高压电机降温改造研究

高压电机降温改造研究

宋贤刚李丞文

（新乡华新电力集团股份公司河南新乡453000）

摘要：随着电力行业节能增效的要求，高效益高压电机的需求不断增加，电机降温改造是电机修理行业的一个发展方向。高压电机定子绕组降温改造是电机修理过程中一个非常重要的环节，设计方案的对与错以及误差的大小直接影响到电机运行过程中的自身温度。多年来我单位一直致力于高压电机降温改造的方案研究，在大家的共同努力和实验下，经过反复论证最终得出两种较为安全稳定的电机降温改造方案：

方案一、电机增容方案（增大电机容量、更换定子绕组来达到降温的效果）。本方案的实施需拆除电机旧绕组，采集电机各种数据（原始绕组线径、匝数、定子槽数、槽型、定转子铁芯长度等）来测算增容余量。此方案改造周期长、耗费人工及材料、经济成本相对较高、降温效果有限（局限于电机现有的槽配），故实施相对较难。

方案二、电机冷凝器改造方案（将冷凝器的自循环风道改造为强制循环风道）。本方案的实施无需改变电机绕组现状，只需测量电机冷凝器现有通风管道的尺寸，通过加装强迫冷却风机，促使电机内部冷却介质与电机外部冷却介质的交换来达到降温的目的。此方案改造周期短、无需耗费大量的人工及材料、经济成本相对较低，降温效果较为显著，实施相对容易。

一、高压电机采用强迫通风冷凝器的必要性

在高压电机的设计中，由于电机防护等级的要求较高，一般是不允许电机内部的冷却介质与周围环境的冷却介质相互流通的，因此，如何将电机运行时产生的大量热量由内部的冷却介质有效、迅速的传递到周围环境的冷却介质，使电机温升符合设计要求，这个问题一直是电机设计的重要关注点之一。高效益、低成本改造技术是高压电机修理的一个研究课题，因此，优越冷却系统是实现高压电机向高效益方向发展的必要条件。

电机采用强迫通风冷却的情况一般为：因为电机在生产运行时，依靠自身转子风道和风扇产生的风压和风量已不能满足电机通风散热的需求，必须通过增加外部风机产生较大的风压和风量，来加强电机的通风散热，以达到降低电机温升的效果。

二、冷凝器冷却风路的设计

根据电机内风路的布置，一般有径~轴混合通风和轴向通风两种情况，相应强风冷凝器也需采用单风路或双风路结构。

单风路结构（图1）即是电机本体内部的热空气从一端出来，进入到冷凝器中，通过热交换器形成冷空气，再由风机抽出，补充到电机本体内部，形成内风路循环；外风路是周围环境的冷空气通过热交换器的风管内部，吸收热量形成热空气后，由风机抽出。

双风路结构（图2）即是电机本体内部的热空气从中部铁心位置出来，进入到冷凝器中，分为两路通过热交换器形成冷空气，再由两端风机抽出，补充到电机本体内部，形成内风路循环；外风路与单风路结构相同。

图1电机单风路结构

图2电机双风路结构

三、冷凝器内、外风路的设计

对于风路设计的基本要求是：

（1）满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；

（2）最高效率要高，效率曲线平坦；

（3）压力曲线的稳定工作区间要宽；

（4）结构简单，工艺性能好；

（5）足够的强度，刚度，工作安全可靠；

（6）噪音低；

（7）尺寸尽量小，重量经；

（8）维护方便。

（一）冷凝器的内风路由于形状复杂，受风速、管间距、管排数及铁心尺寸影响，一般是采取实验测定法，测量在不同管间距、不同管排数下的换热器压力损失，再估算内风路整体压力损失，然后与实测数据验证，保证内风机风压和风量足够。

（二）冷凝器的外风路即是电机外部的冷空气通过直管内部，与管壁进行热交换，形成热空气，再经由风机抽出到外界环境。风路的主要特点是风道简单，压力损失较小，所需的风量相对较大，因此，选用大风量的轴流通风机进行抽风较为合理。

为简化设计和制造，轴流风扇叶片截面选定为圆弧板翼型，叶片角度采用等环流设计，即气流通过叶片时获得的全压沿叶片高度保持不变，效率较高，叶片数为4片（图3），具体设计计算见文献[1]，风扇叶片由薄钢板弯制而成，整体焊接成型，具有很好的强度且重量较轻。

图3

上述两种方案都经过了具体的实施改造，经过对比，电机冷凝器改造方案投资少、稳定性更强，此设计方案只需将冷凝器的自循环风道改造为强制循环风道，而避免了电机增容方案（增大电机容量、更换定子绕组）来达到降温的效果。此设计方案已经过国电濮阳710KW电机、国电晋城315KW循环水泵电机进行实际改造，定子绕组温度下降20℃左右，取得了显著成效。

参考文献

［1］离心式与轴流式通风机.电力工业出版社.

［2］汤蕴缪、史乃.电机学.机械工业出版社.

［3］湘潭电机厂.交流电机设计手册.湖南人民出版社.

［4］张正端、邵洪福.换热器及其计算基础知识.化学工业出版社.

［5］陈世坤.电机设计.机械工业出版社.