論發電機冷卻裝置技術的改造

閆 帥

天津軍糧城發電有限公司，天津 300300

1 發電機冷卻的必要性

發電機是電能的生產者，它在運行過程中會產生電磁損耗以及機械損耗，具體包括隨發電機負荷的變化而變化的定子繞組損耗、渦流以及高次諧波的附加損耗和固定的鐵損耗、軸承摩擦機械損耗、勵磁損耗和通風損耗。

隨著損耗的增加，發電機內部的溫度也不斷升高。發電機溫度越高，發電機的效率就會隨之降低，并且很可能會因發電機局部過熱而破壞定子線圈的絕緣，造成發電機事故。為保障發電機的正常高效運轉，必須采取冷卻措施，將發電機在運行中產生的熱量及時散發出去，以控制發電機各部的溫度，把溫升控制在一定的范圍內，以確保發電機的安全可靠運行，并延長發電要的使用壽命。

2 空氣冷卻

20世紀30年代的時期，對運行中的發電機進行冷卻只是簡單地采用空氣冷卻法。空氣冷卻方式是利用流動的空氣作為冷卻介質，采用密閉通風，用流動的空氣把發電機本身產生的熱量帶出去。

空氣冷卻的原理是，密閉的發電機空間內有一定體積的空氣，用發電機轉子使發動機內部空氣流動起來，冷空氣通過發電機的轉子線圈，經過定子中的通風溝，不斷吸收發電機內各部位所產生的熱量，變成了熱空氣。然后利用發動機四周的空氣冷卻器將熱空氣冷卻后，又變成冷空氣再進入發電機的內部繼續吸收發電機內部產生的熱量。

這種使用空氣功冷卻器進行冷卻的方式，結構簡單，費用低廉，運行方便，維護也方便。所以空氣冷卻的方式在當時得到了廣泛應用和推廣。然而，空氣冷卻的方式，冷卻的效果對發電機的功率和效率都會產生很大影響。當進風溫度低時，發電機的效率較高，功率也較大；當進風溫度升高時，發電機的效率和功率也會降低。

空氣冷卻的另一個不足之處在于：采取空氣冷卻方式進行冷卻，空氣冷卻發電機的熱量和溫度分布不均勻，發電機的定子繞組絕緣內導體的發熱量必須要通過鐵芯傳導后向空氣散熱或者是通過絕緣外表向空氣散熱，定子繞組絕緣內導體的溫度也會升高，定子線棒的溫度升高，鐵芯與機座之間的熱應力增大，容易造成硅鋼片拱曲，內膛產生變形，這樣當甩負荷時轉子的直徑比正常運行時大，很容易發生定轉子相撞的事故。還有，在負荷變化較大、頻繁起停的調峰機組中，定子線棒在運行的過程中很容易發生熱變形，由于定子線的銅導體和外包絕緣的溫度熱膨脹系數不同，容易引起絕緣脫殼和老化，從而產生內部電暈，破壞絕緣。因此，采用空氣冷卻的方式，也會因為熱量和溫度分布均而產生一些影響發電機可靠運行的問題。

3 水冷卻

水冷卻是采用內冷技術降低繞組溫升，將定子線棒的內部溫度控制在65℃左右，使整個發電機的定子繞組溫度分布均勻，有效地減小了繞組線棒的溫差，解決了空氣冷卻的溫度差問題導致的運行不穩定的問題，延長了絕緣壽命。同時，采用水冷卻的技術對發電機的內部進行冷卻控溫，發電機的定子繞組的熱量散發，不再依靠定子鐵芯，定子鐵芯的溫升是由于其自身損耗所生產的熱量，這與使用空氣冷卻方式相比，定子鐵芯的溫度已經大幅度下降。這樣，鐵芯和機座之間的溫度差相對而言就比較小，鐵芯的熱應力比較容易控制，導體與絕緣之間的熱應力大幅度地減小，也能有效避免絕緣脫殼和內部電暈。內冷技術的應用，提高了發電機的電磁負荷，減少了結構尺寸，特別是減少了轉子的重量，有效降低了推力負荷和轉子機械應力，提高了發電機的效率。

水是很好的冷卻介質，水冷卻的部件冷卻效果非常顯著。但由于水冷卻需要設置純水處理系統，純水處理系統需安裝工藝要求較高、安裝工期較長、維護檢修工作量較大，而且水冷的接頭多，壓力高，漏水的可能性很大，水在線棒的銅質空心股線內流動時會對銅產生一定的腐蝕作用，腐蝕后將在空心導體壁上結垢，阻礙冷卻水的暢通，影響冷卻效果。水冷卻雖然有效提高了發電機的效率，但是運行可靠性比空氣冷卻低。

4 蒸發冷卻

蒸發冷卻，是一項新型的發電機冷卻技術。蒸發冷卻技術是利用水輪發電機立式結構的特點，通過高絕緣、低沸點液體的沸騰吸收、汽化發動機內部產生的熱量，從而實現發電機內部的自循環冷卻。

蒸發冷卻發電機的定子繞組是采用實心銅線和空心銅線相結合的方法組合而成。冷卻發動機各部位所用的蒸發介質就是通過空心銅線來傳輸的。在發電機運行的時候，發電機內各部件產生熱量，蒸發冷卻線棒內的液態冷卻介質受熱汽化，汽化的冷卻介質通過線棒上端的集汽管進入冷凝器，重新液化，然后又返回到了線棒下端的集液管，并再一次進入線棒的空心銅線，進行新一輪的蒸發冷卻，不斷循環，把運行的發電機內部所產生的熱量帶走。

蒸發冷卻不同于水冷卻，它是利用液體汽化時的汽化吸熱來帶走運行中的發電機內部的熱量，并且可以比水冷卻具有更小的熱交換面積。蒸發冷卻線棒中冷卻介質的蒸發量會隨著熱量的增大而增大，電機繞組各部分之間的溫差較小，因而大大減少了定子和線棒因溫差大而產生的摩擦和變形，絕緣壽命大大延長，故障率也比較小。并且它是通過液相與汽液雙相的比重差來完成冷卻介質的無泵自循環的，發電機停機時基本上是負壓的狀態，蒸發介質發生泄露的可能性較小。還有，蒸發冷卻采用的冷卻介質是采用經過勞保部門測試的化學穩定性好、無腐蝕性、無毒、不燃、不爆的絕緣性能較好的介質，即使有一點泄漏，也不會引起絕緣的損壞，有效地解決了水冷卻方案產生泄漏而引發大事故的可能性。

5 結論

隨著科技的進步，發電機的冷卻裝置技術得到不斷的改造和發展，從一開始單一的空氣冷卻，到水冷卻，再發展到蒸發冷卻，以及空調冷卻的技術。通過對發電機的冷卻裝置技術的改造，不斷克服現有發電機冷卻方式存在的問題，保證發電機的可靠運行和高效運行，提高發電機的壽命，從而保障火電廠的良好運行。

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