謝村源三級(jí)水電站發(fā)電機(jī)通風(fēng)改造方案比選

黃 鋒

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310002）

1 水電站概況

謝村源三級(jí)水電站于1998年由原麗水地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)進(jìn)行發(fā)電廠的施工圖設(shè)計(jì)，水輪發(fā)電機(jī)組由杭州發(fā)電設(shè)備廠（杭州杭發(fā)發(fā)電設(shè)備有限公司前身）設(shè)計(jì)生產(chǎn)。1999年建成發(fā)電，電站采用了2臺(tái)單機(jī)容量為2 000 kW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)原通風(fēng)方式為管道通風(fēng)。

2 通風(fēng)改造方案比選

2.1 方案一

2.1.1 發(fā)電機(jī)改造內(nèi)容

①發(fā)電機(jī)在電站拆機(jī)。②轉(zhuǎn)子返廠處理存在兩種情況：一種是按改造要求對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行清洗、烘干絕緣處理后，絕緣介電強(qiáng)度試驗(yàn)等能滿足出廠要求。另一種是按改造要求處理后絕緣不能滿足要求，則需對(duì)絕緣部分、轉(zhuǎn)子極間連接線、勵(lì)磁電纜進(jìn)行更換。③定子整體更新且定子機(jī)座設(shè)計(jì)為圓形。測(cè)溫裝置重新布置，接線盒等全部更換。④原上蓋板、刷架罩、頂罩全部拆除，新增上蓋板裝配、刷架罩、頂罩、機(jī)械過速保護(hù)裝置（帶齒盤結(jié)構(gòu)）。⑤根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際機(jī)坑內(nèi)孔形狀，在水機(jī)層上端原發(fā)電機(jī)法蘭端檢修支架處，設(shè)掛裝式下蓋板，保證檢修操作高度，設(shè)進(jìn)入門；利用原來的支架底腳焊支撐，周向打膨脹螺栓固定下蓋板。⑥在空冷器風(fēng)路上設(shè)熱風(fēng)、冷風(fēng)測(cè)溫電阻各4 只。⑦每臺(tái)發(fā)電機(jī)增加4 只空冷器（30 kW×4=120 kW），配空冷器進(jìn)出水總管、進(jìn)出水環(huán)管、空冷器支管及檢修閘閥、壓力表；環(huán)管布置在發(fā)電機(jī)風(fēng)罩機(jī)坑壁上，進(jìn)、出水總管布置在原來管道通風(fēng)孔內(nèi)。相應(yīng)配4套進(jìn)出水彎管、法蘭、連接螺栓、空冷器支架等。⑧在空冷器進(jìn)水總管上設(shè)閘閥、壓力表、電磁流量計(jì)顯示供水水量及水壓，在空冷器排水總管上設(shè)熱導(dǎo)式流量開關(guān)、雙金屬溫度計(jì)、閘閥來顯示排水、水溫是否正常。⑨保證機(jī)組干凈無油污，更換上、下導(dǎo)軸承密封蓋。原羊毛氈密封改為銅環(huán)密封。

2.1.2 空冷器及進(jìn)、出水環(huán)管布置

總進(jìn)、出水管從原來風(fēng)道內(nèi)進(jìn)入，機(jī)坑無須新鉆孔。總進(jìn)、出水管通風(fēng)孔外接入方向，根據(jù)電站實(shí)際情況確定。

2.1.3 水工改造部分

原定子機(jī)座為正八邊形，更新后定子機(jī)座為圓形，便于發(fā)電機(jī)軸向通風(fēng)均衡，形成密閉循環(huán)后，可以保證在一只空冷器退出或故障的情況下，發(fā)電機(jī)能正常運(yùn)行。原埋入的定子基礎(chǔ)板不動(dòng)，新做的定子機(jī)座下環(huán)抬高，利用定子下環(huán)板和定子基礎(chǔ)平面的空隙作為風(fēng)道。無須開鑿原機(jī)墩，不影響原混凝土機(jī)墩的強(qiáng)度，現(xiàn)有風(fēng)道的封堵方式為：在進(jìn)出口兩處用鋼筋混凝土墻封堵，并設(shè)插筋。

