飞来峡灯泡贯流式机组冷却系统改造与建议.docx

飞来峡灯泡贯流式机组冷却系统改造与建议刘杰(广东清远飞来峡水利枢纽管理局 ,广东 清远 511825) 摘要 简介飞来峡灯泡贯流式机组冷却系统 ,对机组投产后冷却系统的运行及改造情况进行总结分析 ,指出尚存在的问题 ,并加以分析 ,提出技改建议 。 关键词 灯泡贯流机组 ;冷却系统 ;改造 中图分类号 t k73014 文献标识码 b 文章编号 1003 - 1510 (2008) 02 - 0041 - 031飞来峡机组冷却系统飞来峡电厂是位于广东省北江中下游的低水头径流式电站 ,装置了 4 台灯泡贯流式水轮发电机组 ,机组及监控系统从奥地利 el in 和 mc e 公司进口 ,机组主要参数如下 :(1)发电机 : 额定容量 : 39 mva , 绝缘等级 :f ,额定电压 : 1015 5 % kv , 额定电流 : 214414 a ,冷却方式 :密闭空气/ 冷却水循环 ,河水二次冷却 ;(2)水轮机 : 转轮直径 : 7 m ,额定转速 : 83133r/ min ,额定水头 :8153 m ,额定流量 473 m3 / s ,最大发电水头 :13183 m ,最小发电水头 :3161 m ;图 1 发电机冷却系统示意图(3)飞来峡河水设计最高水温 : 30 ,年平均于机组的最高设计温度的现象 ,特别是 1 # 机组 ,定子线圈温度曾高达 13412 ,铁芯温度达 11212 ,正向推力瓦温达 69 。在夏季 ,机组在运行时多次 出现了发电机风温度高的报警 ,使机组时有被迫限负荷运行 ,甚至在减负荷时出现了热风温度高跳闸的事件 。针对飞来峡的情况 ,供货方做了研究并提出解决 方案经我方认可后 ,对发电机冷却系统做了以下的改造 :风机的叶片转角从 190调整到 240,以加大风流量 。拆去了定子下游侧的所有挡风板和上游侧的部分挡风 板 ,以降低风损 。用合成树脂对发电机定子绕组的线 槽压板和端部挡板的缝隙进行了封堵 ,改变发电机冷风流向即风路 。将冷却系统的 8 台 515 kw 轴流风机的马达更换成 715 kw ,以增加风压 。整个改造于 2000 年 9 月完成后 ,定子绕组的最 高温度为 118 ( 下降 1016 ) ,正向推力瓦温为水温 :2119 , 实测最高水温 : 3212 , 实测最低水温 :4 。 飞来峡机组采用的是密闭循环强迫通风的冷却方式 。整个系统由 8 台轴流风机 、8 台空气/ 水热交换器 、两组水/ 水表面冷却器 、两台互为备用的循环 水泵 、一个膨胀水箱及管路等组成 。从运行原理上看 ,它具有两个密闭循环冷却系统 ,经过二次热交换进行冷却 ,即“空气 冷却水”、“冷却水 河水”的 热量传递方式 (见图 1) 。2运行中出现的问题及冷却系统改造2 . 1调整风机叶片转角改善发电机定子线圈温度高状况自飞来峡发电机组相继投入运行后 , 4 台机组 普遍出现过在带额定负荷运行时 ,定子线圈温度高 收稿日期 2008202202 作者简介 刘 杰 ( 1974 - ) ,男 ,广东清远人 ,广东清远飞来峡水利枢纽管理局工程师 ,学士 ,从事发电厂运行管理工作 。41刘 杰 :飞来峡灯泡贯流式机组冷却系统改造与建议6716 ,冷却效果得到一定的改善 。但总体来看温度仍然偏高 ,在高温季节 ,机组还需要限负荷运行 。2 . 2对发电机转子阻尼系统进行改造 ,减少冷却系 统热源2001 年 10 月 , 在计划性检修中 , 发现 2 # 机组 磁极阻尼棒有断裂现象 ,将磁极全部拔出以后 ,发现大部分磁极都存在不同程度的阻尼棒损伤 ,大多数 磁极阻尼棒有高温断裂现象 ,且阻尼棒的断裂有较 强的规律性 。问题较严重的阻尼棒都位于磁极旋转 方向的最后一根 ,然后是第二根 、第一根 。磁极阻尼棒槽口撑破 ,阻尼棒挤出槽口 ,在气隙中挤压变形 。 