高砂水电厂1号发电机通风冷却系统改造

黄敬国

（高砂水电有限公司，福建 沙县 365500）

高砂水电厂4台机组自投运以来，在气温较高的季节里，发电机的定子温度很高，经常需要限负荷运行。经过分析，认为造成定子温度较高的一个主要原因是机组通风冷却系统效率较低。高砂水电厂通风冷却系统的特点：由4台Y t E51-2轴流风机轴向引风，8台片式冷却器进行冷却，工作后的热风先经过冷却器冷却，再由轴流风机加压后输入发电机内工作。冷却器的冷却水由冷却套经离心式水泵输入，形成二次密闭循环冷却系统。循环冷却水系统原理见图1。

1 造成机组通风冷却系统效率较低的原因

(1) 风机容量选择不能满足要求。设备制造厂配用4台Y Bt E51-2型轴流风机。

(2) 机组循环冷却水泵存在轴封易磨损吸气，造成机组冷却套长期积气，冷却效果不佳。设备制造厂配用2台ISG150-125-135 A型离心式水泵。

(3) 冷却套制造工艺存在问题。对于采用二次密闭循环水冷却方式来说，冷却套制造工艺是关键，如果冷却套夹层内的铜散热片焊接不良，就会使冷却套的冷却功能下降，无法达到设计要求。

(4) 空气冷却器的水路分布不合理，散热片材料不符合要求。经过实际测量发现，进入8个冷却器的冷却水量不一致，可能造成冷却效果不理想。

2 通风冷却系统的改造情况

根据分析，决定在1号机逐步实施通风冷却系统改造工程，具体改造情况如下。

2.1 更换循环冷却水泵

1号机组循环冷却水泵原为ISG150-125-135 A型立式离心水泵，存在轴封易磨损吸气，造成机组冷却套长期积气，冷却效果差，机组温度偏高，只能限负荷运行。1999年10月，将其更换为ISG125-160-125型立式管道离心水泵(流量：160m3/h，扬程：32m，功率22KW，转速2900r/min)，该泵采用机械密封，彻底消除了上述缺陷，一定程度上提高了机组冷却效果，定子温度情况对比见表1。

表1 1号机组冷却水泵改造前后定子温度情况对比

2.2 更换轴流风机

冷却风机原为轴流式风机(型号：Y BT E51，功率5.5KW，转速2900r/min，全风压176.8～245.2 Pa，风量8700m3/h)。2001-04-18更换为浙江上风实业有限公司制造的SWF-III型高效低噪音混流式风机(风量12000m3/h，全风压850Pa，转速2900r/min，功率7.5KW)。更换空气冷却器后定子温度情况见表2。

表2 1号机组冷却风机改造后定子温度情况

2.3 更换冷却器

2002年12月，利用1号机组大修机会将原重庆水轮机厂制造的片式空冷器更换为上海朗森热工设备有限公司研制的KLQ59-00型空气冷却器(散热容量：44KW，循环水量：17.5m3/h，循环水进口温度：≤36℃，循环风量：1.67m3/s，循环出风温度(冷风）：≤42℃)。更换空气冷却器后定子温度情况见表3。

表3 1号机组空气冷却器改造后定子温度情况

2.4 增设水冷器

2002年12月，利用1号机组大修机会在压力门盖上增设1台SL82-00型水冷器(换热面积：82m2，工作压力：0.4MPa，循环水量：140m3/h,循环水进口温度：41℃,循环水出口温度：36℃,河水流量：180m3/h,河水进口温度：28℃)和1台KQL125/125-15/2型水泵(流量：192m3/h，扬程：17 m，必须汽蚀余量：4m，配用电机：Y 2-160 M2-2，功率15KW，转速2930r/min)对强迫密封循环水进行二次冷却，改善冷却套的冷却效果。1号机冷却水系统改造后原理图见图2。增设的水冷器投入后定子温度情况见表4。

表4 1号机组新增水冷器投入运行后定子温度情况

2.5 定子铁芯改造

原定子铁芯采用贴壁结构，铁芯无径向风沟，在定子冲片的齿部和轭部也未冲通风孔，造成定子通风散热条件差。2007年5月，由武汉海特发电设备有限责任公司针对发电机温升高等问题，将定子内部机械结构和通风结构进行重新设计、制造。

改造后的定子铁芯仍为贴壁结构，通过计算确定运行时铁芯的热膨胀量后，在铁芯和机座内壁预留间隙，间隙值小于0.5mm。机座加工后在内壁铁芯段喷厚度为0.25±0.05mm的金属铝。以上2项措施保证了铁芯受热膨胀后刚好完全接触到机座，使一部分热量通过机座壁传走，同时又不会因铁芯热膨胀产生铁芯曲翘变形造成铁芯松动。

因灯泡贯流式机组是卧式机组，采用轴流风机通风,冷却风为轴向循环风，所以在定子冲片齿部开6mm宽的通风槽，叠片后形成轴向通风沟。通风计算结果表明：发电机共产生323KW左右的热量，其中80KW的热量由机座壁带走，其余热量由空气冷却器带走。要带走此热量需要8.5m3/h的风量，风量分布为：磁极间5.4m3/h，定转子气隙间1.4 m3/h，齿部通风沟1.65m3/h。改造后的定子冲片齿部开有6mm宽的通风槽，叠片后形成轴向通风沟。风机产生的气流可将定子线棒和铁芯产生的热量有效地沿此轴向通风沟带走并与空气冷却器进行热交换，大大提高了发电机内部的通风冷却效率。

将定子线棒主绝缘单边厚度2.4mm改为1.8 mm。改造中采用了相当于H级绝缘的桐马环氧粉云母带，线棒绝缘单边厚度只有1.8mm，其耐压强度达到国际优等品标准。绝缘厚度完全能够满足6.3kV电压试验、运行的各项要求。而绝缘厚度的减小大大提高了线棒的热交换效率。1号机组定子铁芯改造前后定子情况见表5。

表5 1号机组定子铁芯改造前后定子温度情况对比

3 结束语

通过改进机组冷却系统， 发电机组冷却效果有明显改善，对于防止定子绝缘的老化，确保机组的正常运行以及公司的安全生产将起到积极的作用。与改造前相比，机组在运行工况和出力相同的情况下，其定子温度有明显降低，同等条件下机组可以多带负荷，较大程度提高了公司的经济效益。