探究大型水轮发电机冷却方式高园林

探究大型水轮发电机冷却方式高园林

高园林

（四川二滩建设咨询有限公司四川省610057）

摘要：水轮发电机是以水轮机为动力，将水能转变为电能的一种发电机，在我国发电行业已经得到了广泛应用。作为大型发电设备的发型水轮发电机，能够为发电站正常运转提供可靠保障，在水工工程投产中使用率最高，而其发电机冷却方式也逐渐成为了学者研究的重点。本文将以大型水轮发电机冷却要求分析为切入点，对发电机冷却方式展开深度探究，旨在提升发电机运行水平，提升大型水电站电能生产水平。

关键词：水温；水轮发电机；发电站；冷却方式

现代社会对于电量的需求量一直处于增长状态，电力系统为应对这一改变，开始对系统容量进行了拓展，整体发电系统电机容量得到了切实优化，但电机冷却等新型问题却逐渐暴露了出来。为保证大型水轮发电机运行质量，避免其因发热程度过高而阻碍容量增加，相关人员都开始对各项电机冷却方式展开了分析与研究。为实现这一点，相关人员首先应对大型水轮发电机冷却要素进行明确。

1、大型水轮发电机冷却要点

1.1定子端接头

水接头的设置，切实增加了定子端的连接难度，整体设计也存在着一定缺陷，很有可能在电机运行过程中，出现定子端运行受损的问题【1】。例如，如果定子端发生漏磁，就会造成该部位部分金属物质出现热度过高的情况，如果不能及时进行处理，变得导致发电机设备出现故障，需要引起相关人员的注意。

1.2水温方面

一方面如果水温过低，就会对绕组绝缘效果以及绝缘性能有着直接关联，当冷却装置吸入水温较低，则会延长机组启动整体时长，长此以往，会导致机组设备出现受损问题；另一方面，发电机定子端外层为绝缘保护层，其在温度作用之下，会出现凝露现象，致使绝缘层绝缘性能打折折扣，定子稳定性也受到了影响，开始出现弯折以及松动问题。而在25℃左右的理想水温中，机组内部运转较为稳定，整体运行状态极为理想，所以水温也是冷却系统运行的重要因素。

1.3用电方面

水冷却系统需要足够的电能进行维持，这也直接说明了电能对于系统运行的重要作用。如果水内冷机组数量较少，用电问题对于整体系统的运行状态影响相对较小；但如果水冷机组数量相对较多，则用电问题就会变得格外突出，相关人员需要对用电情况进行详细考虑，以保证整体系统运行状态。

2、大型水轮发电机冷却方式与比较

2.1冷却方式

2.1.1蒸发冷却方法

通过对水轮发电机立式结构特点的运用，会将绝缘性以及沸点等因素较为理想的介质放入线棒之中，线棒会在电流的作用之下产生一定热量，这时介质温度也会随之上升，并在到达一定高度之后产生汽二相流体。在重力场压差作用下，二相流体会按照自循环规律进入到冷凝器之内，并与其中冷却水形成热交换作用，使热量消散，重新变为液态形态，并进入到下集液管以及回液管之内，且会在压头影响之下，再次进入到线棒之中，进而形成封闭式自循环体系【2】。目前国内已经自主研发成功了700MW级大型水轮发电机，以往蒸发冷却存在的问题也得到了切实解决。

2.1.2水内冷却方法

按照水比热容过大原理，在相同环境之中，水的吸热速度要远远高于其他介质，发电机热量也能在这种原理的作用之下得到迅速冷却，且冷却效率较为理想。该冷却方式机组热应力强度相对较低，且有着盛水容量大以及绝热效果佳等方面的优势，可以通过对定子铁芯以及转子的运用，组成相应工作绕组，以保证整套冷却设备完整性。同时由于定子绕组会受到结构变形以及机械震动的直接影响，对于设备要求极为严格，对压头尺寸以及管路质量有着明文规定，这就要求技术人员在运用这种方式时，尤其要注重对细节的处理。

2.1.3全空冷却方法

该项冷却方式是指，转子铁心以及定子绕组等部分全部采用空气冷却方式进行处理的一种冷却方法。这种方式以无风扇双路径径向密闭以及端部回风自循环空气两种冷却系统为主，当空气经过转子之后，风扇会开始运作并开始产生一定量的动力循环，且会通过对定子机外侧空气冷却器的运用，完成相应冷却工作，电站提供系统中的热量可以被完全带走【3】。这种方式最大的优势便是上下路径规程且风量损耗相对较小，更加便于进行检修与其他相关处理。

2.2冷却方式比较

通过对上文两部分内容的分析，我们可以明确的是：

（1）就技术层面而言，大型水轮发电机所运用冷却方式多以水冷或空冷为主，技术可行性较为较高，但由于发电机飞轮力矩要求较为严格，若直轴瞬变电抗要求不高，且多建议通过空冷方式进行冷却。这种方式前期投资成本一般较高，但后期运行维护费用却会被控制在合理范围之内，加之机组运行稳定性较为理想，所以此种方式的运用频率也相对较高。而且，水冷发电机尺寸相对较小，土建费用成本也较为理想，若需要对厂房以及前期费用进行考虑时，需要优先选择水冷技术。

（2）由于发电机参数与其冷却方式有着密切关联，所以发电机参数选择会对电力系统运行状态产生直接影响。在对冷却方式进行选择过程中，相关人员需要从多角度入手，对一些参数进行适当调整，以实现电机效益最大化，保证冷却方式选择合理性。

（3）发电机冷却方式选择与发电机运行、设计以及制造有着直接关联，在大量新型技术的影响之下，国内电机制造水平得到了显著提升，在这种背景之中，冷却选择方式以及相应问题认知方式也会进入到全新时期。在面对更加多样化的冷却方式时，相关技术人员需要按照发电机冷却实际需求，以及具体冷却效果要求，对冷却方式进行科学选择与运用，以保证电机冷却效果。

结束语

随着大型水轮发电机在国内应用范围的不断拓展，国内对于该设备电机冷却方式的研究力度也在不断加大，我们有理由相信，今后国内水轮发电机冷却效果会得到进一步增强，冷发电机极限容量以及发电机运行温度控制等环节会更加理想，可能会实现免维护运行状态，各项冷却技术会得到切实完善，值得期待。期望通过本文的论述，能够为国内大型水轮发电机行业发展提供一定助力。

参考文献

[1]栗冬.大型水轮发电机冷却方式的探讨[J].黑龙江科技信息,2015,(29):89.

[2]滕启治,谭欣,武紫玉,沈俊,王海峰.大型水轮发电机冷却方式综合评价方法的研究[J].物理学报,2015,(17):421-427.

[3]李明宇,武中德,吴军令.大型水轮发电机推力轴承外加泵外循环冷却技术[J].大电机技术,2014,(05):18-19+62.

作者简介

高园林（1988-06-27），男，汉族，籍贯：湖北大悟人，学历：大学专科，职称：助理工程师，研究方向（工作方向）：水电站机电设备安装工程。