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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 518 关于风冷系统在我厂发电机上的应用 韩少生 （神华国华北京热电分公司） 【摘 要】本文详细的论述了发电机的发热、冷却与冷却方式等几项关键性问题，也介绍了国外大型机组的 冷却方式问题。着重对我厂的发电机冷却系统进行了详细的论述，同时结合我厂的实际运行情况，提出了许多建议 性的方案。希望能对我厂的发电机组的安全运行起到建设性的作用。 【关键词】冷却器 风冷系统 发电机 1 现状 1.1 我厂的机组为德国 ABB 公司生产的发电机组。它的主要运行参数如下表： 制造厂名 ABB 公司 产品标准 IEC34-1/1994 IE
2、C34-3/1988 发电机型号 WX23Z-109LL 出品编号 #1 GM214853；#2 GM214855 绝缘等级 F 额定频率 50Hz 额定视在功率 235MVA 额定有功功率 199.75MW 额定功率因数(滞后) 0.85 额定定子电压（线对线） 18000V 额定定子电流（每相） 7538A 定子绕组接线 星形、每相两组并联 额定转速 3000r/m 冷却方式 空气冷却 励磁方式 静态可控硅励磁 名称 项 目 单 位 设计参数 冷却介质 参数 发电机进口风温 发电机出口最高风温 空气冷却器数目 空气冷却器进水压力 空气冷却器进水量 空气冷却水进口水温 空气冷却水出口水温 组
3、 m3/h 40 82.4 4 设计最大值 0.6 MPa 运行值 0.2MPa 135 33 48 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 519 冷却器 空气流量 运行压力 压降 速度 入口温度 出口温度 m3h MPa Pa ms 173880 0.1013 435 3.31 82.4 40 1.2 发电机的作用 发电机作为机组的重要组成部分，担负着重要的发电任务，是将机械能转换成电能的装置。发 电机在运行时要产生损耗，一方面降低了发电机的效率，另一方面这些损耗都变成了热量，使温度 升高，影响发电机的温升的因素，除了损耗大小外，还要看冷却条件如何。而作为发
4、电机的重要运 行参数之一，发电机的温升关系着发电机的安全与稳定、经济运行，温升太高会影响发电机内绝缘 材料的寿命，妨碍发电机的正常工作。关于发电机的发热与冷却问题，应从两个方面着手解决：一 是选用耐温较高的绝缘材料，二是合理使用冷却方式，提高发电机的冷却效果。 1.3 介绍一下我厂风冷发电机组的工作原理 发电机的定子、转子绕组以及铁心的温升，主要靠内部的空气来冷却的。空气是在一个密闭的 空间内循环的，几乎不与外界接触。在发电机端盖的两端上部，各有一个呼吸器，是有滤网的。空 气可以在此进出。它是用来平衡发电机内部的空气压力的。这就要求空气要有良好的流动性，以及 换热能力。它的流动性是靠发电机转轴
5、上的旋桨式风扇把冷空气吹入电机内部。冷空气分成两路， 一路冷却线圈的端部，一路进入气隙，经定子铁心的径向通风道冷却铁心。所有进入发电机内的空 气，在冷却了电机端部和定子铁心后，都汇集在机座下边的出风口，而空气的热量则需要靠发电机 下部冷却器内的循环水带走，以达到将其温度降低。 1.4 关于我厂风冷发电机组的具体构造图与原理图如下 空气走向原理图： 图 1 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 520 冷却水走向原理图：以一组冷却器为例：冷却水的走向为双流程。将冷却器整个分为左右对称 两部分，中间由端盖隔开，然后将左右对称的两部分又分成上下对称的两部分，也由端盖
6、隔开。冷 却水先由左半部分南侧下部进入冷却器内，到达北侧后，转角到右侧下部回来，到达南侧后，再向 上翻转由右侧上部流去，到达北侧后，转角到左侧上部，向南流出冷却器。 整个系统流程图如下： 图 2 发电机冷却器布置图： 图 3 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 521 发电机冷却器端盖结构图： 图 4 图 5 1.5 简要介绍一下国外大型汽轮发电机组的其它冷却方式。 单机容量越大的机组，发热问题越严重。用到大型机组里的冷却介质应具备下列特点： 1.5.1 导热性好，比热大，耐热性好 1.5.2 绝缘性能好 1.5.3 不能与被冷却物体发生化学反应，介质受热后