2.1.4 預(yù)期改造后的效果

①機(jī)組通風(fēng)冷卻系統(tǒng)為密閉自循環(huán)系統(tǒng)，從定子出來的熱風(fēng)經(jīng)空冷器，從定子的上、下端通過轉(zhuǎn)子風(fēng)扇形成的風(fēng)壓回到了轉(zhuǎn)子兩端和磁極間進(jìn)入循環(huán)。發(fā)電機(jī)定子溫升將有2～5 k的下降。②上端加設(shè)風(fēng)罩，下端加設(shè)下蓋板，整個(gè)風(fēng)路順暢，風(fēng)阻降低，風(fēng)摩損耗減少約2～5 kW，發(fā)電機(jī)效率有約0.30%～0.50%提升。③風(fēng)路改變，風(fēng)阻降低，風(fēng)噪得以減少；改善風(fēng)扇片數(shù)或者葉片傾角，取消上端廠房地面出風(fēng)口及下機(jī)架處進(jìn)風(fēng)口，廠房與發(fā)電機(jī)可完全隔開，有利于阻斷噪音的傳播。④更換上、下導(dǎo)軸承氣封蓋，改用銅環(huán)密封，密封效果好且無須維護(hù)和更換。避免了油霧逸出影響繞組的絕緣壽命，保證發(fā)電機(jī)電氣和機(jī)械部分的干燥整潔。⑤通風(fēng)孔改成密閉循環(huán)系統(tǒng)后，通風(fēng)孔可以封堵，避免洪水涌入廠房。⑥取消管道通風(fēng)管路，廠房外觀整體改善，有利于小水電站的標(biāo)準(zhǔn)化管理。⑦機(jī)組檢修周期延長，檢修維護(hù)成本相應(yīng)減少。

2.2 方案二

2.2.1 發(fā)電機(jī)改造內(nèi)容

①定子返廠，拆除原有線圈，清理干凈定子鐵芯并進(jìn)行鐵耗試驗(yàn)，若鐵芯局部溫度過高，作相應(yīng)處理。定子機(jī)座外壁原通風(fēng)孔作相應(yīng)的封堵及增加空冷器通風(fēng)孔，做鐵耗試驗(yàn)，噴絕緣覆蓋漆，下新線圈裝配連接線及出線電纜。②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際機(jī)坑孔形狀，在水機(jī)層上端原發(fā)電機(jī)法蘭端檢修支架處，設(shè)掛裝式下蓋板，保證檢修操作高度，設(shè)進(jìn)入門。③在空冷器風(fēng)路上設(shè)熱風(fēng)、冷風(fēng)測(cè)溫電阻各8只。④每臺(tái)發(fā)電機(jī)增加8只空冷器（15 kW×8=120 kW），配空冷器進(jìn)出水總管、進(jìn)、出水環(huán)管、空冷器支管及檢修閘閥、壓力表；環(huán)管布置在發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)機(jī)坑壁上，進(jìn)、出水總管布置在原來管道通風(fēng)孔內(nèi)。相應(yīng)配8套進(jìn)、出水彎管、法蘭、連接螺栓及空冷器支架。其余發(fā)電機(jī)改造內(nèi)容和方案一相同。

2.2.2 空冷器及進(jìn)、出水環(huán)管布置

空冷器及進(jìn)、出水環(huán)管布置和方案一相同。

2.2.3 水工改造部分

對(duì)發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行改造，僅更換定子線圈，正八邊形定子機(jī)座板不變，采用在上機(jī)架混凝土平臺(tái)開鑿幾條滿足通風(fēng)要求的槽方案。

由于進(jìn)行了最大程度的開鑿，槽底鋼筋保護(hù)層厚度已十分薄，建議采用高強(qiáng)度和高耐久性的環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，必要時(shí)還可用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)，現(xiàn)有風(fēng)道封堵方式同前。

