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一、概述
峡口电站位于浙江省江山市境内的江山港上游,峡口镇内峡里自然村,距江山市区约42公里。水库大坝为开敞式埋石砼重力坝,坝高46m,坝顶长286m,坝顶溢洪堰堰顶高程237.00m,集雨面积399.3km2。多年平均降雨量1856.6mm,多年平均经流总量5.19×108m3,水库正常库容4680万m3,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、养鱼等功能的水库。电站现总装机容量为14000KW。厂房内装有4台立式水轮发电机组,其中1号、2号机组原单组容量为4000KW,1973年投产发电,1996年又完成了3号、4号机组的增机扩容,单机容量为2000KW。由于1号、2号机组运行年限已超30年,发电机绝缘严重老化,噪声高等原因,于2007年12月至2008年6月对1号、2号机组实施报废重建、增容、降温降噪技术改造。装机容量由2×4000KW提高到2×5000KW,发电机型号SF5000-16/3250,其定、转子绝缘为F级。水轮机型号HLA643-LJ-134。
二、技改方案
技术改造以前,发电机冷却系统主要采用管道式通风冷却方式,一部分热风通过2台风机从机坑内直接排到厂房外,一部分热风通过转子上部的风扇从上机架上盖板上的4个出风口直接排到厂房内,冷却效果较差。另外由于需要不断地从厂房内吸冷空气到发电机内部进行冷却,发电机温度受环境温度的影响较大,防尘、防潮性能差,会影响电机散热,绝缘易受侵蚀等等。在发电机满负荷或超负荷运行时,其定子、转子经常处于高温状态,加速发电机的绝缘老化,降低发电机的使用寿命,同时厂房内环境温度很高,噪声严重超标。尤其夏天,厂房内温度超过40℃,严重危害了设备的安全运行,也影响了运行人员的身体健康和运行时的安全操作。由于发电机经常处于高温状态运行,在对1号、2号机组进行大修时,发现定子线圈绝缘沥青有严重的渗漏溢出现象。为提高发电机使用寿命,确保电厂安全、可靠、高效运行,针对发电机冷却系统存在问题,利用电厂冷却水水温在夏季高温时通常保持在18℃-22℃的有利条件,在技术改造报告中提出发电机冷却系统采用密闭式自循环通风冷却方式,并提高发电机定、转子绝缘等级。通过设计单位和厂方认可后,进行实施。经运行实践证明,降温降噪技改效果良好。
三、技改措施
发电机冷却系统具体实施以下措施:
(一)降低发电机损耗的措施
水轮发电机从水轮机获得的机械功率,不可能全部变成电功率输出,在水轮发电机的内部总有一部分损耗,主要损耗有铁损耗、铜损耗、机械损耗及附加损耗4部分,这个损耗引起水轮发电机发热。因此,应从源头上采取措施减少发电机的能量损耗。定子铁芯采用导磁性能好、损耗小的优质冷轧无取向的50W310硅钢片交错地迭制而成,并在扇形片的两面均匀地涂以F级绝缘漆,以降低铁损耗。在电磁方案设计时,采取选择较低的定、转子温升值的措施,其中定子为50K,转子为56K,超发10%时,定子为60K,转子为65K,以降低铜损耗。在结构设计时,尽力降低机械损耗,特别是通风损耗,采取严格控制产生风量与所需风量的比值,定量计算、合理选择和设置风路各元件,使风路畅通,风摩阻最小的措施,以降低通风损耗。采取以下措施降低发电机附加损耗:①选取较低的气隙磁密值,以降低极靴表面、阻尼绕组、定子齿部等处的附加损耗;②选取适当的定子槽形尺寸,降低涡流系数,从而降低定子绕组附加铜耗;③选择合理的定子铁心端部形线、磁极压板靴部形线以及阻尼条直径和根数,以降低上述各部位的高次谐波产生的附加损耗。
(二)构建循环风道
由于原机组基础无空气冷却器通风沟,在定子机座下环下方四支墩处增设250mm高的方箱,并在定子机座下环处安装下挡风板,以及在下机架处安装下盖板,以形成空气冷却器的下部循环风路。在定子机座上环处安装上挡风板,并在发电机层安装655mm高的风筒以及在上机架处安装上盖板,以形成空气冷却器的上部循环风路。定子铁芯在轴向方向分成9段,段间用通风槽板隔开,以形成8个通风沟,通风沟的布置能作到气流顺畅平稳,风摩阻最小。空气冷却器中窜出来的冷空气从上机架之间(上支路)和基础风道(下支路)进入转子支架,在转子支臂本身的离心风压及装设在磁轭两端的风扇的作用下,小部分流经绕组端部,大部分流过转子磁轭风沟、磁极间间隙和定转子间空气间隙,进入定子风沟,还有一部分流经齿压板间,然后汇集并经机座冷却器窗孔进入冷却器,热空气经空气冷却器冷却,温度降低后又进入发电机内部冷却铁心和线圈,如此循环不止,发电机的电气损耗和机械损耗所产生的热量就被空气冷却器中的冷却水带走了。
