涇惠渠渠首電站發(fā)電機降溫技改措施

陳亞琴

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 電站概況

渠首電站位于陜西省涇陽縣涇河下游峽谷河段出口處左岸，距涇陽縣城西30km，屬壩后引水式電站。工程由引水洞、調壓井、壓力管道、廠房、放水洞、尾水渠、開關站和高位水池等組成，是涇惠渠渠首樞紐擴建工程的配套工程。利用渠首加壩加閘形成的20m水頭發(fā)電。涇惠渠首電站總裝機容量為3×2500kW，于1998年建成并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電機型號為SF2500－3300／32，設計水頭19.8m，額定電壓6.3kV，額定電流286.4A，功率因數(shù)0.8，額定轉速187.5r/min，一次側線電壓6300V，二次側線電壓286V。發(fā)電機輸出6.3kV電壓經(jīng)主變升壓至35kV后并入地方電網(wǎng)。渠首電站設計引用流量3×18m3/s，設計年發(fā)電量4360萬kW·h，多年實際年平均發(fā)電量1900萬kW·h。

2 發(fā)現(xiàn)問題

渠首電站3臺機組并網(wǎng)發(fā)電后，運行基本穩(wěn)定，整體工況良好。但由于當時施工任務重時間緊，存在安裝質量不高的問題。在幾年的運行當中，發(fā)現(xiàn)夏季發(fā)電機的定子線圈溫度較高，影響機組安全運行及正常生產(chǎn)，最高時達到120℃，嚴重危及發(fā)電機的絕緣。同時，廠房室溫也隨之升高，過高的室溫導致人體代謝紊亂，情緒焦躁，工作人員容易中暑，不僅危害人身健康和威脅生產(chǎn)安全，而且高溫縮短了職工有效工作時間，對電站生產(chǎn)三班倒工作安排沖擊較大，影響正常生產(chǎn)調度，還會危及其它電氣設備的使用壽命。如1999年8月2日2號發(fā)電機線圈溫度達107℃，鐵芯112℃，主機層室溫39℃；2001年6月29日3號發(fā)電機線圈溫度達120℃，鐵芯116℃，主機層室溫42℃。超越了《運行規(guī)程》中定子線圈溫度不得超過105℃、鐵芯溫度不得超過線圈溫度的規(guī)定。溫度過高使布置在機組旁的可控硅勵磁裝置增大了故障率，同時高溫也影響了繼電器的精確程度，易導致其誤動作，為事故埋下了隱患。

3 產(chǎn)生原因

渠首電站建在河道的左岸邊，一面臨水一面傍山，廠房墻體具有防洪功能。在設計中，將廠房臨水一面的主墻兼作防洪墻，傍山一面的主墻兼作擋土墻（防滾石滑坡等危害）。鑒于廠房主墻所承擔功能的特殊性，墻體的有效防洪區(qū)域不能開窗口或留通風孔。在有效防洪區(qū)域上部距主機層地面8m高的位置開設通風高窗?；嗽虬l(fā)電機層沒有設計通風道及其出口?，F(xiàn)每臺機組定子外壁安裝有4只水冷式空氣冷卻器，發(fā)電機運行時采用空冷器進行冷卻。其冷卻特點是：空冷器利用自循環(huán)水帶走管壁熱量，降低管壁周圍空氣溫度，管壁周圍經(jīng)過冷卻后的低溫空氣與稍遠處的高溫空氣不斷進行對流，通過空氣對流持續(xù)帶走發(fā)電機線圈產(chǎn)生的熱量，從而達到降低發(fā)電機組溫度的作用。這種冷卻方式將機組運行時產(chǎn)生的熱風直接排入廠房，疏導熱量速度慢，空氣流通不暢，散熱效果不佳。運行實踐證明，發(fā)電機組采用的密封循環(huán)水冷式空氣冷卻器系統(tǒng)的冷卻效果達不到設計要求。經(jīng)過簡單測試，將紙條置于風道蓋板口，結果表明約有20%的熱風排入廠房，80%的熱風則又回流進入發(fā)電機內部，熱風不能充分排走，根本無法滿足發(fā)電機冷卻要求?？绽淦魃⒁莸臒犸L溫度為65℃，這些熱風不能及時有效地排出，是造成機組和廠房溫度過高的主要原因。

4 技改措施

問題出現(xiàn)后，最初的應急解決辦法是將發(fā)電機上蓋板打開，加快發(fā)電機層的空氣對流，將發(fā)電機線圈產(chǎn)生的熱量散發(fā)到主機層，再通過主機層將熱空氣對流到室外。這樣雖然也能略為降低發(fā)電機溫度（定子線圈溫度降到110℃），但主機層及中央控制室的室溫升高，夏季達42℃，直接威脅著運行人員的身體健康，總體降溫效果不理想?？煽毓栌捎跍囟冗^高而燒壞，繼電器經(jīng)常出現(xiàn)誤動作，給設備正常運行帶來威脅。之后又提出增加空冷器或將熱風直接排出廠外的方案。若采用前者即增設空冷器來增強散熱效果的方案，一是造價高，二是技術上不可行。首先是空冷器的冷卻水不能保證，電站現(xiàn)有的供水泵已無多余流量供給新增空冷器，若勉強供給，就會致使供水壓力下降，影響電站所有技術供水，得不償失；其次，冷卻水管道預埋在機墩砼中，新增管道以及在定子鐵芯外壁安裝空冷器沒有布置空間，技術上難以實現(xiàn)。本方案也被放棄。

