度。尾水防浪墻和發電機風道如圖1所示。

圖1 尾水防浪墻和發電機風道

1.2 電站機組運行狀況

泗江電站發電機組自2008年投運后，從2008年至2011年發電機組繞組和下導軸承溫度每年都在逐步的升高，根據這個情況我們與設計單位和發電機生產廠方進行了多次溝通，并進行現場勘查。主要原因是現有發電機組是從其它電站購買的二手設備，機組運行時間(年限)比較長，繞組自身散熱不斷降低，發電機主軸在原有基礎上加長了1.5m，下導主軸的擺度有所增大(在規程允許范圍內)，綜合廠方及設計人員得出溫度升高與設計和制造標準沒有直接聯系。隨著投運時間的增加，下導軸承溫度出現升高的現象，在2011年8月至9月出現了軸溫升高達到報警值，運行人員只能采取停機降溫或降低機組出力的方式來維持發電機繞組的溫度和下導軸承的溫度在允許的范圍內。

2 泗江電站機組繞組溫度過高原因分析及處理

2.1 繞組溫度過高原因分析

泗江電站2008年建成后，經過2012年和2013年兩年時間運行觀察發現，在夏季(5月-9月)，從上午10時到晚上20時期間，兩臺機組定子繞組溫度經常超過預警溫度標準，甚至超過事故停機溫度標準，最高達110℃以上(電機絕緣為B級絕緣，允許溫度105℃，超過該溫度發電機繞組電氣絕緣會加速老化，降低繞組的絕緣等級，由于該機組是從其他發電廠購買的舊機組，到現在已經運行了30a左右，所以繞組溫度的過高對發電機長期安全運行存在較大安全隱患)。

(1)經觀察發現，故障多數發生時間在中午12時以后，這是由于電站周圍的環境比較差，在夏天外界環境溫度比較高的情況下，加之由于當初設計人員考慮抽風機功率時偏小，抽取的風量不夠，造成發電機繞組散熱不夠。

(2)夏季由于外界環境溫度高造成主廠房內溫度也很高，熱浪襲人。根據此現象經過現場查勘，發現從機組風道抽出來的熱風被尾水防浪墻阻擋，向上經主廠房窗戶，檢修間大門，向下經水機層窗戶等處又返回主廠房，重新被發電機冷卻風扇吸入、抽風機抽出，形成了循環，造成定子溫度逐漸升高，發電機輸出有功、無功和定子電流以及勵磁電流均未超過機組銘牌標稱值的情況下，運行人員只能采取停機降溫或降低機組出力的方式來維持發電機繞組的溫度在允許的范圍內。

經現場查勘測量，綜合認為有以下兩種可能：一是抽風機臺數少(每臺機組一臺抽風機)，出力達不到設計出力，出風量偏小；二是主廠房周邊環境較差，環境溫度較高。

2.2 對機組溫度過高的處理方式

2.2.1 加大機組風道抽風機功率，密閉抽風機與出風道出風口之間的間隙

觀察發現，機組風道出風口只能安裝一臺風機，且抽風機外殼尺寸小于機組風道出口內徑，且抽風機外殼與風道出風口之間有很多間隙，從風道抽出來的熱風有一部分會被風道內的負壓從間隙處吸進風道，形成循環，造成抽風機工作效率下降。技術人員從市場上采購了功率和葉片尺寸更大的抽風機安裝到風道出風口，并用薄鐵板封閉了抽風機外殼與風道出風口之間的間隙。

改造完成后，經過一周左右觀察運行，發現在同等氣溫條件下，機組整體溫度變化不大，定子溫度超過預警溫度情況仍然發生。

2.2.2 將抽風機抽出的熱風通過管道遠離主廠房，送出尾水防浪墻

經技術人員在下午13時測量，主廠房外空氣溫度33℃，地表溫度超過40℃，電站運行人員反映：冬季時主廠房內很溫暖，溫度高于室外，夏季主廠房內溫度很高，熱浪襲人。根據此現象，經過現場查勘，發現從機組風道抽出來的熱風被尾水防浪墻阻擋，向上經主廠房窗戶，檢修間大門，向下經水機層窗戶等處又返回主廠房，重新被發電機冷卻風扇吸入、抽風機抽出，形成了循環(如圖2所示)，造成定子溫度逐漸升高，直到超出預警溫度。

圖2 發電機冷卻風循環

經技術探討，與制作廠家溝通 、論證，提出如下方案：將機組抽風機出口接直徑800mm的鐵皮管(定制)，向上邁過尾水防浪墻后延伸1m，將熱風排到尾水防浪墻外。如圖3所示。

圖3 抽風機風道延伸管示意

該方案將抽風機抽出的機組熱風排到遠離主廠房的地方，從而改變了進入主廠房的發電機組冷卻空氣，降低了進入機組的冷卻空氣溫度，由于該冷卻空氣溫度比發電機繞組溫度低，所以能夠起到降溫作用。該方案實施后，通過發電機組在不同工況下的運行數據發現，發電機繞組整體溫度明顯下降，達到了預期的效果。