针对机组的问题和实际情况 ,对 1 # 机组 、2 # 机组 、3 # 机组 、4 # 机组分别进行了如下的改造 :转子磁 极重新叠片 ,减少磁极叠片数 ,降低磁极厚度 ,机组 的气隙由原来的 9 mm 增加到 11 mm ; 转子磁极阻尼棒直径由 3 16 mm 改为 3 18 mm ; 由于阻尼棒截面积增大 ,发电机组定 、转子槽配合比 t 2/ t 1由以前的 019 改为 0185 ,减弱了电磁谐波的电磁振 荡 ;单相励磁变压器的容量由 200 kva 更换为 250kva ,励磁变压器低压侧每相增加一根电缆 ,励磁回 路的正负极各增加一根电缆 。由 2 # 机组改造前 后 的 运 行 参 数 对 比 , 我 们 发 现 ,在外部运行环境相近的情况下 ,改造后机组的热风和冷风较改造前降低了 8 ,定子线圈温度降低 了 10 左右 ,温度降低幅度较大 , 改善了机组运行 条件 ,提高了机组运行的安全稳定性 。对冷却系统来说 ,相当于其热源所发出的热量 减少了 ,减轻了冷却系统的负荷 ,有利于整体冷却效果的提高 。2 . 3增加辅助水泵改善表面冷却器内侧水循环 ,提 高散热效果飞来峡机组采用较新颖的表面冷却器 ,安装在机组泡头竖井与管形座之间 。表面冷却器热交换能力不 足 。由于表面冷却器布置局限性 ,其外部河水流速小 ,容易造成泥沙淤积和粘聚贝壳之类的河水寄生物影响 冷却效果 ,特别是其内侧 ,由于是包围结构 ,内部的水无法流动 ,对热交换十分不利 ,影响散热效果 。 针对 此 问 题 对 冷 却 系 统 做 出 以 下 改 造 ( 见 图2) :在机组流道取水口的蝶阀 ( 14172 高层) 前 ,加装一根水管和水泵 ,从流道取水 ,在机组表面冷却器上 方的流道盖板上打孔 ,用水泵将从流道来的水打到表面冷却器内表面内 ,使相对静止的水循环流动起 来 ,为了使表面冷却器围住的水能有效地循环流动 ,将水泵的出水口分成 4 个出水口 ,相向布置在表面冷却器两对角底部 ,出口与底部垂直向下 ,使表面冷42却器间的水旋转起来 。这样既可有效排走表面冷却器内表面内的垃圾 、泥沙和污垢 ,又可提高表面冷却 器与河水的热交换效率 ,提高表面冷却器的散热能力 ,从而提高冷却系统的冷却容量 ,降低机组运行温 度 (按每 6 min 将表面冷却器之间的水排出) 。图 2 机组冷却系统改造图此改造方案完成后 ,在辅助水流的作用下 ,较好改善了表面冷却器处淤泥淤积情况 ,提高了表面冷 却器的散热水平 ,从发电机方面反映出的现象是 ,定子铁芯与线圈温度比原来下降 12c ,对改善发电 机组运行状况起到了一定的作用 。3遗留问题和研究方向飞来峡机组冷却系统经过多次改造后 ,每次改造都取得了一定的效果 ,但仍没满意 ,可以说冷却效果仍不能满足安全运行要求 。发电机风温 、瓦温 、冷却 水温 、轴承油温仍较高 ,正常年在 607214c 之间 , 是严重影响到机组安全运行的重要因素 。由于我们 前几次改造主要是从解决发电机定子温度高的问题出发的 ,发电机定子温度降下来后 ,对冷却系统造成 了一定的影响 ,表面冷却器热交换能力一定 ,而对机 组通风系统进行改造 ,增大了发电机内风速 ,带走了较多的热量 ,使冷却水温处于较高水平 ,这就使轴承 油和风温较高 ,造成轴瓦运行温度比较高 。所以冷却 系统还存在一定的问题有待于进一步研究和解决 。3 . 1 表面冷却器存在问题经过几年的运行 ,由于北江的泥沙含量较大 ,表 面冷却器处河水流速较小 ,每年检修时进入流道进行检查时 ,发现表面冷却器处有大量淤泥淤积 ,粘聚 贝壳之类的水生物 ,造成表面冷却器热交换效果降 低 。每年都对表面冷却器进行清扫 。用表面冷却器这种设计在欧洲的河流上用得较为成功 。然而表面 冷却器不同于冷却套 。冷却套与河水的接触面大 , 河水在与冷却套进行热交换时带走的热量多 ,冷却广西水利水电gx wa t er r esou rces & h ydro pow er en gin eer in g 2008 (2)比较充分 ;而竖立安装在机组泡头竖井与管形座之间的表面冷却器 ,它与河水的接触面较小 ,相应位置 外面的河水流速相对较慢 ,所以河水与表面冷却器的热交换量不够充分 ,河水带走的热量不足 ,造成飞 来峡水机组运行时温度偏高 。