(三)采用新型、高型的空气冷却器,增强其冷却能力
发电机采用4个翅片式高效薄形空气冷却器。在定子机座壁上均匀对称地开4个大方孔,作为从铁芯来的热空气进入空气冷却器的通道,空气冷却器把合在与机座外壁焊接的冷却器架上。空气冷却器为特制件,冷却管由铜管整体加工而成,铜管上密布有许多薄形散热片,其梯度损耗极小,厚度方向既薄,又具有极大的散热面积,良好的冷却效果,在同等条件下运行,该空冷器比老式的绕簧式空冷器的散热效率高30%以上。热风吹拂散热匝,热量即由管中的冷却水带走,冷却后的风温不超过40℃,冷却水压为0.2MPa,每个冷却器的散热容量为50KW,耗水量为1250L/min。在冷却器进出风口设置温度监测装置以便监测冷却器的换热效果。
(四)四个空气冷却器的进、出水管采用并联接法,各空气冷却器的进、出水管都装有阀门,当一个空气冷却器损环时,可以立即退出运行,而不影响机组正常运行。同时为配合机组自动化控制和监测冷却水状况,总技术供水阀门由手动改为电动阀门,在空气冷却器出水管中设置示流器。
(五)加强密封、增大风量、降低噪声
发电机的上、下挡风板,上、下盖板以及风筒的连接处都采用羊毛毡密封。一方面降低了噪声,另一方面增大了冷却风量。为保证有足够的空气量来冷却所有的发电机部件,在转子磁轭两端改装斗式风扇,加快发电机内部空气的循环。
(六)拆除机坑内的2台风机,并用砖把原来的风机洞堵住。
四、技改成效
峡口电站技改后,经过几年的运行实践及技改前后温度噪声数据统计分析证明,降温降噪技术改造相当成功。它极大地提高了峡口电站机组运行的稳定性,使机组能更加安全、高效、经济地运行,同时也为运行人员提供了一个更加良好地工作环境。具体数据如表1
参考文献:
[1]钱文良,钱匡巍.南山电厂发电机降温降噪技术改造[J].小水电,2001.
[2]吕建平.峡口水电站1#、2#机组报废重建初步设计报告.
峡口电站位于浙江省江山市境内的江山港上游,峡口镇内峡里自然村,距江山市区约42公里。水库大坝为开敞式埋石砼重力坝,坝高46m,坝顶长286m,坝顶溢洪堰堰顶高程237.00m,集雨面积399.3km2。多年平均降雨量1856.6mm,多年平均经流总量5.19×108m3,水库正常库容4680万m3,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、养鱼等功能的水库。电站现总装机容量为14000KW。厂房内装有4台立式水轮发电机组,其中1号、2号机组原单组容量为4000KW,1973年投产发电,1996年又完成了3号、4号机组的增机扩容,单机容量为2000KW。由于1号、2号机组运行年限已超30年,发电机绝缘严重老化,噪声高等原因,于2007年12月至2008年6月对1号、2号机组实施报废重建、增容、降温降噪技术改造。装机容量由2×4000KW提高到2×5000KW,发电机型号SF5000-16/3250,其定、转子绝缘为F级。水轮机型号HLA643-LJ-134。
二、技改方案
技术改造以前,发电机冷却系统主要采用管道式通风冷却方式,一部分热风通过2台风机从机坑内直接排到厂房外,一部分热风通过转子上部的风扇从上机架上盖板上的4个出风口直接排到厂房内,冷却效果较差。另外由于需要不断地从厂房内吸冷空气到发电机内部进行冷却,发电机温度受环境温度的影响较大,防尘、防潮性能差,会影响电机散热,绝缘易受侵蚀等等。在发电机满负荷或超负荷运行时,其定子、转子经常处于高温状态,加速发电机的绝缘老化,降低发电机的使用寿命,同时厂房内环境温度很高,噪声严重超标。尤其夏天,厂房内温度超过40℃,严重危害了设备的安全运行,也影响了运行人员的身体健康和运行时的安全操作。由于发电机经常处于高温状态运行,在对1号、2号机组进行大修时,发现定子线圈绝缘沥青有严重的渗漏溢出现象。为提高发电机使用寿命,确保电厂安全、可靠、高效运行,针对发电机冷却系统存在问题,利用电厂冷却水水温在夏季高温时通常保持在18℃-22℃的有利条件,在技术改造报告中提出发电机冷却系统采用密闭式自循环通风冷却方式,并提高发电机定、转子绝缘等级。通过设计单位和厂方认可后,进行实施。经运行实践证明,降温降噪技改效果良好。
