水電廠發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)改造
龔嘴水電廠1號發(fā)電機(jī)組運(yùn)行至今已三十多年，現(xiàn)在設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重。2003年5月該廠改造了1號水輪發(fā)電機(jī)組定子線圈、鐵芯和水渦輪，通過采用新型通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了定子、轉(zhuǎn)子溫升分布均勻，溫升較低，達(dá)到發(fā)電機(jī)增容10MW的效果。
關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；通風(fēng)系統(tǒng)改造；溫升
龔嘴水電廠位于四川省境內(nèi)大渡河流域下游，全廠裝有7臺機(jī)組，總裝機(jī)容量7×100MW。1號水力發(fā)電機(jī)組自1971年投入運(yùn)行以來，至今已30余年，現(xiàn)在設(shè)備老化嚴(yán)重，機(jī)組效率由投運(yùn)時(shí)92下降到80左右。1997年，經(jīng)成都勘測設(shè)計(jì)研究院、東方電機(jī)廠對1號水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行多方計(jì)算核實(shí)，證實(shí)通過更換新型轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)定子鐵芯、線圈，結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)的改造，可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)增容10MW。2003年5月，1號發(fā)電機(jī)組增容改造完畢。改造后的通風(fēng)系統(tǒng)取得了良好的效果。現(xiàn)將1號發(fā)電機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)改造進(jìn)行介紹。
1．改造的必要性和主要技術(shù)參數(shù)
1．1通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性
根據(jù)發(fā)電機(jī)原理和功角特性來說明通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性（見圖1）。對運(yùn)行于100MW額定工況的發(fā)電機(jī)，端電壓U保持不變，提高水輪機(jī)輸入功率，電樞電流I增大，使內(nèi)電勢E0增大，保持功率因數(shù)cosφ不變，增大勵(lì)磁電流If，即可實(shí)現(xiàn)增容。定子、轉(zhuǎn)子電流的增加必然引起損耗增加，導(dǎo)致溫升增高，加上本次改造過程中轉(zhuǎn)子磁極保持原來的B級絕緣，故須結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)的改造，以保證發(fā)電機(jī)增容后長期安全運(yùn)行。
1．2機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)
發(fā)電機(jī)：
型號：TS280/150-68
額定容量：129．4MVA
功率因數(shù)：0．85
電壓：15．75kV
電流：4744A
勵(lì)磁電壓：295V
勵(lì)磁電流：1570A
效率：98．45
轉(zhuǎn)速：88．2r/min
損耗：1336kW
水輪機(jī)：
型號：HLD340-LJ-590
容量：110MW
2．發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)改造
2．1改造前發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)
1號發(fā)電機(jī)通風(fēng)方式為雙向封閉自循環(huán)斗式風(fēng)扇通風(fēng)系統(tǒng)（如圖2），由轉(zhuǎn)子、磁極和斗式風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)而形成壓頭。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支臂為高強(qiáng)度低合金鋼板焊接成盒形下斜結(jié)構(gòu)，由于支臂下斜，轉(zhuǎn)子下入風(fēng)口靠近推力上蓋，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作用使得進(jìn)入轉(zhuǎn)子下入口前的空氣撞擊下支架腿造成大旋渦，形成負(fù)壓，加速油槽內(nèi)透平油的汽化。這些油汽混合體又直接被轉(zhuǎn)子吸入并吹入定子風(fēng)溝，導(dǎo)致定子表面油污堆積，使定子表面散熱困難，促使絕緣老化加速、性能下降?？諝饫鋮s器原為4繞簧管冷卻器共18只，已經(jīng)有4次因?yàn)槔鋮s器銅管漏水引起發(fā)電機(jī)定子線棒對地?fù)舸?，?yán)重地影響了正常的發(fā)供電。
2．2發(fā)電機(jī)改造內(nèi)容
通風(fēng)系統(tǒng)采用哈爾濱精英水電增容技術(shù)開發(fā)公司的專利技術(shù)對龔站發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)也進(jìn)行了改造，主要改造內(nèi)容有：
（1）拆除原機(jī)上下斗式風(fēng)扇和相應(yīng)的水平和立式擋風(fēng)板，簡化風(fēng)路結(jié)構(gòu)；
