丁大鵬 朱磊 李原 吳冬雪

(哈爾濱電機廠有限責任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

全空冷汽輪發(fā)電機通風冷卻研究

丁大鵬 朱磊 李原 吳冬雪

(哈爾濱電機廠有限責任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

大容量汽輪發(fā)電機具有良好的經(jīng)濟性和適用性,所以成為電力工業(yè)和電機制造業(yè)的重點項目之一。本文主要對全空冷氣輪發(fā)電機通風冷卻的方式、特點、單機容量的重要性、影響因素、發(fā)展現(xiàn)狀、適用范圍、以及未來的趨勢進行了研究、并且做了全方位的介紹。

全空冷汽輪 發(fā)電機 通風冷卻 重要性 方式

隨著我國經(jīng)濟和社會水平的快速發(fā)展，用電量增加，相應的對電的需求量也增加。所以各個國家或公司都加大了對電機類的建設與投放。目前很多發(fā)達國家已經(jīng)開始進入全國電網(wǎng)互聯(lián)，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置階段。美國一個公司1960年生產(chǎn)出第一臺200MW機組，1960年生產(chǎn)出第一臺110MW機組，其間大約每4-5年單機容量就翻一番。因此，汽輪發(fā)電機的通風系統(tǒng)研究成為汽輪發(fā)電機研究中的重點研究對象。

1 全空冷的技術(shù)中,單機容量的重要性

(1)對于汽輪發(fā)電機而言，單機容量是一個十分重要的指標。同時，在今天低碳環(huán)保的理念下，安裝維護和正常運行的消耗越低是共同追求的目標完成這一點可以采取的有效措施就是提高發(fā)電機的外形尺寸和電磁參數(shù)。由于定子運輸尺寸和轉(zhuǎn)子撓度限制了外形尺寸的增大。所以，要提高單機容量更多的依靠提高電磁參數(shù)。

(2)冷卻技術(shù)與影響他的因素的關(guān)系。在各個不同的冷卻方式下，電機的負荷能力隨冷卻設備以及技術(shù)的增強而增大，變成了電機性能參數(shù)中起決定性作用的因素，電磁損耗-隨著線負荷的增加而增加。但是，采用了諸如氫氣等冷卻能力強的介質(zhì)。它的冷卻效果就會大大增強。同時，相應的對應到通風損耗上，它的通風損耗就會下降為原來的10%以下，對于其他條件都相同的發(fā)電機而言，總損耗不僅不增加，反而變成了與之相反，呈現(xiàn)持續(xù)明顯降低的趨勢。機械損耗，在銅損耗和鐵損耗是電機的主要損耗方式。機械損耗是指利用風扇強迫冷卻介質(zhì)在電機內(nèi)部的損耗。有的時候，在電機工作時，與電機同時工作的或者說是電機的組成部分也會相應的發(fā)生變化。當電機溫度較高時，其電氣、物理和其他許多性能都深受影響。當溫度達到一些特定的閥值時，絕緣材料會失去原來的性能。

2 各個冷卻方式的介紹

2.1 空氣冷卻

1913年，美國bbc公司生產(chǎn)出來了第一臺，具有歷史紀念意義的空氣冷卻電機，這標志著一個新的技術(shù)領域的開拓，同時，也是人類科學文明的一大進步。到20年代后期，更多的發(fā)達國家也開始生產(chǎn)類似的汽輪發(fā)電機。1960年該廠與哈爾濱電機廠相繼制成30MWZ極空冷汽輪發(fā)電機。

2.2 液(水)氫冷

在以水氫氫冷卻為主要方式的汽輪發(fā)電機冷卻系統(tǒng)中，根據(jù)轉(zhuǎn)子內(nèi)氫氣的流動方式，可以把它們粗略的分為以下兩類：一類是軸向流動冷卻，一類是徑向通風方式，即冷卻風從護環(huán)下部進入軸，向冷卻風道，然后徑向從上端出去；例如：多路氣隙內(nèi)冷自通風方式的氫內(nèi)冷發(fā)電機，由端部進入氣隙的風量偏大，占總風量的55%-60%從而造成發(fā)電機定子中部風量不足，溫度偏高。