7、，不能出现沉淀物。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 522 1.5.4 流体粘度小，摩擦损耗小 目前，用在发电机组的冷却介质有：空气、氮、氢、变压器油、水和氟里昂等，其中以空气、 氢、水三种用的最多。 表一 冷却介质相对性能 冷却介质 相对比热 相对比重 相对导热能力 空气 1.0 1.0 1.0 氮（0.035 表压） 5.25 0.138 0.75 氢（2 表压） 14.35 0.21 3.0 氢（3 表压） 14.35 0.28 4.0 氢（4 表压） 14.35 0.33 5.0 变压器油 2.09 848 21.0 水 4.16 1000 50
8、 氟里昂 166 1400 280 从表一列出的介质看，液体冷却介质的冷却能力比气体好。因而带走同样的热量时，液体本身 需要的通道小。 目前，国内外大型汽轮发电机采用的冷却方式，综合起来有以下几种： 定子绕组 转子绕组 定子铁心和端部 氢内冷 氢内冷 氢冷 水内冷 氢内冷 氢冷 水内冷 水内冷 空冷 水内冷 水内冷 氢冷 水内冷 水内冷 水冷 油内冷 水内冷 油冷 油内冷 氢内冷 油冷 以上冷却方式中，定子绕组采用氢内冷或水内冷的教较多，少数有用油内冷的，转子绕组采用 氢内冷的较多，也有水内冷的。 2 关于我厂空冷系统运行至今存在的几个问题： 2.1 关于风温高的问题。这是一个老问题，也是一个
9、老生重谈的问题。根据我厂的规程规定，发电 机入口风温在 20-40 度之间，出口风温最高不得超过 80 度且出入口风温差不得超过 30 度。关于发 电机风温高的保护，发电机入口风温为 20-40 度，超过 40 度，要限制机组负荷。出口风温高 80 度， 高一值报警，100 度，高二值报警。120 度，高三值跳机。 发电机进风温度超过 40时，定子电流及有功负荷均不得超过下述规定值： 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 523 定子电流允许值 进风温度（） 每升高 1定子电流比额定值减少（%） 4045 15 4550 20 5055 30 有功负荷允许值：
10、 进风温度（） 有功负荷（MW） 41 195 42 193 43 191 44 188 45 187 4550 174 5055 1595 2.2 影响发电机风温的因素： 影响发电机风温高的因素很多，其中最主要的就是循环水，也就是冷却水的温度。机组在 1999 年投运的前几年，风温的影响还不明显。那时的循环水系统为开式循环，冷却效果比较好，加上当 时的负荷也不算太高。 但到了 2005 年，由于我厂循环水系统由开式循环变成半开式循环造成循环水温度升高，同时随 着居民用电的增加以及企业用电的增加，夏季的负荷越来越高，有时要带到满负荷 200MW。负荷的 增大也加速了发电机的温升的提高。从 4
11、月下旬到 10 月中旬，循环水的温度都在 35 度以上。这样 就造成了发电机的风温都会在 40 度以上，发电机的负荷就要受到限制。经济性降低，机组运行的安 全性也受到了极大的威胁。 鉴于此，2004 年冬季我厂着手进行发电机冷却水温度高治理工作，经过充分论证，采用机力冷 却塔方式降温，闭式循环水系统。系统图如下： 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 524 QJ-26 4 冷 却 塔 3 冷 却 塔 2 冷 却 塔 00PCB22AA52200PCB22AA521 00PCB23AA52200PCB23AA521 1 冷 却 塔 00PCB22AC00100
12、PCB23AC00100PCB24AC001 00PCB21AC001 00PCB22AP00100PCB23AP00100PCB21AP001 20PCB24AA53120PCB24AA52110PCB24AA53110PCB24AA521 20PCB25AA50220PCB25AA50110PCB25AA50210PCB25AA501 A 冷 却 水 泵 二 单 元 循 环 水 来 一 单 元 循 环 水 来 C 冷 却 水 泵 B 冷 却 水 泵 放水放水 至循环水回水至循环水回水 二单元升 压泵来 一单元升 压泵来 溢流至虹吸井 2发电机空冷器1发电机空冷器 放水 放水 放水放水 #2
13、机组工业水 供水母管 #1机组工业水 供水母管 审核图号制图 图名 2019181716151413121110987654321 A B C E D F G H J I K L M N A B C D E F G H I J K L N M 2019181716151413121110987654321 发电机机力冷却水系统图 图 6 夏季大负荷时，由机力冷却水系统带发电机冷却器，在试运的初期效果还是不错的，但随着运 行年份的增长，效果变得也越来越差，原设计的：进水温度：41出水温度：31，最初的 10 度端 差到现在的 5 度左右，这里的原因很多，可归纳为以下几点： 1）设备方面的原因，如
