论发电机冷却装置技术的改造

闫 帅

天津军粮城发电有限公司，天津 300300

1 发电机冷却的必要性

发电机是电能的生产者，它在运行过程中会产生电磁损耗以及机械损耗，具体包括随发电机负荷的变化而变化的定子绕组损耗、涡流以及高次谐波的附加损耗和固定的铁损耗、轴承摩擦机械损耗、励磁损耗和通风损耗。

随着损耗的增加，发电机内部的温度也不断升高。发电机温度越高，发电机的效率就会随之降低，并且很可能会因发电机局部过热而破坏定子线圈的绝缘，造成发电机事故。为保障发电机的正常高效运转，必须采取冷却措施，将发电机在运行中产生的热量及时散发出去，以控制发电机各部的温度，把温升控制在一定的范围内，以确保发电机的安全可靠运行，并延长发电要的使用寿命。

2 空气冷却

20世纪30年代的时期，对运行中的发电机进行冷却只是简单地采用空气冷却法。空气冷却方式是利用流动的空气作为冷却介质，采用密闭通风，用流动的空气把发电机本身产生的热量带出去。

空气冷却的原理是，密闭的发电机空间内有一定体积的空气，用发电机转子使发动机内部空气流动起来，冷空气通过发电机的转子线圈，经过定子中的通风沟，不断吸收发电机内各部位所产生的热量，变成了热空气。然后利用发动机四周的空气冷却器将热空气冷却后，又变成冷空气再进入发电机的内部继续吸收发电机内部产生的热量。

这种使用空气功冷却器进行冷却的方式，结构简单，费用低廉，运行方便，维护也方便。所以空气冷却的方式在当时得到了广泛应用和推广。然而，空气冷却的方式，冷却的效果对发电机的功率和效率都会产生很大影响。当进风温度低时，发电机的效率较高，功率也较大；当进风温度升高时，发电机的效率和功率也会降低。

空气冷却的另一个不足之处在于：采取空气冷却方式进行冷却，空气冷却发电机的热量和温度分布不均匀，发电机的定子绕组绝缘内导体的发热量必须要通过铁芯传导后向空气散热或者是通过绝缘外表向空气散热，定子绕组绝缘内导体的温度也会升高，定子线棒的温度升高，铁芯与机座之间的热应力增大，容易造成硅钢片拱曲，内膛产生变形，这样当甩负荷时转子的直径比正常运行时大，很容易发生定转子相撞的事故。还有，在负荷变化较大、频繁起停的调峰机组中，定子线棒在运行的过程中很容易发生热变形，由于定子线的铜导体和外包绝缘的温度热膨胀系数不同，容易引起绝缘脱壳和老化，从而产生内部电晕，破坏绝缘。因此，采用空气冷却的方式，也会因为热量和温度分布均而产生一些影响发电机可靠运行的问题。

3 水冷却

水冷却是采用内冷技术降低绕组温升，将定子线棒的内部温度控制在65℃左右，使整个发电机的定子绕组温度分布均匀，有效地减小了绕组线棒的温差，解决了空气冷却的温度差问题导致的运行不稳定的问题，延长了绝缘寿命。同时，采用水冷却的技术对发电机的内部进行冷却控温，发电机的定子绕组的热量散发，不再依靠定子铁芯，定子铁芯的温升是由于其自身损耗所生产的热量，这与使用空气冷却方式相比，定子铁芯的温度已经大幅度下降。这样，铁芯和机座之间的温度差相对而言就比较小，铁芯的热应力比较容易控制，导体与绝缘之间的热应力大幅度地减小，也能有效避免绝缘脱壳和内部电晕。内冷技术的应用，提高了发电机的电磁负荷，减少了结构尺寸，特别是减少了转子的重量，有效降低了推力负荷和转子机械应力，提高了发电机的效率。

水是很好的冷却介质，水冷却的部件冷却效果非常显着。但由于水冷却需要设置纯水处理系统，纯水处理系统需安装工艺要求较高、安装工期较长、维护检修工作量较大，而且水冷的接头多，压力高，漏水的可能性很大，水在线棒的铜质空心股线内流动时会对铜产生一定的腐蚀作用，腐蚀后将在空心导体壁上结垢，阻碍冷却水的畅通，影响冷却效果。水冷却虽然有效提高了发电机的效率，但是运行可靠性比空气冷却低。

4 蒸发冷却

蒸发冷却，是一项新型的发电机冷却技术。蒸发冷却技术是利用水轮发电机立式结构的特点，通过高绝缘、低沸点液体的沸腾吸收、汽化发动机内部产生的热量，从而实现发电机内部的自循环冷却。

蒸发冷却发电机的定子绕组是采用实心铜线和空心铜线相结合的方法组合而成。冷却发动机各部位所用的蒸发介质就是通过空心铜线来传输的。在发电机运行的时候，发电机内各部件产生热量，蒸发冷却线棒内的液态冷却介质受热汽化，汽化的冷却介质通过线棒上端的集汽管进入冷凝器，重新液化，然后又返回到了线棒下端的集液管，并再一次进入线棒的空心铜线，进行新一轮的蒸发冷却，不断循环，把运行的发电机内部所产生的热量带走。

蒸发冷却不同于水冷却，它是利用液体汽化时的汽化吸热来带走运行中的发电机内部的热量，并且可以比水冷却具有更小的热交换面积。蒸发冷却线棒中冷却介质的蒸发量会随着热量的增大而增大，电机绕组各部分之间的温差较小，因而大大减少了定子和线棒因温差大而产生的摩擦和变形，绝缘寿命大大延长，故障率也比较小。并且它是通过液相与汽液双相的比重差来完成冷却介质的无泵自循环的，发电机停机时基本上是负压的状态，蒸发介质发生泄露的可能性较小。还有，蒸发冷却采用的冷却介质是采用经过劳保部门测试的化学稳定性好、无腐蚀性、无毒、不燃、不爆的绝缘性能较好的介质，即使有一点泄漏，也不会引起绝缘的损坏，有效地解决了水冷却方案产生泄漏而引发大事故的可能性。

5 结论

随着科技的进步，发电机的冷却装置技术得到不断的改造和发展，从一开始单一的空气冷却，到水冷却，再发展到蒸发冷却，以及空调冷却的技术。通过对发电机的冷却装置技术的改造，不断克服现有发电机冷却方式存在的问题，保证发电机的可靠运行和高效运行，提高发电机的寿命，从而保障火电厂的良好运行。

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