2.3 雙水冷

就目前而言，國外和歐美等發(fā)達國家已經(jīng)有使用雙水冷的成功案例。并且取得的效果也是很顯著的，雙水冷這種冷卻方式是不容忽視的。而且，我國已有多臺雙水內(nèi)冷30MW汽輪發(fā)電機長時間可靠運行的記錄。這是一個全冷凍技術(shù)方面的一個重大突破，為我國科技事業(yè)增添了輝煌的一筆。但是，我覺得任何事都不是十全十美的，雙水冷技術(shù)在推出后不就也被發(fā)現(xiàn)存在不足。它的不足的就是，水的熔點低，很容易發(fā)熱，就比如豆?jié){機，發(fā)熱或者東西放的太多，它就會停止工作，在這一點上就像每個人的身體，都有一個最大負荷能力，一旦超過這個界限就會得不償失。此外由于空冷電機會產(chǎn)生抽風工作，抽風時損耗是很大的。所以，在那基礎上又降低了發(fā)電機的效率。還有就是，水冷轉(zhuǎn)子在水系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)元件上不是非?？煽?，很多時候會有出其不意的問題出現(xiàn)，這是許多發(fā)達國家的一些公司不愿意采用水冷轉(zhuǎn)子的理由。所以，雙水內(nèi)冷機型與其它機型可以在穿插使用，互相影響，共同發(fā)展。

2.4 全液(水)冷

常理得之，一般情況下液體的散熱能力比氣體強，在本實驗中，汽輪發(fā)電機采用水冷能使繞組溫度降低20℃-40℃。而與它背道而馳的是，全液冷僅需要的東西大大減少，它只需要一種介質(zhì)和一套控制設備，從而在運行時就更容易管理。對于20MW-90MW的汽輪發(fā)電機，全水冷的綜合經(jīng)濟效果沒有特別明顯的優(yōu)勢，技術(shù)上也不如氫冷或水氫氫方式發(fā)展的更穩(wěn)定。

2.5 蒸發(fā)冷卻

蒸發(fā)冷卻技術(shù)應用于汽輪發(fā)電機冷卻，目前在國內(nèi)外尚處于試驗階段。中科院電工所等單位也進行過30MW蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機的研究工作。蒸發(fā)冷卻是汽輪發(fā)電機一種有發(fā)展前途的冷卻方式。不同冷卻方式的比較不同國家的各個制造廠家在不同時期，發(fā)展了各具特點的汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù)。

3 結(jié)語

汽輪發(fā)電機通風冷卻技術(shù)對于汽輪發(fā)電機的容量和性能具有決定性的影響。隨著科技的發(fā)展，大容量是汽輪發(fā)電機追求的發(fā)展目標，這對通風冷卻技術(shù)的要求越來越高。汽輪發(fā)電機通過不斷使用冷卻李更強的冷卻介質(zhì)達到交換熱量的目的。當前，中小容量的發(fā)電機更多的使用空氣冷卻。目前而言，應用最廣泛和更具發(fā)展?jié)摿Φ氖菤錃饫鋮s。雖然大容量汽輪發(fā)展和冷卻技術(shù)廣泛使用水冷卻，但是與氣體冷卻相比，發(fā)展技術(shù)還不夠成熟。除此之外，許多新型冷卻方式：如蒸發(fā)冷卻還處于初始階段。

[l]電力工業(yè)部西安熱工研究所.我國大型火電機組的現(xiàn)狀與展望(上卷)R,1993.

[2]魏永田,孟大偉,溫嘉斌.電機內(nèi)熱交換[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998.

[3]黃順禮,姜永惠,石建軍.同步電機勵磁控制系統(tǒng)的開環(huán)增益及阻尼系數(shù)[J].大電機技術(shù),1997年01期.

[4]MAEDA.5.等.大容量空冷汽輪發(fā)電機[J].國外大電機,1998,(l)：48-53.

[5]沈良偉.二極大容量汽輪發(fā)電機冷卻方式分析[J].大電機技術(shù),1980.