冷却介质对水轮发电机效率值测算的影响

丁 韬， 成 科， 钟 建

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

冷却介质对水轮发电机效率值测算的影响

丁 韬， 成 科， 钟 建

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

在水轮发电机效率测算过程中，采用不同冷却介质测算得到的结果有所不同，在测算过程中产生误差的情况亦不同。应尽量优化测量方法，选取最适合的冷却介质进行测量，以减小误差对发电机效率值测算时的影响，

水轮机组；发电机；冷却介质；效率；测算；影响

1 概 述

水轮机组发电机效率值的测算可为电站提供有效、可靠的机组基础资料，为机组长期安全、稳定、经济运行提供较为可靠的科学依据。在测算发电机效率时，冷却介质的选取非常重要，根据现场实际情况选择合适的冷却介质进行测量可以减小测量过程中的误差，使发电机效率的测算更加准确、有效。

在额定负荷下测量或计算发电机通风摩擦损耗、定子铁芯损耗、定子铜损、励磁损耗、发电机机壳表面散热损耗、发电机轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和压降电损耗等，可以得出发电机总损耗之和后再计算其效率。笔者在从事多年现场试验中发现，在水轮发电机的各部分损耗中，通风摩擦损耗值所占比重较大，在某些情况下，通风摩擦损耗可能达到总损耗值的一半。而测量通风摩擦损耗是以冷却介质的温升、流量进行计算的，因此，冷却介质的选取对效率的计算具有非常大的影响。

2 冷却介质的测量方法

水轮发电机常用的冷却系统有空冷或水冷，或者两种冷却方式的任意组合，其冷却介质是空气或水。在通过冷却介质测量水轮发电机的通风摩擦损耗时，需要测量冷却介质的流量、温度、密度和比热。

2.1 用水作为冷却介质的测量方法

在测量水的温升时，可以可以使用铂电阻检温计、铜电阻检温计或热电偶，将其直接放在水里或放在充满油的温度套管中进行测量。

在测量水的流量时，使用以下几种方式：(1)刻度水箱测量；(2)电磁式或翼轮式流量计测量；(3)超声波流量计测量等。

在测量水的密度和比热时，采用纯水特性与温度的关系曲线确定。

2.2 用空气作为冷却介质的测量方法

在测量空气的温升时，可用电阻温度计、热电偶、热敏电阻或水银温度计等测温设备对空冷器进行测量。

在测量空气的流量时，可以使用叶片风速计、电热风速计、毕托管、吸入孔等方式对空冷器进行测量。

在测量空气密度时，采用湿度与温度不同时的空气密度曲线计算确定。

在测量空气的比热时，采用不同温度、湿度下空气的比热曲线进行确定。

3 测量不同冷却介质对发电机效率值的影响

每一个物理量都是客观存在的，在一定的条件下具有不以人的意志为转移的客观大小，人们将它称为该物理量的真值。测量要依据一定的理论或方法，使用一定的仪器，在一定的环境中，由具体的人进行。由于现有的试验理论存在近似性，方法难以完善，试验仪器灵敏度和分辨能力具有局限性，周围环境不稳定等因素的影响，待测量的真值是不可能准确测得的。测量结果和被测量真值之间总会存在或多或少的偏差，这种偏差被称为测量值的误差。试验中，我们通过选用精密的测量仪器、改善试验原理和方法、多次测量平均值等方法以减小误差，但仍然不能完全消除误差。

在测量冷却介质过程中，由于受现场条件、机组性能、测量设备等相关条件的制约，在测量冷却介质的流量、温度、密度和比热过程中往往会出现一些误差，最终导致所得数据有所偏差，虽然该误差在规程规范的允许误差之内，但其对机组效率值的最终计算仍产生影响。

表1为A、B水电站某机组效率试验实测数据。在试验过程中，同时采用了测量两种冷却介质的方式进行测算。从表1中可以看出：在对水轮机组发电机进行效率试验时，选取不同的冷却介质最终得出的效率值是略有不同的。虽然可以采用通过多次测量求平均值的方式减小随机误差，但依旧可以发现个别冷却介质的单次计算结果偏差较大且欠缺稳定性，如A电站X号水轮机组使用水作为冷却介质得出的三次数据的单个误差明显大于使用风作为冷却介质得出的三次数据。B电站Y号机组则相反，使用风作为冷却介质得出的三次数据的单个误差明显大于使用水最为冷却介质得出的三次数据。在测量冷却介质的过程中，一些测得数据在允许的误差之内，最终效率的计算值亦在允许误差之内，但其毕竟与真实值还是具有一定差距的。如果是大型机组，0.1%的误差都会导致机组的各项设定参数发生改变。若误差较大，则对机组的长期运行不利，严重时甚至威胁到机组的安全。

表1 A、B水电站X、Y号机组效率试验数据表

4 结 语

在用水作为冷却介质进行发电机效率值测算时，可采用直接测量热冷水的温度，这种方法简单、直观，得出的数据误差亦小。但是，在测试现场，因对测试设备的安装条件要求较高，部分测试现场无法进行测量。使用温度套管测量温度时，因管道是封闭的而无法直接监视，管道中如有泥水、杂质等将直接影响到测量结果。测量水的流量时，流量计在使用过程中，由于管道处于密封状态，且管道内有可能有气泡、杂质等现象存在，将会直接影响测量结果。

在用空气作为冷却介质进行发电机效率测算时，采用测温元件测量空冷器的冷、热风温度的方法简单、直接，且测温设备安装很方便、快捷。但空气本身被外界环境因素影响的几率很大。测量空气流量时，由于使用吸入孔、毕托管等需要对机组空冷器进行部分拆装而较麻烦且涉及安全风险过大，因此，一般使用各种风速计进行测量。但在测量过程中，由于风速计在测量截面积出风速度时不能完全做到标准距离，故其数据的稳定性稍差。

笔者认为：根据冷却介质及其测量方法的优缺点，以现场实际情况为准则，选择合适的测量对象以及试验方法，对测算发电机效率值尤为重要。对于有封闭式初级冷却系统和用水作次级冷却介质的电机等，可以选取用水作为冷却介质。由于电机通风系统为开启式、次级冷却系统无法测量水量、无法在次级冷却水系统中安装测温仪表和测流量设备等情况则可选择用空气作为冷却介质的测量方法等。因此，冷却介质的选取要根据现场的实际情况，尽可能地减小误差对最终发电机效率值测算的影响，

[1] 刘文恺.水轮机[M]. 北京：中国水利水电出版社,1980.

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[3] 熊信银.发电厂电气部分[M]. 北京：中国电力出版社,2009.

[4] 凌跃胜.电机理论基础[M]. 北京：中国电力出版社,2009.

TV7;TV737

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1001-2184(2017)06-0095-02

2017-06-10

丁 韬(1984-)，男，四川成都人,工程师,在读硕士研究生,从事水电站性能试验工作;

成 科(1990-)，男，四川广安人，助理工程师，从事水电站性能试验工作；

钟 建(1989-)，男，四川成都人，助理工程师，从事水电站性能试验工作.

李燕辉)