涇惠渠渠首電站發電機降溫技改措施

陳亞琴

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 電站概況

渠首電站位于陜西省涇陽縣涇河下游峽谷河段出口處左岸，距涇陽縣城西30km，屬壩后引水式電站。工程由引水洞、調壓井、壓力管道、廠房、放水洞、尾水渠、開關站和高位水池等組成，是涇惠渠渠首樞紐擴建工程的配套工程。利用渠首加壩加閘形成的20m水頭發電。涇惠渠首電站總裝機容量為3×2500kW，于1998年建成并網發電。發電機型號為SF2500－3300／32，設計水頭19.8m，額定電壓6.3kV，額定電流286.4A，功率因數0.8，額定轉速187.5r/min，一次側線電壓6300V，二次側線電壓286V。發電機輸出6.3kV電壓經主變升壓至35kV后并入地方電網。渠首電站設計引用流量3×18m3/s，設計年發電量4360萬kW·h，多年實際年平均發電量1900萬kW·h。

2 發現問題

渠首電站3臺機組并網發電后，運行基本穩定，整體工況良好。但由于當時施工任務重時間緊，存在安裝質量不高的問題。在幾年的運行當中，發現夏季發電機的定子線圈溫度較高，影響機組安全運行及正常生產，最高時達到120℃，嚴重危及發電機的絕緣。同時，廠房室溫也隨之升高，過高的室溫導致人體代謝紊亂，情緒焦躁，工作人員容易中暑，不僅危害人身健康和威脅生產安全，而且高溫縮短了職工有效工作時間，對電站生產三班倒工作安排沖擊較大，影響正常生產調度，還會危及其它電氣設備的使用壽命。如1999年8月2日2號發電機線圈溫度達107℃，鐵芯112℃，主機層室溫39℃；2001年6月29日3號發電機線圈溫度達120℃，鐵芯116℃，主機層室溫42℃。超越了《運行規程》中定子線圈溫度不得超過105℃、鐵芯溫度不得超過線圈溫度的規定。溫度過高使布置在機組旁的可控硅勵磁裝置增大了故障率，同時高溫也影響了繼電器的精確程度，易導致其誤動作，為事故埋下了隱患。

3 產生原因

渠首電站建在河道的左岸邊，一面臨水一面傍山，廠房墻體具有防洪功能。在設計中，將廠房臨水一面的主墻兼作防洪墻，傍山一面的主墻兼作擋土墻（防滾石滑坡等危害）。鑒于廠房主墻所承擔功能的特殊性，墻體的有效防洪區域不能開窗口或留通風孔。在有效防洪區域上部距主機層地面8m高的位置開設通風高窗。基此原因發電機層沒有設計通風道及其出口。現每臺機組定子外壁安裝有4只水冷式空氣冷卻器，發電機運行時采用空冷器進行冷卻。其冷卻特點是：空冷器利用自循環水帶走管壁熱量，降低管壁周圍空氣溫度，管壁周圍經過冷卻后的低溫空氣與稍遠處的高溫空氣不斷進行對流，通過空氣對流持續帶走發電機線圈產生的熱量，從而達到降低發電機組溫度的作用。這種冷卻方式將機組運行時產生的熱風直接排入廠房，疏導熱量速度慢，空氣流通不暢，散熱效果不佳。運行實踐證明，發電機組采用的密封循環水冷式空氣冷卻器系統的冷卻效果達不到設計要求。經過簡單測試，將紙條置于風道蓋板口，結果表明約有20%的熱風排入廠房，80%的熱風則又回流進入發電機內部，熱風不能充分排走，根本無法滿足發電機冷卻要求。空冷器散逸的熱風溫度為65℃，這些熱風不能及時有效地排出，是造成機組和廠房溫度過高的主要原因。

4 技改措施

問題出現后，最初的應急解決辦法是將發電機上蓋板打開，加快發電機層的空氣對流，將發電機線圈產生的熱量散發到主機層，再通過主機層將熱空氣對流到室外。這樣雖然也能略為降低發電機溫度（定子線圈溫度降到110℃），但主機層及中央控制室的室溫升高，夏季達42℃，直接威脅著運行人員的身體健康，總體降溫效果不理想。可控硅由于溫度過高而燒壞，繼電器經常出現誤動作，給設備正常運行帶來威脅。之后又提出增加空冷器或將熱風直接排出廠外的方案。若采用前者即增設空冷器來增強散熱效果的方案，一是造價高，二是技術上不可行。首先是空冷器的冷卻水不能保證，電站現有的供水泵已無多余流量供給新增空冷器，若勉強供給，就會致使供水壓力下降，影響電站所有技術供水，得不償失；其次，冷卻水管道預埋在機墩砼中，新增管道以及在定子鐵芯外壁安裝空冷器沒有布置空間，技術上難以實現。本方案也被放棄。