為了徹底解決這一問題，經(jīng)工程技術人員現(xiàn)場勘測、深入研究，決定采用給每臺發(fā)電機組風道上各自裝設一孔排風管道，將機組熱風通過排風管道直接排至下游廠房外的技改方案。此種方案能將發(fā)電機定子、轉子產(chǎn)生的熱量直接排出室外，散熱效率高，預期效果顯著。由于渠首電站的特殊性，要加裝通風設施，必須考慮到以下幾個方面：①不能從已用砼澆筑好的發(fā)電機層與水輪機層之間向主墻外開通風口；②風道出口必須在下游側主墻8m高窗以上，以防止洪水通過風道倒灌進入廠房；③風道必須密封，不能向室內散熱，以免反倒使發(fā)電機層室溫升高；④電站建設時原設計風道斷面為1.73m2，現(xiàn)根據(jù)風道蓋板及防洪墻高窗的實際面積確定排風管道截面為1.0m×0.6m＝0.6m2，遠小于設計風道斷面，兼之風道較長且管路曲折，靠自然排風不能滿足機組散熱要求，必須要有外加動力將熱量有效送出。原設計每臺機組散逸的熱風總風量為7m3/s即25200m3/h，根據(jù)試驗結果，約80%即25200×0.8＝20160m3/h的熱風又進入機組風冷自循環(huán)系統(tǒng)，不能有效排出。技改方案選用BLF2-8型軸流風機，可24h連續(xù)運行，其排風量約為20000m3/h，可將回流熱風排出廠外。水機層自然空氣（記錄資料顯示，機組滿負荷運行時散逸的熱風溫度為65℃，水機層室溫即冷風溫度為30℃）在溫差氣壓下通過機墩進人孔和下機架的4個進風口進入機組風冷自循環(huán)系統(tǒng)，作為補充的冷風。機墩進人孔斷面為1.85m2，大于原設計風道斷面，故自然進風滿足要求。

在綜合考慮以上問題的基礎上還要考慮現(xiàn)場施工方便、節(jié)約投資等因素。經(jīng)過論證，最后決定選用厚度1.5mm的鍍鋅鐵皮做成100cm×60cm矩形通風道，增加BLF2-8型軸流風機，以確保通風流量。去掉一個發(fā)電機上蓋板，將此孔作為風道的進風口，用40mm×4mm角鐵固定風道。風道從進風口沿地面鋪設到墻壁，再順著墻壁到達8m高的窗口，最后伸向窗外，并在風道出口加裝風機一臺。施工要求：①風道連接處密封處理要嚴實、可靠，不能漏氣，尤其是進風口、墻腳、出風口三處轉折點應保證密封；②鋪設安裝要牢固，避免振動和位移，風機與風道采用軟連接；③三臺風機電源線采用暗線方式鋪設在墻內，并裝設一個電源開關箱，分別控制三臺風機；④固定支架統(tǒng)一刷成銀灰色，與管道色調保持一致；⑤工程施工注重外觀質量，做到精細、協(xié)調，整體力求美觀。

5 效果及建議

經(jīng)過改造，加裝通風設施后，機組運行時開啟風機，發(fā)電機產(chǎn)生的熱量經(jīng)過風道迅速排到廠房外，水機層的冷空氣在氣壓作用下又源源不斷補充到發(fā)電機線圈周圍，機組溫度有了明顯降低。經(jīng)過實際運行觀測，夏季定子線圈最高溫度下降到95℃，這對保護發(fā)電機絕緣，延長發(fā)電機壽命起到了很好的作用。主機層和水機層室溫也明顯降低，夏季最高溫度由原來的42℃下降到34℃，與改造前同期相比溫度下降了7℃～9℃，保證了室內設備的安全運行，同時改善了水機層的空氣質量。技改后機組出力也有所提高，連續(xù)五年的平局年發(fā)電量為2300萬kW·h。實踐證明此技改方案技術簡單可行，施工便捷，投資低，運行效果良好。經(jīng)過改造，室內溫度降低，極大改善了運行及檢修人員的工作環(huán)境。到了冬季可停啟風機，封堵風道進風口，使機組熱量散發(fā)到室內以提高室內溫度，起到保溫作用。

在我們成功實施了發(fā)電機組冷卻系統(tǒng)技術改造的同時，也伴隨出現(xiàn)了新的問題，即新增風道設在廠房內既影響美觀又占用生產(chǎn)運行空間。這點值得我們今后研究借鑒。對于從事水電工程設計工作的人員而言，應在設計電站廠房時，充分考慮到機組冷卻效果的問題，可藉此成功經(jīng)驗并加以改進，實現(xiàn)降溫且兼顧美觀。對于水冷效能不足，須輔助風冷的設計案例，建議將機組冷卻風道置于主機層與水機層之間，沿墻體向上用砼澆筑一體成形，將會一舉兩得。陜西水利