湖南省南津渡水电站 陈海珍
【摘要】本文主要介绍南津渡水电站机组冷却系统的结构、原理以及存在的问题。
关键词：南津渡电站 冷却系统 结构 存在的问题 建议
一、机组冷却系统简介
南津渡水电站有三台转轮直径为3897mm，额定功率为20MW的灯泡贯流式水轮发电机组。由于转子转速低直径小，依靠转子本身建立起来的风压不能满足通风冷却的要求，因此采用的是密闭循环强迫通风的冷却方式。
发电机冷却系统是完全独立的，它由四台轴流风机、八台空气冷却水热交换器、两台水泵、一个锥形冷却套等组成，具有两个密闭循环冷却系统，经过两次热交换进行冷却，即“空气—冷却水”、“冷却水—河水”的热交换方式。通风系统吸收的热量，一部分通过定子外壳直接传到水里，而大部分经空气冷却器进行热交换，由冷却套传递给河水。
1、冷却空气密闭循环系统
在灯泡头内共设有八台空气冷却器，四台轴流式风机，每两个冷却器共用一台风机。风机功率为4KW，风压力为550-650Pa，转速为2900rpm。由于发电机铁芯长度比较短，因此采用单侧进风，灯泡头内不增压，冷却空气回路与灯泡头中的空气是完全分开的。轴流风机将风经转子支臂上、下锥形孔的通风孔，从转子的下游侧进入发电机定子与转子之间，流经磁极端部、定子支架、磁极间气隙、磁极与定子线圈间气隙等，在上游侧端部汇合后，通过空气冷却器进入轴流风机，达到对发电机转子、定子、磁极和铁芯的冷却，这便是密封空气的循环。
2、冷却水的密闭循环系统
发电机的热风通过空气冷却器内的冷水来冷却，冷却器的热水通过锥形冷却套由冷却水泵进行强迫密闭循环，再由流道中的河水对冷却套的外壁进行冷却，带走冷却水中的热量，这就是冷却水系统的第二次热交换。冷却水泵额定出力为18.5KW、转速：2931转/分；在抗压盖板上，靠近冷却水泵的地方装有一个膨胀水箱，膨胀水箱用以补充冷却水系统水的消耗，维持系统一定的水压，因而当系统中水压较低时，应当添加冷却水；锥形冷却套是设在定子与转子之间的冷却夹层，它是一个具有许多平行冷却管的双层套管，冷却套的外壁是不锈钢板，导热能力强，特别光滑，使水生物等不易沾着，内壁是普通钢板，表面涂有防结露漆，能吸收空气中的水份，防止结露。
本冷却水系统是在略为过压的情况下工作的，它还为轴承油系统、调速器系统提供冷却水；
二、冷却水系统存在的问题及原因分析
1、发电机在带额定负荷运行时定子线槽温度有时偏高，冷热风温度也偏高。
下面以1#发电机为例，摘抄2002年中气温相对较高的7月，在额定负荷下的几组温度数据如下：
|
时 间 |
热风温度 |
冷风温度 |
槽温温度 |
|
9日1时 |
60.9 |
43.9 |
110.0 |
|
12日13时 |
62.5 |
45.3 |
111.3 |
|
22日9时 |
62.8 |
45.6 |
111.9 |
|
24日17时 |
64.7 |
47.9 |
120.0 |
|
24日19时 |
65.0 |
48.0 |
120.0 |
我们知道，南电发电机定子转子绝缘等级为F级，发电机在正常运行时，定子绕组温度整定如下：定子允许温度：120℃，最高允许温度：140℃。
从以上数据可知，定子线槽温度达到了定子绝缘设计允许的温度，这说明冷却系统厂家在设计上存在缺陷。“空气—冷却水”、“冷却水—河水”的两次热交换不够充分，使冷热风温度都偏高，从而导致机组的定子绕组温度偏高。由于通风冷却系统的不均匀，温度的最高点有可能还不是我们所测得的数据，线槽内部的温度比这肯定要更高，使线棒绝缘部分温度最高点超过了规定值。机组冷却系统还不能满足机组额定负荷下运行的要求。
2、经过对2#发电机定子线棒的温度在线监测试验，发现上游侧线棒温度明显高于下游侧线棒温度。
我站发电机在1999年6月、2001年7月、2003年相继三次在上游侧定子线棒槽口出现了线棒主绝缘击穿故障，考虑到三次故障点都发生在上游侧，经对机组冷却系统通风回路进行分析和检查，认为可能是通风回路存在缺陷，为了更准确地掌握定子绕组的线棒接头的运行温度，2004年4月在2#发电机定子绕组上下游侧线棒端部分别装设了18个温度传感器进行温度测量（用玻璃丝带将温度传感器分别绑扎在线棒端部），经过在线监测，试验数据如下：
|
有 功（MW） |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
|
上游
线棒
温度 |
1# |
55.68 |
60.14 |
64.66 |
66.15 |
69.74 |
71.86 |
73.82 |
|
113# |
55.79 |
59.30 |
62.81 |
63.18 |
68.05 |
69.64 |
69.82 |
|
193# |
57.04 |
61.15 |
65.80 |
67.41 |
70.95 |
73.40 |
75.43 |
|
241# |
55.58 |
59.94 |
64.12 |
65.76 |
69.05 |
71.25 |
73.62 |
|
下游
线棒
温度 |
33# |
44.60 |
48.24 |
53.61 |
52.76 |
56.03 |
58.83 |
59.96 |
|
97# |
42.30 |
45.69 |
49.48 |
50.87 |
52.94 |
55.29 |
56.74 |
|
161# |
42.99 |
46.38 |
50.35 |
51.59 |
53.56 |
56.30 |
57.52 |
|
257# |
43.47 |
46.88 |
50.60 |
51.25 |
54.45 |
56.70 |
58.23 |
|
上下游温差 |
14.05 |
15.46 |
16.32 |
17.54 |
18.01 |
18.11 |
18.69 |
|
冷 风 温 度 |
26 |
27 |
27 |
28 |
28 |
28 |
29 |
|
热 风 温 度 |
40 |
41 |
42 |
44 |
46 |
47 |
48 |
从以上表格数据中可得出如下结论：
1、上游侧线棒温度比下游侧线棒温度明显要高；
2、机组带负荷越高，上下游温度差距越大。在带满负荷时，上下游温度相差达20度；
3、机组带负荷越高，冷热风温度相差越大。
从以上可知，通风回路存在明显缺陷，我们从机组冷却系统风的流向就可以看出，风从发电机的下游侧进入发电机上游侧，由于转子的间隙很小（定子与转子的气隙仅9mm），不能使发电机得到充分的冷却，冷风经过下游达到上游时温度已不能使上游侧的线棒得到充分的冷却，通风系统功率偏小，达不到基本的冷却效果，使上游侧的线棒温度长期比下游侧的要高，这就是机组故障总是发生在上游侧的原因。
三、几点建议
1、在运行过程中认真监盘，必须严格控制发电机组的定子电流和机端电压不超过额定值；
2、密切注意发电机组各部分的温度不超过规定值；
3、增大发电机风机的功率，加快发电机内部换风的速度，增大风压；
4、改变发电机的冷风流向，改善冷却系统的冷却效果；
5、对发电机空气冷却器的结构进行技术改造，提高冷却器的热交换能力，降低定子绕组和冷风的温度；
6、维持机组水压在正常范围内，及时补充冷却水，保证机组在最佳工况下运行；
7、机组检修流道排空时，清扫锥形冷却套的表面，提高冷却套表面的热交换能力，降低冷水的温度。