（2）轉(zhuǎn)子磁極上下端利用原機(jī)把合風(fēng)扇的螺桿把合一圈高強(qiáng)度玻璃鋼旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗，增強(qiáng)定轉(zhuǎn)子氣隙壓頭，強(qiáng)化上下齒板區(qū)的散熱；
?。?）改盒形轉(zhuǎn)子支架為圓盤支架結(jié)構(gòu)，減少轉(zhuǎn)子支架漩渦，提高支架有效壓頭；
?。?）封堵轉(zhuǎn)子支架下入風(fēng)口，消除電機(jī)下風(fēng)口大漩渦；
?。?）合理增大冷卻器有效面積，冷卻器采用雙金屬翅片式空冷，材質(zhì)采用耐磨且導(dǎo)熱性能高的紫銅管；
（6）鐵芯的段長由原來的60mm改為32mm，由原來的27段改為34段，段間的通風(fēng)溝由原來的10mm高改為6mm高，增加了發(fā)電機(jī)線圈、鐵芯散熱有效面積。
2.3改造后發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)
把原來的雙路封閉循環(huán)扇式風(fēng)扇通風(fēng)系統(tǒng)改造成現(xiàn)在的單路封閉循環(huán)風(fēng)斗式通風(fēng)系統(tǒng)（見圖3），發(fā)電機(jī)的風(fēng)路和冷卻更趨于合理、效率更高。旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗既可以增加轉(zhuǎn)子磁極的通風(fēng)量，又可以減輕發(fā)電機(jī)定子線圈上端后部的死風(fēng)區(qū)。發(fā)電機(jī)下部進(jìn)風(fēng)一部分同改造前一樣，從空氣冷卻器的下部機(jī)坑進(jìn)風(fēng)通過轉(zhuǎn)子磁軛、磁極、定子線圈與鐵芯、通風(fēng)件進(jìn)入空氣冷卻器；由于下部水平和立式擋風(fēng)板的拆除，另外一部分從機(jī)殼下部進(jìn)入定子線圈和鐵芯再到空氣冷卻器，從而消除了定子線圈下部死風(fēng)區(qū)。將發(fā)電機(jī)上機(jī)架立式和水平擋風(fēng)板拆除后，發(fā)電機(jī)上部通風(fēng)一部分通過轉(zhuǎn)子進(jìn)入空氣冷卻器，另一部分進(jìn)入旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗，再進(jìn)入冷卻器。這既增加了旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗的進(jìn)風(fēng)量和減少了阻力，又防止了油槽內(nèi)透平油的汽化，避免油汽混合體被轉(zhuǎn)子吸入并吹入定子鐵芯通風(fēng)溝內(nèi)，保證定子表面的清潔，滿足了發(fā)電機(jī)的冷卻，降低了發(fā)電機(jī)的溫升。
3.發(fā)電機(jī)通風(fēng)和溫升試驗(yàn)
3.1試驗(yàn)?zāi)康?
由于新機(jī)定子線圈、鐵芯全部更新，轉(zhuǎn)子磁極鐵芯及線圈拆除后全部分解、清掃、清洗。試驗(yàn)需驗(yàn)證改造后的通風(fēng)是否滿足增容后發(fā)電機(jī)運(yùn)行要求。
3.2試驗(yàn)工況
通風(fēng)試驗(yàn)保持額定轉(zhuǎn)速在ne±0.05ne；溫升試驗(yàn)分別在（70％、80％、90％、100％）Pe有功負(fù)荷下進(jìn)行。
3.3測試項(xiàng)目
發(fā)電機(jī)總通風(fēng)量、通風(fēng)損耗、空氣冷卻器冷熱風(fēng)溫、發(fā)電機(jī)定子線圈、鐵芯溫度和轉(zhuǎn)子平均溫度。
發(fā)電機(jī)通風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果表明：鐵芯風(fēng)溝風(fēng)速測試值為6.46～14.68m／s；冷卻總風(fēng)量測試值為93.62m3／s，滿足發(fā)電機(jī)在額定有功負(fù)荷110MW運(yùn)行時(shí)所需冷卻風(fēng)量的要求。發(fā)電機(jī)通風(fēng)摩擦損耗測試值為477.622kW，定子鐵芯損耗測試值為465.316kW，定子銅損耗測試值為655.142kW。
溫升試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)見表1和圖4。
由圖4可知轉(zhuǎn)子溫升和風(fēng)溫升與轉(zhuǎn)子電流平方成線性關(guān)系，溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)是可靠的。
由于考核工況與額定工況尚有微小差別，將其歸算至額定工況。額定工況轉(zhuǎn)子繞組平均溫升為：
溫升試驗(yàn)表明增容后轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)各部位溫升值均在允許值以內(nèi)，仍有很大的溫升裕度，并且低于東方電機(jī)廠的設(shè)計(jì)值（即考核溫升值）。發(fā)電機(jī)可在額定進(jìn)風(fēng)溫度、額定視在功率、額定有功功率、額定功率因數(shù)下長期穩(wěn)定、安全運(yùn)行。
4.結(jié)語
通過機(jī)組試驗(yàn)和運(yùn)行表明，采用新型通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和對冷卻器進(jìn)行改造，龔嘴水電廠1號發(fā)電機(jī)增容10MW改造是成功的，增容后定子、轉(zhuǎn)子溫升分布均勻，溫升較低。為龔嘴水電廠后繼六臺機(jī)組的增容改造創(chuàng)造了條件。
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