3 泗江電站機組下導溫度過高原因分析及處理

3.1 繞組溫度過高原因分析

經過2013年和2014年兩年時間運行觀察發現，在夏季(5月-9月)，從上午10時到晚上21時期間，兩臺機組下導瓦溫度經常超過預警故障溫度標準55℃，甚至超過事故停機溫度標準60℃，最高達到57.8℃以上。經觀察發現，故障多數發生時間在午后13時至21時，出現此情況前發電機輸出有功、無功和定子電流以及勵磁電流均未超過機組銘牌標稱值，發電機定、轉子的溫度都正常，運行人員在出現上面的情況時只能采取停機降溫或降低機組出力的方式來維持下導溫度。

經過研討和發電機廠家技術人員的分析，認為出現以上情況有以下兩種可能：一是主廠房周邊環境較差，環境溫度較高；二是通風不良，水機層溫度過高。

3.2 對機組下導溫度過高的處理方式

3.2.1 改造發電機層與水機層之間的吊裝孔

觀察發現，主廠房與水機層之間的通風口除了一個樓梯間、就只有一個2m×2m的吊裝孔，由于吊裝孔幾乎處于封閉狀態，單靠一個樓梯間不能滿足通風降溫要求，因為水機層處于接近密封狀態，沒有對流風通道，為了預防漲洪水造成發電機尾水水位過高，有尾水倒灌進水機層的危險，水機層墻體不能開窗排風。基于以上情況，筆者提出了對吊裝孔進行改進和改造的方案。

吊裝孔的蓋板是采用角鋼、扁鋼、鐵皮三樣材料焊接而成的，由鐵皮蓋板和扁鋼兩個蓋板組成，框架采用角鋼焊接而成，上面用鐵皮、扁鋼鋪設焊接，扁鋼平鋪焊接。這樣一來就沒有了通風的渠道。通過技術人員的現場勘察和對吊裝孔大小、受力進行計算，現將鐵皮蓋板上的鐵皮全部去掉，全部采用扁鋼，扁鋼立鋪使每個間隙2.5cm，將以前平鋪的扁鋼用砂輪機去掉重新立鋪扁鋼焊接。同時在扁鋼立鋪后考慮到人員的安全性，在框架背面焊接兩根2m的角鋼，要求每片立鋪的扁鋼與角鋼的接觸面焊接牢固。這樣一來就加大了吊裝孔的通風縫隙，再加上樓梯間的通風作用，水機層里面就有流動風通過，水機層的溫度和下導溫度就能得到降低。通過這樣改進吊裝孔的方式運行了一段時間，觀察發現下導溫度下降的效果并不理想。

3.2.2 在發電機組下導機墩處加裝風機

經過研討發現，主廠房及主廠房周邊溫度普遍較高，使得流入水機層的風的溫度也較高，發電機層和水機層相互之間的空氣對流差，從而使得水機層整體溫度下降并不明顯，對下導溫度不能達到有效降低的作用。后來經過多次的制定方案和討論，最后決定利用機組上導風道有出風口并且安裝有風機直接抽出熱風，通過風道管道送出主廠房到尾水防浪墻外，對下導加裝風機，通過風機吹下導油盆底部和側面，強制加強空氣的循環和對流，通過風道內的風機抽出熱風排放到尾水防浪墻外的方式來降低下導溫度。

在進行實地勘查計算后，在下導油盆側下方的機墩上安裝一臺抽風機加強空氣的對流，達到強制降溫的目的。于是站部人員從市場上采購了合適的風機及電纜線和固定風機用的角鋼、開關、膨脹螺絲等材料，并用角鋼焊接了一臺固定風機的架子，使風機出風口對準油盆的底部和側面，利用風機對下導油盆外壁進行冷卻降溫達到使油盆內部潤滑油溫度降低，最終使下導軸瓦溫度在正常的溫度下運行。風機安裝完成后接通電源進行試運行，經過一段時間的運行觀察，下導軸瓦溫度能降低6℃～8℃，降溫效果明顯，能夠滿足機組滿負荷運行。

4 經濟性分析

4.1 改造前兩年經濟損失

泗江電站上網電價0.28元/kW·h，全時段上網。據電站技術人員統計，在2012年5月到9月期間，因為溫度過高而被迫停機的時間在30h以上，降低出力運行(每臺機約200kW，共計400kW)時間在240h左右；在2013年5月到9月期間，因為溫度過高而被迫停機的時間在30h以上(運行人員已開始主動調節機組出力，人為控制發電機溫度)，降低出力運行(每臺機約200kW，共計400kW)時間在250h左右。據此，筆者根據統計，計算出改造前平均每年損失4.12萬元(見表1)。

表1年均經濟損失

4.2 改造資金投入

根據技術人員統計，此次改造共計費用為2.197萬元 (見表2)。

表2改造資金

5 結論

泗江電站技術改造后，經過2014年、2015年和2016年3年時間的運行觀察，在每年的5月到9月期間，機組定子溫度穩定在90℃左右、下導軸承溫度在51℃左右，整體溫度均未出現超出預警溫度的現象，達到了一定的效果。而改造前平均每年因為機組溫度升高帶來的經濟損失為4.12萬元，投入改造的費用僅為2.197萬元，僅為當年損失的一半左右，改造成本于當年全部收回。

由此，筆者認為泗江電站通過保持發電機組正常運行溫度，提高發電機組發電效率，增大效益的方法是可行的，值得有類似情況出現的水電站技術人員借鑒和參考。