三、技改措施
发电机冷却系统具体实施以下措施:
(一)降低发电机损耗的措施
水轮发电机从水轮机获得的机械功率,不可能全部变成电功率输出,在水轮发电机的内部总有一部分损耗,主要损耗有铁损耗、铜损耗、机械损耗及附加损耗4部分,这个损耗引起水轮发电机发热。因此,应从源头上采取措施减少发电机的能量损耗。定子铁芯采用导磁性能好、损耗小的优质冷轧无取向的50W310硅钢片交错地迭制而成,并在扇形片的两面均匀地涂以F级绝缘漆,以降低铁损耗。在电磁方案设计时,采取选择较低的定、转子温升值的措施,其中定子为50K,转子为56K,超发10%时,定子为60K,转子为65K,以降低铜损耗。在结构设计时,尽力降低机械损耗,特别是通风损耗,采取严格控制产生风量与所需风量的比值,定量计算、合理选择和设置风路各元件,使风路畅通,风摩阻最小的措施,以降低通风损耗。采取以下措施降低发电机附加损耗:①选取较低的气隙磁密值,以降低极靴表面、阻尼绕组、定子齿部等处的附加损耗;②选取适当的定子槽形尺寸,降低涡流系数,从而降低定子绕组附加铜耗;③选择合理的定子铁心端部形线、磁极压板靴部形线以及阻尼条直径和根数,以降低上述各部位的高次谐波产生的附加损耗。
(二)构建循环风道
由于原机组基础无空气冷却器通风沟,在定子机座下环下方四支墩处增设250mm高的方箱,并在定子机座下环处安装下挡风板,以及在下机架处安装下盖板,以形成空气冷却器的下部循环风路。在定子机座上环处安装上挡风板,并在发电机层安装655mm高的风筒以及在上机架处安装上盖板,以形成空气冷却器的上部循环风路。定子铁芯在轴向方向分成9段,段间用通风槽板隔开,以形成8个通风沟,通风沟的布置能作到气流顺畅平稳,风摩阻最小。空气冷却器中窜出来的冷空气从上机架之间(上支路)和基础风道(下支路)进入转子支架,在转子支臂本身的离心风压及装设在磁轭两端的风扇的作用下,小部分流经绕组端部,大部分流过转子磁轭风沟、磁极间间隙和定转子间空气间隙,进入定子风沟,还有一部分流经齿压板间,然后汇集并经机座冷却器窗孔进入冷却器,热空气经空气冷却器冷却,温度降低后又进入发电机内部冷却铁心和线圈,如此循环不止,发电机的电气损耗和机械损耗所产生的热量就被空气冷却器中的冷却水带走了。
(三)采用新型、高型的空气冷却器,增强其冷却能力
发电机采用4个翅片式高效薄形空气冷却器。在定子机座壁上均匀对称地开4个大方孔,作为从铁芯来的热空气进入空气冷却器的通道,空气冷却器把合在与机座外壁焊接的冷却器架上。空气冷却器为特制件,冷却管由铜管整体加工而成,铜管上密布有许多薄形散热片,其梯度损耗极小,厚度方向既薄,又具有极大的散热面积,良好的冷却效果,在同等条件下运行,该空冷器比老式的绕簧式空冷器的散热效率高30%以上。热风吹拂散热匝,热量即由管中的冷却水带走,冷却后的风温不超过40℃,冷却水压为0.2MPa,每个冷却器的散热容量为50KW,耗水量为1250L/min。在冷却器进出风口设置温度监测装置以便监测冷却器的换热效果。
(四)四个空气冷却器的进、出水管采用并联接法,各空气冷却器的进、出水管都装有阀门,当一个空气冷却器损环时,可以立即退出运行,而不影响机组正常运行。同时为配合机组自动化控制和监测冷却水状况,总技术供水阀门由手动改为电动阀门,在空气冷却器出水管中设置示流器。
(五)加强密封、增大风量、降低噪声
发电机的上、下挡风板,上、下盖板以及风筒的连接处都采用羊毛毡密封。一方面降低了噪声,另一方面增大了冷却风量。为保证有足够的空气量来冷却所有的发电机部件,在转子磁轭两端改装斗式风扇,加快发电机内部空气的循环。
(六)拆除机坑内的2台风机,并用砖把原来的风机洞堵住。
四、技改成效
峡口电站技改后,经过几年的运行实践及技改前后温度噪声数据统计分析证明,降温降噪技术改造相当成功。它极大地提高了峡口电站机组运行的稳定性,使机组能更加安全、高效、经济地运行,同时也为运行人员提供了一个更加良好地工作环境。具体数据如表1
参考文献:
[1]钱文良,钱匡巍.南山电厂发电机降温降噪技术改造[J].小水电,2001.
[2]吕建平.峡口水电站1#、2#机组报废重建初步设计报告.