冷卻介質對水輪發電機效率值測算的影響

丁 韜， 成 科， 鐘 建

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

冷卻介質對水輪發電機效率值測算的影響

丁 韜， 成 科， 鐘 建

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

在水輪發電機效率測算過程中，采用不同冷卻介質測算得到的結果有所不同，在測算過程中產生誤差的情況亦不同。應盡量優化測量方法，選取最適合的冷卻介質進行測量，以減小誤差對發電機效率值測算時的影響，

水輪機組；發電機；冷卻介質；效率；測算；影響

1 概 述

水輪機組發電機效率值的測算可為電站提供有效、可靠的機組基礎資料，為機組長期安全、穩定、經濟運行提供較為可靠的科學依據。在測算發電機效率時，冷卻介質的選取非常重要，根據現場實際情況選擇合適的冷卻介質進行測量可以減小測量過程中的誤差，使發電機效率的測算更加準確、有效。

在額定負荷下測量或計算發電機通風摩擦損耗、定子鐵芯損耗、定子銅損、勵磁損耗、發電機機殼表面散熱損耗、發電機軸承摩擦損耗、電刷摩擦損耗和壓降電損耗等，可以得出發電機總損耗之和后再計算其效率。筆者在從事多年現場試驗中發現，在水輪發電機的各部分損耗中，通風摩擦損耗值所占比重較大，在某些情況下，通風摩擦損耗可能達到總損耗值的一半。而測量通風摩擦損耗是以冷卻介質的溫升、流量進行計算的，因此，冷卻介質的選取對效率的計算具有非常大的影響。

2 冷卻介質的測量方法

水輪發電機常用的冷卻系統有空冷或水冷，或者兩種冷卻方式的任意組合，其冷卻介質是空氣或水。在通過冷卻介質測量水輪發電機的通風摩擦損耗時，需要測量冷卻介質的流量、溫度、密度和比熱。

2.1 用水作為冷卻介質的測量方法

在測量水的溫升時，可以可以使用鉑電阻檢溫計、銅電阻檢溫計或熱電偶，將其直接放在水里或放在充滿油的溫度套管中進行測量。

在測量水的流量時，使用以下幾種方式：(1)刻度水箱測量；(2)電磁式或翼輪式流量計測量；(3)超聲波流量計測量等。

在測量水的密度和比熱時，采用純水特性與溫度的關系曲線確定。

2.2 用空氣作為冷卻介質的測量方法

在測量空氣的溫升時，可用電阻溫度計、熱電偶、熱敏電阻或水銀溫度計等測溫設備對空冷器進行測量。

在測量空氣的流量時，可以使用葉片風速計、電熱風速計、畢托管、吸入孔等方式對空冷器進行測量。

在測量空氣密度時，采用濕度與溫度不同時的空氣密度曲線計算確定。

在測量空氣的比熱時，采用不同溫度、濕度下空氣的比熱曲線進行確定。

3 測量不同冷卻介質對發電機效率值的影響

每一個物理量都是客觀存在的，在一定的條件下具有不以人的意志為轉移的客觀大小，人們將它稱為該物理量的真值。測量要依據一定的理論或方法，使用一定的儀器，在一定的環境中，由具體的人進行。由于現有的試驗理論存在近似性，方法難以完善，試驗儀器靈敏度和分辨能力具有局限性，周圍環境不穩定等因素的影響，待測量的真值是不可能準確測得的。測量結果和被測量真值之間總會存在或多或少的偏差，這種偏差被稱為測量值的誤差。試驗中，我們通過選用精密的測量儀器、改善試驗原理和方法、多次測量平均值等方法以減小誤差，但仍然不能完全消除誤差。

在測量冷卻介質過程中，由于受現場條件、機組性能、測量設備等相關條件的制約，在測量冷卻介質的流量、溫度、密度和比熱過程中往往會出現一些誤差，最終導致所得數據有所偏差，雖然該誤差在規程規范的允許誤差之內，但其對機組效率值的最終計算仍產生影響。

表1為A、B水電站某機組效率試驗實測數據。在試驗過程中，同時采用了測量兩種冷卻介質的方式進行測算。從表1中可以看出：在對水輪機組發電機進行效率試驗時，選取不同的冷卻介質最終得出的效率值是略有不同的。雖然可以采用通過多次測量求平均值的方式減小隨機誤差，但依舊可以發現個別冷卻介質的單次計算結果偏差較大且欠缺穩定性，如A電站X號水輪機組使用水作為冷卻介質得出的三次數據的單個誤差明顯大于使用風作為冷卻介質得出的三次數據。B電站Y號機組則相反，使用風作為冷卻介質得出的三次數據的單個誤差明顯大于使用水最為冷卻介質得出的三次數據。在測量冷卻介質的過程中，一些測得數據在允許的誤差之內，最終效率的計算值亦在允許誤差之內，但其畢竟與真實值還是具有一定差距的。如果是大型機組，0.1%的誤差都會導致機組的各項設定參數發生改變。若誤差較大，則對機組的長期運行不利，嚴重時甚至威脅到機組的安全。

表1 A、B水電站X、Y號機組效率試驗數據表

4 結 語

在用水作為冷卻介質進行發電機效率值測算時，可采用直接測量熱冷水的溫度，這種方法簡單、直觀，得出的數據誤差亦小。但是，在測試現場，因對測試設備的安裝條件要求較高，部分測試現場無法進行測量。使用溫度套管測量溫度時，因管道是封閉的而無法直接監視，管道中如有泥水、雜質等將直接影響到測量結果。測量水的流量時，流量計在使用過程中，由于管道處于密封狀態，且管道內有可能有氣泡、雜質等現象存在，將會直接影響測量結果。

在用空氣作為冷卻介質進行發電機效率測算時，采用測溫元件測量空冷器的冷、熱風溫度的方法簡單、直接，且測溫設備安裝很方便、快捷。但空氣本身被外界環境因素影響的幾率很大。測量空氣流量時，由于使用吸入孔、畢托管等需要對機組空冷器進行部分拆裝而較麻煩且涉及安全風險過大，因此，一般使用各種風速計進行測量。但在測量過程中，由于風速計在測量截面積出風速度時不能完全做到標準距離，故其數據的穩定性稍差。

筆者認為：根據冷卻介質及其測量方法的優缺點，以現場實際情況為準則，選擇合適的測量對象以及試驗方法，對測算發電機效率值尤為重要。對于有封閉式初級冷卻系統和用水作次級冷卻介質的電機等，可以選取用水作為冷卻介質。由于電機通風系統為開啟式、次級冷卻系統無法測量水量、無法在次級冷卻水系統中安裝測溫儀表和測流量設備等情況則可選擇用空氣作為冷卻介質的測量方法等。因此，冷卻介質的選取要根據現場的實際情況，盡可能地減小誤差對最終發電機效率值測算的影響，

[1] 劉文愷.水輪機[M]. 北京：中國水利水電出版社,1980.

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TV7;TV737

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1001-2184(2017)06-0095-02

2017-06-10

丁 韜(1984-)，男，四川成都人,工程師,在讀碩士研究生,從事水電站性能試驗工作;

成 科(1990-)，男，四川廣安人，助理工程師，從事水電站性能試驗工作；

鐘 建(1989-)，男，四川成都人，助理工程師，從事水電站性能試驗工作.

李燕輝)