14、冷却水泵的出力问题以及风扇皮带的问题。 环境温度高时，皮带摩擦系数变小，易造成丢转。雨大时风扇皮带湿后松动转动打滑，造成风 扇转速下降,这可以从电流的降低直接看出。 图 7 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 525 2）内部水质的问题。长期运行，会造成冷却水质的浓缩，对管壁的传热造成影响。同时不利于 发电机内部的散热。这在一定程度上降低了发电机冷却器的换热效率。同时，由于管壁结垢，管壁 表面光滑程度下降，冷却器脏污速度加快，冷却器清洗的间隔时间缩短。由于管壁结垢，在夏季将 在一定程度上影响机组带大负荷能力。因此， （1）有必要按照有关规定加装排污口，并制定
15、相关制 度进行定期排污。 （2）加强水质的化学监视，完善加药系统，保证水质在合格范围之内。 （3）发现 发电机风温逐渐上升，在负荷、大气温度以及机力冷却系统都正常的情况下，冷却水出、入口温差 减小，可以判断是发电机冷却器结垢。应及时联系检修清理，保证设备处于正常状态。 （4）在机力 冷却塔投入运行前，化学专业制定出冷却水的监督检查方案。运行后立即实施，监督水质变化，指 导运行调整，防止水质恶化，加快结垢速率。 3）关于清扫冷却器的问题。判断发电机冷却器工作是否正常、内部是否脏污的重要依据。如下 表： 正常运行时可以根据发电机冷却器端差判断是否脏污或堵空气。 温差 0-3 4-6 6-8 9以上
16、 脏污程度 正常 轻微 中度 严重 从今年 4 月机组小修以来，发电机冷却器的脏污情况明显改善，到现在 11 月份清扫冷却器的次 数不超过五次，究其原因，是在今年小修时对冷却器水管壁进行了特殊的处理，使管壁非常光滑， 不容易黏附一些微生物， 冷却效果自然也就增强了。 对照 2007 年发电机冷却器的清扫数据不难发现， 当时大概每半个月就要清扫一次发电机冷却器。工作量大不说，安全性也得不到保证。还影响机组 的负荷。 3 关于运行安全问题： 机组的运行安全，很大的一部分在于冷却水的运行安全问题上，如果能够将发电机组产生的热 量及时带走，发电机组的安全就会得到保证。因此，我们要切实的加强冷却水的安全
17、防护。这里可 以从以下几个方面阐述： 1）平常的巡视检查方面，要切实做到勤检查， 发现问题及时处理， 发现缺陷及时进行消缺处理。 2）在进行冷却水系统操作过程中要注意，特别时在倒机力冷却水系统过程中，要加强联系，防 止断水。 在一台发电机冷却水已倒至机力冷却水运行后，在进行第二台发电机冷却水系统切换时，首先， 启动第二台冷却水泵，在开启发电机机力冷却水供水门、回水门和关闭发电机冷却水回水至循环水 门时，要同时进行操作，安排三名巡操员，每人操作一个门，主控汽机画面值班员监视冷却水母管 压力达到 0.4MPa 时，停止运行的两台升压泵。热网画面值班员及冷却塔集水池就地人员要加强监视 集水池水位变化
18、情况，操作过程中各值班员要加强联系，确保通讯良好。两台发电机冷却水切换至 机力冷却水运行后，热网画面值班员及冷却塔集水池就地值班员还要对集水池水位进行观察一段时 间，并根据补水门开启情况监视水位变化是否正常，如水位变化不正常（不升反降） ，对一、二单元 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 电气 526 六台升压泵进行检查，确证哪台升压泵逆止门不严密（逐台关闭升压泵入口门，检查升压泵入口压 力是否上涨） ， 并解列此泵， 联系检修人员处理。 各值要严格执行巡回检查制度， 按时抄写记录表单， 充分认识机力冷却水系统稳定运行的重要性，确保机组正常运行。 3）值班员还要加
19、强监视调整，夏季两台机组机力冷却水系统投入时，机力冷却水系统画面要时 常翻看，同时巡操员要每两个小时就地巡视检查一次，防止由于设备方面的原因造成发电机断水事 故。 4 结束语 我厂的发电机组是风冷系统发电机组的典型案例，现代化的大型机组所用到的全是氢冷机组或 水冷机组。由于运行原理不同，因此运行的维护以及正常的监视调整也不同，虽然风冷系统发电机 组在构造原理上简单一些，但我厂的风冷系统用到 200MW 机组上的还很少见的，这说明德国 ABB 公 司的技术水平还是很高的。因此我们要切实保证我厂机组的安全稳定运行。这也要求我们要在实际 当中真正的掌握它，使我厂的空冷机组真正的做到安全、经济、稳定运行。 参考文献： 1 热电分公司编集控运行规程北京热电分公司 2002 年 2 热电分公司发电部部分汽机值班员技术总结 3 朱东起主编电机学 中央广播电视大学出版社 1995 年 2 月第一版 4 郑体宽热力发电厂中国电力出版社 2001 年 3 月第一版 作者简介： 韩少生 神华国华电力股份有限公司发电管理与运行部主值班员 助理工程师 大专学历 1997 年参加工作。邮编： 100025