2.2.4 預(yù)期改造后的效果

方案二僅僅是定子更換線圈，相比方案一，機(jī)組效率提升僅有0.20%～0.30%，效率提升稍微小一點(diǎn)，主要原因是定子鐵芯運(yùn)行多年，片間絕緣層老化，且原硅鋼片的材料稍差，總體鐵損值較大。另外，方案二相比方案一，由于其原定子機(jī)座八邊形緣故，當(dāng)其中一只空冷器故障退出后，中間隔板會(huì)影響該空冷器部分的繞組及鐵芯通風(fēng)散熱。改造后其余通風(fēng)效果與方案一相同。

2.3 方案三

2.3.1 發(fā)電機(jī)改造內(nèi)容

定子返廠，定子機(jī)座外壁原通風(fēng)孔作相應(yīng)的封堵及增加空冷器通風(fēng)孔，噴絕緣覆蓋漆。其余發(fā)電機(jī)改造內(nèi)容和方案二相同。

2.3.2 空冷器及進(jìn)、出水環(huán)管布置

空冷器及進(jìn)、出水環(huán)管布置和方案一相同。

2.3.3 土建改造

僅對(duì)發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，正八邊形定子機(jī)座板不變，采用在上機(jī)架混凝土平臺(tái)開鑿幾條滿足通風(fēng)要求的槽的方案，具體布置同方案二，現(xiàn)有風(fēng)道封堵方式同前。

2.3.4 預(yù)期改造后的效果

方案三是僅僅定子返廠處理（未對(duì)定子整體更換或定子線圈更換），相比方案一、方案二的定子全新更換或者定子線圈更換，方案三改造后機(jī)組的效率提升更低，因?yàn)槎ㄗ予F芯運(yùn)行多年，片間絕緣層老化，且原硅鋼片的材料稍差，總體鐵損值較大。方案三的機(jī)組檢修周期會(huì)比方案一、方案二要短，畢竟發(fā)電機(jī)運(yùn)行了多年，絕緣已經(jīng)有一定的下降。

另外，方案三相比方案一，由于其原定子機(jī)座八邊形緣故，當(dāng)其中一只空冷器故障退出，中間隔板會(huì)影響該空冷器部分的繞組及鐵芯通風(fēng)散熱。其余改造后的通風(fēng)效果與方案一相同。

2.4 方案比較

方案一功效最好，且考慮了大修情況，能延長大修時(shí)間，安全最有保證，雖投資大些，但總量并不是很大，性價(jià)比較高；方案二與方案一投資相差不多，但功效和安全方面相差較多；方案三投資最小，但功效方面相差較多，安全隱患最大；從功效、運(yùn)行時(shí)間和安全度方面權(quán)衡后，最后推薦采用方案一。

3 改造后效果及總結(jié)

①一號(hào)號(hào)機(jī)組振動(dòng)從最大方向6絲降到1絲，明顯感覺震感減小，對(duì)建筑物和機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行提供了保障。②通過上下導(dǎo)密封蓋增加銅密封極大地解決了油霧問題，上下導(dǎo)干凈未發(fā)現(xiàn)明顯油霧痕跡，轉(zhuǎn)子磁軛上基本無油漬；改善了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，延長了設(shè)備使用壽命和檢修周期，同時(shí)也減輕了業(yè)主單位環(huán)保壓力。③改造前機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣偏低，開機(jī)時(shí)易接地報(bào)警，需運(yùn)行幾十分鐘后才消失，機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣在此次改造后一直處于良好狀態(tài)。

早年間浙江省不少地區(qū)小型水電站（單機(jī)容量≤2 000 kW）的發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)為節(jié)省成本和施工安裝簡單大都采用管道式通風(fēng)方式，此次對(duì)謝村源三級(jí)電站發(fā)電機(jī)通風(fēng)方式改造的實(shí)施，實(shí)踐證明效果很好，為類似工程改造提供成功的經(jīng)驗(yàn)。