水电厂发电机通风系统改造
龚嘴水电厂1号发电机组运行至今已三十多年，现在设备老化现象严重。2003年5月该厂改造了1号水轮发电机组定子线圈、铁芯和水涡轮，通过采用新型通风系统结构，实现了定子、转子温升分布均匀，温升较低，达到发电机增容10MW的效果。
关键词：水轮发电机组；通风系统改造；温升
龚嘴水电厂位于四川省境内大渡河流域下游，全厂装有7台机组，总装机容量7×100MW。1号水力发电机组自1971年投入运行以来，至今已30余年，现在设备老化严重，机组效率由投运时92下降到80左右。1997年，经成都勘测设计研究院、东方电机厂对1号水轮发电机组进行多方计算核实，证实通过更换新型转轮和发电机定子铁芯、线圈，结合通风系统的改造，可以实现单机增容10MW。2003年5月，1号发电机组增容改造完毕。改造后的通风系统取得了良好的效果。现将1号发电机组通风系统改造进行介绍。
1．改造的必要性和主要技术参数
1．1通风系统改造的必要性
根据发电机原理和功角特性来说明通风系统改造的必要性（见图1）。对运行于100MW额定工况的发电机，端电压U保持不变，提高水轮机输入功率，电枢电流I增大，使内电势E0增大，保持功率因数cosφ不变，增大励磁电流If，即可实现增容。定子、转子电流的增加必然引起损耗增加，导致温升增高，加上本次改造过程中转子磁极保持原来的B级绝缘，故须结合通风系统的改造，以保证发电机增容后长期安全运行。
1．2机组主要技术参数
发电机：
型号：TS280/150-68
额定容量：129．4MVA
功率因数：0．85
电压：15．75kV
电流：4744A
励磁电压：295V
励磁电流：1570A
效率：98．45
转速：88．2r/min
损耗：1336kW
水轮机：
型号：HLD340-LJ-590
容量：110MW
2．发电机通风系统改造
2．1改造前发电机通风系统
1号发电机通风方式为双向封闭自循环斗式风扇通风系统（如图2），由转子、磁极和斗式风扇旋转而形成压头。发电机转子支臂为高强度低合金钢板焊接成盒形下斜结构，由于支臂下斜，转子下入风口靠近推力上盖，转子旋转作用使得进入转子下入口前的空气撞击下支架腿造成大旋涡，形成负压，加速油槽内透平油的汽化。这些油汽混合体又直接被转子吸入并吹入定子风沟，导致定子表面油污堆积，使定子表面散热困难，促使绝缘老化加速、性能下降。空气冷却器原为4绕簧管冷却器共18只，已经有4次因为冷却器铜管漏水引起发电机定子线棒对地击穿，严重地影响了正常的发供电。
2．2发电机改造内容
通风系统采用哈尔滨精英水电增容技术开发公司的专利技术对龚站发电机通风系统也进行了改造，主要改造内容有：
（1）拆除原机上下斗式风扇和相应的水平和立式挡风板，简化风路结构；
（2）转子磁极上下端利用原机把合风扇的螺杆把合一圈高强度玻璃钢旋转风斗，增强定转子气隙压头，强化上下齿板区的散热；
（3）改盒形转子支架为圆盘支架结构，减少转子支架漩涡，提高支架有效压头；
（4）封堵转子支架下入风口，消除电机下风口大漩涡；
（5）合理增大冷却器有效面积，冷却器采用双金属翅片式空冷，材质采用耐磨且导热性能高的紫铜管；
（6）铁芯的段长由原来的60mm改为32mm，由原来的27段改为34段，段间的通风沟由原来的10mm高改为6mm高，增加了发电机线圈、铁芯散热有效面积。
2.3改造后发电机通风系统
把原来的双路封闭循环扇式风扇通风系统改造成现在的单路封闭循环风斗式通风系统（见图3），发电机的风路和冷却更趋于合理、效率更高。旋转风斗既可以增加转子磁极的通风量，又可以减轻发电机定子线圈上端后部的死风区。发电机下部进风一部分同改造前一样，从空气冷却器的下部机坑进风通过转子磁轭、磁极、定子线圈与铁芯、通风件进入空气冷却器；由于下部水平和立式挡风板的拆除，另外一部分从机壳下部进入定子线圈和铁芯再到空气冷却器，从而消除了定子线圈下部死风区。将发电机上机架立式和水平挡风板拆除后，发电机上部通风一部分通过转子进入空气冷却器，另一部分进入旋转风斗，再进入冷却器。这既增加了旋转风斗的进风量和减少了阻力，又防止了油槽内透平油的汽化，避免油汽混合体被转子吸入并吹入定子铁芯通风沟内，保证定子表面的清洁，满足了发电机的冷却，降低了发电机的温升。
3.发电机通风和温升试验
3.1试验目的
由于新机定子线圈、铁芯全部更新，转子磁极铁芯及线圈拆除后全部分解、清扫、清洗。试验需验证改造后的通风是否满足增容后发电机运行要求。
3.2试验工况
通风试验保持额定转速在ne±0.05ne；温升试验分别在（70％、80％、90％、100％）Pe有功负荷下进行。
3.3测试项目
发电机总通风量、通风损耗、空气冷却器冷热风温、发电机定子线圈、铁芯温度和转子平均温度。
发电机通风试验结果表明：铁芯风沟风速测试值为6.46～14.68m／s；冷却总风量测试值为93.62m3／s，满足发电机在额定有功负荷110MW运行时所需冷却风量的要求。发电机通风摩擦损耗测试值为477.622kW，定子铁芯损耗测试值为465.316kW，定子铜损耗测试值为655.142kW。
温升试验主要数据见表1和图4。
由图4可知转子温升和风温升与转子电流平方成线性关系，温升试验数据是可靠的。
由于考核工况与额定工况尚有微小差别，将其归算至额定工况。额定工况转子绕组平均温升为：
温升试验表明增容后转子和发电机各部位温升值均在允许值以内，仍有很大的温升裕度，并且低于东方电机厂的设计值（即考核温升值）。发电机可在额定进风温度、额定视在功率、额定有功功率、额定功率因数下长期稳定、安全运行。
4.结语
通过机组试验和运行表明，采用新型通风系统结构和对冷却器进行改造，龚嘴水电厂1号发电机增容10MW改造是成功的，增容后定子、转子温升分布均匀，温升较低。为龚嘴水电厂后继六台机组的增容改造创造了条件。
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