在河水温一定时 ,相同负荷下 ,发电机冷水温度和热水温度相差 3 5 ,可见 ,热水经过表面冷却 器后热交换效果不理想 ,导致冷却水温度偏高 ,影响 冷却效果 。若在炎热的 8 ,9 月份 ,冷却水温度将更高 。如何改善表面冷却器的冷却效果 ,一方面可从 增大表面冷却器与河水的接触面积考虑 ,如采用冷 却套 ,冷却水在冷却套中循环 ,将冷却器交换的热量 传递至河水 。冷却套与河水的接触面大 ,河水在与冷却套进行热交换时带走的热量多 ,冷却比较充分 , 冷却效果好于表面冷却器 。但这种方法改造工程量 大 ,需增加的设备多 ,耗时长 ,同时增加了泡头的重量 ,实施起来难度大 。 另一方面从增加冷却水在表面冷却器内的停留时间考虑 ,可适当增加表面冷却器的容量 ,增大其内部管路的管径 ,这样一来 ,因流入和流出表面冷却器 水的流量一定 ,水的流速就会减慢 ,使水能在表面冷 却器内停留的时间延长 ,与河水进行充分的热交换 ,使冷水温度降的更低些 ,再对发电机和轴承油进行 冷却 ,其效果将会更好 。此方法只对表面冷却器重 新加工处理 , 工作量相对来说小的多 , 也更容易实施 ,但其冷却效果比不上冷却套 。另外 ,表面冷却器 内外侧的平压 ,其结构刚度 、强度一定要保证 ,否则 将使得表面冷却器在机组充水时易损坏 ,并且在冷却系统加压运行时易漏水 。3 . 2 对轴承油采用的外循环冷却方式目前轴承油温冷却前后冷油 、热油温度和冷却 水的冷水 、热水温度非常接近 , 经过轴承油冷却器后 ,油和水的温度接近相等 ,这说明轴承油冷却器的 热交换效果很理想 ,而造成轴承油温偏高的原因是冷却水温度偏高 ,使得轴承油对轴承的冷却效果不好 ,从而导致轴承瓦温偏高 。若对轴承油系统采用 外循环冷却方式 ,由于河水温度比冷却水冷水温度低 12c 左右 ,能大大提高轴承油的冷却效果 ,使轴 承油温有明显的降低 ,再用温度降低后的油对轴承 进行冷却 ,将有效地解决轴承瓦温高的问题 。另外 ,对轴承油系统采用外循环后 ,相当于给原来的冷却 系统甩掉了一部分负荷 ,对发电机的冷却效果也将 有一定程度的改善 。从可行性上来看 ,轴承油冷却器位于流道盖板 上 ,与流道取水阀距离较近 ,很容易实现外循环的管 路布置 ,对其它设备的影响不大 ,改造较容易实施 , 难度不大 。由于外循环系统 ,对设备的腐蚀损伤较大 ,也容易出现管路堵塞的问题 ,但因为轴承油冷却 器位置上的优势 ,容易更换和维护 ,出现冷却器严重 腐蚀或堵塞时 ,可采用整体更换的办法 。另外 ,在外循环冷却水系统运行时 ,由于北江水中微生物较多 , 容易发生过滤器堵塞的问题 ,机组的连续运行时间 一般较长 ,在设计中必须考虑在运行状态下进行过滤器的清污工作 。4结语以上对飞来峡发电厂机组冷却系统做了简单介绍 ,对运行过程中出现的问题进行了总结和分析 ,介绍了我厂针对冷却系统进行的技术改造情况 ,并结 合设计理论和运行经验对冷却系统的进一步完善提出了建议 ,以及改善方法 ,在此建议对冷却系统的改造 ,应从这几个方面考虑 : 减少或消除热源的产生 ;增加冷却系统散热功率 ; 分析及技术改造应站在系 统的高度考虑 , 任何改造应把冷却系统 ( 发电机冷却 、轴承油冷却 、调速器油冷却) 作为整体考虑 ,避免局部散热功率的调整 。(责任编辑 :周 群)cool ing system upgra de f or thebul b turbine generator un its offeila ixia hydra ul ic complexl iu j ie(administ ratio n bureau of feilaixia hydraulic co mplex , qingyuan 511825 , china)abstract :an int ro ductio n was made o n t he cooling system of t he bulb t urbine generato r unit installed in feilaixiahydraulic co mplex , including t he operating state since t h