大容量燈泡貫流式發(fā)電機(jī)冷卻方式淺析

王洪慶

摘 要：本文主要介紹了大容量燈泡貫流式發(fā)電機(jī)的冷卻方式，通過對各種冷卻方式的特點(diǎn)進(jìn)行比較，推薦合適的冷卻方式，對燈泡貫流式機(jī)組的冷卻系統(tǒng)的選擇有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：燈泡貫流式 冷卻方式 一次冷卻 二次冷卻

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組整體布置在流道里，因流道尺寸的限制，定子直徑與常規(guī)發(fā)電機(jī)相比較小，同時由于發(fā)電機(jī)只能布置于燈泡頭內(nèi)，且燈泡頭內(nèi)空間狹小，導(dǎo)致空氣冷卻器只能布置于定子端部，冷卻效果受到較大影響。另外，燈泡式發(fā)電機(jī)往往轉(zhuǎn)速較低，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)通過加裝風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)壓相對較小，無法滿足發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)空氣循環(huán)的需要。上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得燈泡貫流式發(fā)電機(jī)的冷卻條件較差，并且隨著電機(jī)容量的加大，其通風(fēng)冷卻也會更加困難。

1.冷卻方式

燈泡貫流式發(fā)電機(jī)的通風(fēng)方式有常壓密閉循環(huán)冷卻方式和增壓密閉循環(huán)冷卻方式兩種。增壓密閉循環(huán)冷卻的氣密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高，維護(hù)檢修困難，現(xiàn)今基本不再使用。目前通常采用的是常壓強(qiáng)制密閉空氣循環(huán)通風(fēng)方式，即軸向通風(fēng)方式、徑向通風(fēng)方式和軸向徑向通風(fēng)方式。其熱空氣的冷卻主要采用以下四種方式：

（1）“機(jī)座雙層筒-銅翼片冷卻器”冷卻方式。發(fā)電機(jī)燈泡體內(nèi)不設(shè)置空氣冷卻器，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量先由機(jī)座外側(cè)的雙層筒-銅翼片冷卻器吸收，再傳至機(jī)組外壁的河水。該冷卻方式簡單，無需對發(fā)電機(jī)提供冷卻水，適用于容量較小的機(jī)組，但因定子結(jié)構(gòu)復(fù)雜且加工難度大，在20世紀(jì)80年代以后很少采用。

（2）定子貼壁結(jié)構(gòu)冷卻方式。發(fā)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量一部分由空氣冷卻器吸收，另一部分通過發(fā)電機(jī)定子的貼壁結(jié)構(gòu)被流道內(nèi)的河水吸收。此種冷卻方式下，空氣冷卻器的用水量減少，但存在大容量發(fā)電機(jī)定子的制造難度大，發(fā)電機(jī)的散熱難以解決等問題。

（3）一次冷卻方式。即空氣冷卻器的冷卻水為河水，發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量全部由空氣冷卻器中的冷卻水吸收，冷卻用水量大。

（4）二次冷卻方式。即空氣冷卻器-“冷卻水冷卻器冷卻方式”。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量經(jīng)燈泡體內(nèi)循環(huán)的空氣傳遞給空氣冷卻器，再由空氣冷卻器中的循環(huán)冷卻水傳遞給“冷卻水冷卻器”，最后由流經(jīng)“冷卻水冷卻器”外壁的河水將熱量吸收并帶走。由于空氣冷卻器的冷卻水密閉且被循環(huán)利用，故只需要定期補(bǔ)充少量冷卻水，但對冷卻水的水質(zhì)要求較高。

隨著國內(nèi)燈泡式機(jī)組水頭和單機(jī)容量的逐漸增大，對燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的冷卻性能的要求也越來越高，前兩種冷卻方式不適應(yīng)大容量貫流式發(fā)電機(jī)，目前國內(nèi)大容量貫流式發(fā)電機(jī)主要采用后兩種方式，即一次冷卻方式和二次冷卻方式。

2.一次冷卻和二次冷卻方式比較

一次冷卻為常規(guī)冷卻方式，水源來自于機(jī)組的技術(shù)供水系統(tǒng)，水質(zhì)的好壞對其使用影響較大。如果水質(zhì)較差，空冷器易發(fā)生結(jié)垢形成管路堵塞等故障。一次冷卻方式直接使用河水作為冷卻水，這種冷卻方式不受限于機(jī)組的容量，結(jié)構(gòu)簡單，冷卻效果好，在大、中、小型燈泡貫流機(jī)上均獲得廣泛應(yīng)用。一次冷卻方式下，發(fā)電機(jī)各部位的運(yùn)行溫度相對較低，有利于提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性，延長發(fā)電機(jī)絕緣壽命和改善燈泡頭內(nèi)發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。

二次冷卻方式與河流水質(zhì)無關(guān)，空冷器內(nèi)的冷卻水使用的是經(jīng)過化學(xué)處理的清潔水，密閉循環(huán)使用，能有效避免水中泥沙及水生物卡阻冷卻器，從而確保冷卻系統(tǒng)能夠安全可靠運(yùn)行，減少因卡阻帶來的維護(hù)檢修工作量。但是，由于發(fā)電機(jī)冷卻水通過冷卻套與河水進(jìn)行熱交換帶走熱量，冷卻效果較一次冷卻差，冷卻套的冷卻容量和冷卻效率也會對二次冷卻效果產(chǎn)生較大的影響。

二次冷卻中，有些國外電站把冷卻套從機(jī)組移至進(jìn)水口流道兩側(cè)表面，雖然增加了熱交換器維護(hù)檢修難度，但可降低機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高發(fā)電機(jī)冷卻效果。一次冷卻和二次冷卻的對比詳見表1。

3.一次冷卻和二次冷卻方式的選用

（1）對泥沙和污染物較多的電站，建議采用二次冷卻。對水質(zhì)清潔、水生物少，水硬度低且僅在汛期伴有渾水的電站，建議采用一次冷卻。

（2）電站當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度較高，河水溫度較高的情況，建議采用一次冷卻。

（3）目前，國內(nèi)燈泡貫流式發(fā)電機(jī)一、二次冷卻技術(shù)均比較成熟。過去單機(jī)容量大于40MW時，常建議采用一次冷卻，但現(xiàn)在許多超過此容量的燈泡貫流式發(fā)電機(jī)也采用了二次冷卻系統(tǒng)，如廣西長洲水電站（單機(jī)容量為42MW），老撾南歐江水電站（單機(jī)容量為44MW）和柬埔寨桑河二級水電站（單機(jī)容量為50MW）等。采用二次冷卻時，應(yīng)考慮保證有足夠的冷卻面積和足夠的空間布置冷卻套。

（4）目前電站也可同時安裝一次冷卻和二次冷卻系統(tǒng)，使用時根據(jù)電站實(shí)際情況進(jìn)行切換。

4.結(jié)語

燈泡發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)應(yīng)按簡單、可靠、實(shí)用，運(yùn)行維護(hù)方便和滿足業(yè)主要求的原則，進(jìn)行推薦和設(shè)計。隨著越來越多大容量燈泡貫流式機(jī)組的投入運(yùn)行，必將促進(jìn)其冷卻技術(shù)的革新和進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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