抽水蓄能机组温升及通风系统分析

    赵洪峰 谷峥 侯桂欣

    摘 要：我国在水电领域中大力推广抽水蓄能发电，但抽水蓄能发电机组在实际运行中，往往出现定子线圈异常升温问题。本文将根据实例，阐述通过通风试验、风温测量，寻找机组异常升温的原因，及对机组通风系统进行改造、达到降温的方法。

    关键词：水电站；抽水蓄能；发电机组；升温；通风系统

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.179

    抽水蓄能发电是水力发电的一种特殊形式，在电网运行的电谷负荷期，抽水蓄能电站吸取电网中的电能将水抽取至上库储存，在电网运行进入高峰负荷期，再用上库的水进行发电，充分利用水能与电能，综合效率在2/3～75%之间[1]。

    一些投入运行的抽水蓄能机组通风系统可能无法带走运行中产生的热量，影响机组安全稳定运行。这就需要認真分析这类问题出现的原因，为机组降温、冷却，避免机组因过热发生故障。

    1 实例分析

    2016年，黑龙江某水电厂抽水蓄能机组（哈尔滨电机厂有限公司产品）在运行中出现了定子线圈过热、线圈被局部击穿。技术人员在现场对这台机组进行了一系列试验 。

    1.1 通风试验

    该机组有4台冷却器，每个冷却器面积为2平方米，经通风试验，风速在每秒3.4米～3.6米之间，风量在26立方米/秒～29立方米/秒之间。该机组设计风量为28.6立方米/秒，通风试验表明实际风量值与设计值误差并不大。上端鼓风机与下端鼓风机的总风量也基本平衡（分别为14立方米/秒与12立方米/秒），两台鼓风机压力的实测值与设计值也较为接近。

    1.2 测量定子风沟风速、风温

    技术人员对鼓风机正下方与侧面定子风沟风速、风温进行了测量，发现鼓风机正下方风沟第1铁心段号，风速为每秒15米，第5铁心段号，风速为每秒20米，第20铁心段号，风速为每秒15米；鼓风机侧面风沟第1铁心段号，风速为每秒18米，第5铁心段号，风速为每秒25米，第20铁心段号，风速下降为每秒11米。在第1铁心段号，风温为44℃；第7铁心段号，风温为47℃；第21铁心段号，风温为45摄氏度。

    通过分析，发现鼓风机上端风速低于下端风速，上端风温低于下端风温，这表明抽水蓄能电机下端冷却效果不及上端。

    1.3 通风损耗试验

    技术人员又进行了通风损耗试验，发现当环境温度为29℃时，冷风电阻网电阻为81欧姆，热风电阻网电阻为70欧姆。冷风电阻网温度在31℃～32℃之间，热风电阻网温度在42度左右。这样便计算出通风损耗，大约为303千瓦。与原设计值相比，实测值有所增大。而通风试验又表明电机风量与设计值较为吻合，如果通风损耗值也符合设计值，那么，电机不会出现过热现象。电机的实际运行却出现了过热，这表明电机的实际损耗超过了设计值。最后计算出抽水蓄能机组电动机温升33℃，总损耗为1010千瓦；发电机温升 32℃，总损耗为976千瓦。

    2 通风系统结构改造

    抽水蓄能机组通风系统设计对机组冷却方式有很大的影响。中低速机组容量较大，电机直径大，转子旋转产生的风力能够满足设计风量，因而采用无风扇径向通风系统，不仅可以降低通风损耗，而且该系统结构也较为简单[2]。高速机组转速快，结构严密，通风空间较小，需安装鼓风机进行强制通风[3]。本案例中所提到的机组便属于高速机组。

    2.1 风量计算、分析机组定子各部分温度

    技术人员分析了该机组结构，确定了其中鼓风机、冷却器、风阻元件、压力元件等各个部件。计算出该机组总风量应为25立方米/秒。然后对该机组定子各部分温度进行了计算，得出的结果为：定子绕组温度平均值为127℃，定子轭部温度平均值为68℃，定子齿部温度平均值为92℃，与设计值相比明显偏高。

    2.2 改造方案

    2.2.1 改造鼓风机

    技术人员决定尽量节约资金，充分利用原有元件，将该机组原上端的6台鼓风机安装到下端，在上端更换4台大功率鼓风机。下端鼓风机安装直径为480毫米，开孔直径与安装直径相吻合，功率为6.5千瓦，工作点压力为1200帕斯卡，风量为2.3立方米/秒；上端鼓风机安装直径为600毫米，功率为11千瓦，工作点压力为1550帕斯卡，风量为4立方米/秒。

    2.2.2 密封电机结构

    鉴于原电机上端存在间隙，导致冷风损失，热风回风，因此对电机上的这些间隙进行了密封，以提高冷却效率。

    2.2.3 改造冷却器

    该电机原有的冷却器以不锈钢散热片进行分组穿管，各组冷却管之间的间隙较宽，热风还没有来得及彻底冷却就从间隙中流出，导致鼓风机冷风入口温度过高；同时，不锈钢导热能力也较差[4]。因此，技术人员决定将不锈钢穿片式空气冷却器更换为铜片冷却器，以便在有限的安装空间更快地降低温度。据计算，铜片冷却器出风温度可降低至34℃（原出风温度为38℃）。

    2.2.4 改造后的机组风量与定子各部分温度

    技术人员对改造后的抽水蓄能机组通风系统进行了计算，得出的结果为：总风量达到29立方米/秒，较之原风量增加了4立方米/秒；定子绕组温度平均值为120℃，较原值下降了7℃；定子轭部温度平均值为61℃，较原值下降了7℃。定子各部分温度明显下降。然后，技术人员进行了开机试验，机组工作一切正确，电机运行的温度降到了限值温度以下。

    3 结束语

    通过这次对抽水蓄能机组的改造，技术人员发现：造成机组温度过热的主要原因是上下两端鼓风机风速不平衡与冷却器制冷效果不佳。因而在不改动机组结构的前提下更换、新增了鼓风机、密闭了机组上的空隙，并更新了冷却器，从而达到了为机组降温、冷却的效果。

    参考文献：

    [1]张孟军，戴雪梅，李红旗.响水涧抽水蓄能电站机组定子铁损及温升试验研究[J].水利水电技术，2015，46（05）：91-92+96.

    [2]刘丽娜，麻志成，吴健.基于运行工况的抽水蓄能机组状态分析研究[J].水电厂自动化，2014，35（04）：29-30+33.

    [3]邢广.大型抽水蓄能电机通风系统模拟试验研究[D].哈尔滨理工大学，http：//kns.cnki.net/kcms，2013.

    [4]刘平安.抽水蓄能电机的过渡过程分析与定子温度场的计算[D].哈尔滨理工大学，https：//doi.org/10.14149/j.cnki.ct，2007.