大容量灯泡贯流式发电机冷却方式浅析

王洪庆

摘 要：本文主要介绍了大容量灯泡贯流式发电机的冷却方式，通过对各种冷却方式的特点进行比较，推荐合适的冷却方式，对灯泡贯流式机组的冷却系统的选择有一定的参考作用。

关键词：灯泡贯流式 冷却方式 一次冷却 二次冷却

灯泡贯流式水轮发电机组整体布置在流道里，因流道尺寸的限制，定子直径与常规发电机相比较小，同时由于发电机只能布置于灯泡头内，且灯泡头内空间狭小，导致空气冷却器只能布置于定子端部，冷却效果受到较大影响。另外，灯泡式发电机往往转速较低，导致发电机通过加装风扇和转子旋转产生的风压相对较小，无法满足发电机通风系统空气循环的需要。上述结构特点使得灯泡贯流式发电机的冷却条件较差，并且随着电机容量的加大，其通风冷却也会更加困难。

1.冷却方式

灯泡贯流式发电机的通风方式有常压密闭循环冷却方式和增压密闭循环冷却方式两种。增压密闭循环冷却的气密封结构复杂，造价较高，维护检修困难，现今基本不再使用。目前通常采用的是常压强制密闭空气循环通风方式，即轴向通风方式、径向通风方式和轴向径向通风方式。其热空气的冷却主要采用以下四种方式：

（1）“机座双层筒-铜翼片冷却器”冷却方式。发电机灯泡体内不设置空气冷却器，发电机运行时产生的热量先由机座外侧的双层筒-铜翼片冷却器吸收，再传至机组外壁的河水。该冷却方式简单，无需对发电机提供冷却水，适用于容量较小的机组，但因定子结构复杂且加工难度大，在20世纪80年代以后很少采用。

（2）定子贴壁结构冷却方式。发电机运行产生的热量一部分由空气冷却器吸收，另一部分通过发电机定子的贴壁结构被流道内的河水吸收。此种冷却方式下，空气冷却器的用水量减少，但存在大容量发电機定子的制造难度大，发电机的散热难以解决等问题。

（3）一次冷却方式。即空气冷却器的冷却水为河水，发电机通风系统产生的热量全部由空气冷却器中的冷却水吸收，冷却用水量大。

（4）二次冷却方式。即空气冷却器-“冷却水冷却器冷却方式”。发电机运行时产生的热量经灯泡体内循环的空气传递给空气冷却器，再由空气冷却器中的循环冷却水传递给“冷却水冷却器”，最后由流经“冷却水冷却器”外壁的河水将热量吸收并带走。由于空气冷却器的冷却水密闭且被循环利用，故只需要定期补充少量冷却水，但对冷却水的水质要求较高。

随着国内灯泡式机组水头和单机容量的逐渐增大，对灯泡贯流式水轮发电机组的冷却性能的要求也越来越高，前两种冷却方式不适应大容量贯流式发电机，目前国内大容量贯流式发电机主要采用后两种方式，即一次冷却方式和二次冷却方式。

2.一次冷却和二次冷却方式比较

一次冷却为常规冷却方式，水源来自于机组的技术供水系统，水质的好坏对其使用影响较大。如果水质较差，空冷器易发生结垢形成管路堵塞等故障。一次冷却方式直接使用河水作为冷却水，这种冷却方式不受限于机组的容量，结构简单，冷却效果好，在大、中、小型灯泡贯流机上均获得广泛应用。一次冷却方式下，发电机各部位的运行温度相对较低，有利于提高发电机运行的可靠性，延长发电机绝缘寿命和改善灯泡头内发电机设备运行环境。

二次冷却方式与河流水质无关，空冷器内的冷却水使用的是经过化学处理的清洁水，密闭循环使用，能有效避免水中泥沙及水生物卡阻冷却器，从而确保冷却系统能够安全可靠运行，减少因卡阻带来的维护检修工作量。但是，由于发电机冷却水通过冷却套与河水进行热交换带走热量，冷却效果较一次冷却差，冷却套的冷却容量和冷却效率也会对二次冷却效果产生较大的影响。

二次冷却中，有些国外电站把冷却套从机组移至进水口流道两侧表面，虽然增加了热交换器维护检修难度，但可降低机组内部结构的复杂程度，提高发电机冷却效果。一次冷却和二次冷却的对比详见表1。

3.一次冷却和二次冷却方式的选用

（1）对泥沙和污染物较多的电站，建议采用二次冷却。对水质清洁、水生物少，水硬度低且仅在汛期伴有浑水的电站，建议采用一次冷却。

（2）电站当地环境温度较高，河水温度较高的情况，建议采用一次冷却。

（3）目前，国内灯泡贯流式发电机一、二次冷却技术均比较成熟。过去单机容量大于40MW时，常建议采用一次冷却，但现在许多超过此容量的灯泡贯流式发电机也采用了二次冷却系统，如广西长洲水电站（单机容量为42MW），老挝南欧江水电站（单机容量为44MW）和柬埔寨桑河二级水电站（单机容量为50MW）等。采用二次冷却时，应考虑保证有足够的冷却面积和足够的空间布置冷却套。

（4）目前电站也可同时安装一次冷却和二次冷却系统，使用时根据电站实际情况进行切换。

4.结语

灯泡发电机的通风冷却系统应按简单、可靠、实用，运行维护方便和满足业主要求的原则，进行推荐和设计。随着越来越多大容量灯泡贯流式机组的投入运行，必将促进其冷却技术的革新和进一步发展。

参考文献：

[1]田树棠.贯流式水轮发电机组实用技术[M].中国水利水电出版社，2010.

[2]陈立卫.灯泡贯流式水轮发电机的通风冷却[J].大电机技术，2010（6）.