為了徹底解決這一問題，經工程技術人員現場勘測、深入研究，決定采用給每臺發電機組風道上各自裝設一孔排風管道，將機組熱風通過排風管道直接排至下游廠房外的技改方案。此種方案能將發電機定子、轉子產生的熱量直接排出室外，散熱效率高，預期效果顯著。由于渠首電站的特殊性，要加裝通風設施，必須考慮到以下幾個方面：①不能從已用砼澆筑好的發電機層與水輪機層之間向主墻外開通風口；②風道出口必須在下游側主墻8m高窗以上，以防止洪水通過風道倒灌進入廠房；③風道必須密封，不能向室內散熱，以免反倒使發電機層室溫升高；④電站建設時原設計風道斷面為1.73m2，現根據風道蓋板及防洪墻高窗的實際面積確定排風管道截面為1.0m×0.6m＝0.6m2，遠小于設計風道斷面，兼之風道較長且管路曲折，靠自然排風不能滿足機組散熱要求，必須要有外加動力將熱量有效送出。原設計每臺機組散逸的熱風總風量為7m3/s即25200m3/h，根據試驗結果，約80%即25200×0.8＝20160m3/h的熱風又進入機組風冷自循環系統，不能有效排出。技改方案選用BLF2-8型軸流風機，可24h連續運行，其排風量約為20000m3/h，可將回流熱風排出廠外。水機層自然空氣（記錄資料顯示，機組滿負荷運行時散逸的熱風溫度為65℃，水機層室溫即冷風溫度為30℃）在溫差氣壓下通過機墩進人孔和下機架的4個進風口進入機組風冷自循環系統，作為補充的冷風。機墩進人孔斷面為1.85m2，大于原設計風道斷面，故自然進風滿足要求。

在綜合考慮以上問題的基礎上還要考慮現場施工方便、節約投資等因素。經過論證，最后決定選用厚度1.5mm的鍍鋅鐵皮做成100cm×60cm矩形通風道，增加BLF2-8型軸流風機，以確保通風流量。去掉一個發電機上蓋板，將此孔作為風道的進風口，用40mm×4mm角鐵固定風道。風道從進風口沿地面鋪設到墻壁，再順著墻壁到達8m高的窗口，最后伸向窗外，并在風道出口加裝風機一臺。施工要求：①風道連接處密封處理要嚴實、可靠，不能漏氣，尤其是進風口、墻腳、出風口三處轉折點應保證密封；②鋪設安裝要牢固，避免振動和位移，風機與風道采用軟連接；③三臺風機電源線采用暗線方式鋪設在墻內，并裝設一個電源開關箱，分別控制三臺風機；④固定支架統一刷成銀灰色，與管道色調保持一致；⑤工程施工注重外觀質量，做到精細、協調，整體力求美觀。

5 效果及建議

經過改造，加裝通風設施后，機組運行時開啟風機，發電機產生的熱量經過風道迅速排到廠房外，水機層的冷空氣在氣壓作用下又源源不斷補充到發電機線圈周圍，機組溫度有了明顯降低。經過實際運行觀測，夏季定子線圈最高溫度下降到95℃，這對保護發電機絕緣，延長發電機壽命起到了很好的作用。主機層和水機層室溫也明顯降低，夏季最高溫度由原來的42℃下降到34℃，與改造前同期相比溫度下降了7℃～9℃，保證了室內設備的安全運行，同時改善了水機層的空氣質量。技改后機組出力也有所提高，連續五年的平局年發電量為2300萬kW·h。實踐證明此技改方案技術簡單可行，施工便捷，投資低，運行效果良好。經過改造，室內溫度降低，極大改善了運行及檢修人員的工作環境。到了冬季可停啟風機，封堵風道進風口，使機組熱量散發到室內以提高室內溫度，起到保溫作用。

在我們成功實施了發電機組冷卻系統技術改造的同時，也伴隨出現了新的問題，即新增風道設在廠房內既影響美觀又占用生產運行空間。這點值得我們今后研究借鑒。對于從事水電工程設計工作的人員而言，應在設計電站廠房時，充分考慮到機組冷卻效果的問題，可藉此成功經驗并加以改進，實現降溫且兼顧美觀。對于水冷效能不足，須輔助風冷的設計案例，建議將機組冷卻風道置于主機層與水機層之間，沿墻體向上用砼澆筑一體成形，將會一舉兩得。陜西水利