大型水轮发电机冷却技术综述
特大型水轮发电机冷却方式研究
[发电机]特大型水轮发电机冷却方式研究(1)2010-07-26 10:03:04 作者：阎永忠来源：人民长江【文章转载请注明出处】特大型水轮发电机冷却方式的选择对发电机长期安全可靠运行和电机的使用寿命有着重要的影响。
其冷却方式有全空气冷却方式（全空冷）、定子绕组水内冷方式（半水冷）和蒸发冷却方式，以及不常用的空调冷却方式。
分析了几种常用冷却方式的优缺点，着重探讨了空调冷却方式的特点、冷却效果及冷风机设备布置，提出将这一冷却方式作为特大型水轮发电机冷却方式，以满足其电机散热的要求。
关键字：冷却方式[3篇]空调冷却[1篇]方案比较[1篇]水轮发电机[28篇]特大型水轮发电机，其冷却方式的选择对发电机长期安全可靠运行和电机的使用寿命有着重要的影响。
目前，国内外较大容量机组常用的冷却方式有全空冷，半水冷和蒸发冷却方式3种，空调冷却方式是极少使用的、尚处在控研阶段的一种冷却方式。
随着大型水坝和发电机制造业新技术的发展，水轮机的单机容量正向巨型迈进，目前已超过800MW，呈现出进一步增长的趋势，进入特大型巨型机的行列，采用传统的空气冷却方式已不能满足电机散热的要求。
1 水轮发电机组几种常用的冷却方式1.1 全空冷方式水轮发电机所采用的传统冷却方式一般都是空冷。
发电机的额定容量可由下式计算：式中Sn为额定容量，kVA;K为常数，对于大容量的水轮发电机，K取1.35×10-12;As 为定子线负荷，A/cm;Bδ为空载气隙磁通密度，Gs;Di为定子内径，cm;li为定子铁芯有效长度，cm;nN为转子额定转速，r/min。
对应于飞逸转速nr时的发电机转子圆周速度为：式中kr为飞逸系数，kr=nf/nN;nf为转子飞逸转速，r/min。
从容量计算式可以看出，空冷水轮发电机的极限容量由电磁负荷、材料强度和定子铁芯长度决定。
Bδ值受铁芯材料饱和的限制不宜高于8000Gs。
线负荷As的取值与采用的绝缘等级以及冷却方式有关。
大型水轮发电机冷却方式 杨颖 张强
大型水轮发电机冷却方式杨颖张强摘要：随着当前社会经济的快速发展，人们对各类能源的需求量也快速增加，其中，电能为主要的应用能源之一。
电能的应用促进了人类社会的进步，并提升了能源的多元化应用。
在当前的发展中，水力发电为主要的类型之一。
水力发电中的水轮发电机作为主要的生产设备，其运行状态与最终的电能生产量以及电能生产的稳定性关系重大。
文章对大型水轮发电机冷却方式进行了研究分析，以供参考。
关键词：水轮发电机；冷却方式；综合控制策略1 前言大型水轮发电机大多采用静态励磁系统，励磁系统输出励磁电流至碳刷，碳刷与发电机集电环摩擦接触，从而将励磁电流送至发电机转子回路中。
发电机励磁碳刷过热是发电机运行过程中的常见故障，若不及时消除，可导致被迫停机或烧毁碳刷和集电环，直接威胁发电机安全运行。
发电机励磁系统中碳刷的运行和维护技术属于传统技术，多年来始终被沿袭和使用。
鉴于此，为确保碳刷安全、稳定、经济运行，应深入研究其过热原因，结合现场运行条件，采取可靠的技术措施排除故障。
2 大型水轮发电机冷却方式简介2.1全风冷冷却的原理在特大型水轮发电机中，转子和定子铁心、定子线棒全部采用空气冷却的方式称为全风冷冷却。
冷风经过转子磁轭和磁极的风道进入冷却器进行热交换，通过冷却水冷却热风将热量带走，冷却后的冷风再一次进入发电机定转子风道形成封闭式循环系统。
在机组运行中，需要对定子线棒、定子铁心、齿压板、转子绕组等部位的温度进行监测，以保证水轮发电机组的安全运行。
2.2半水冷冷却的原理转子和定子铁心采用风冷，其结构与全空冷方式的结构基本相同，风道的设计略有不同。
定子线棒采用纯水冷却称为半水冷，定子线棒由导电的实心导线和通水的多股空心股线组成，空心股线存在的目的是为了带走实心股线产生的热量。
空心股线中通入经过离子交换器处理过的纯水，吸收热量后的纯水进入冷却器与二次水进行热交换；经过冷却的纯水经过处理后再次进入空心股线进行冷却形成封闭的水冷循环。
探究大型水轮发电机冷却方式 高园林
探究大型水轮发电机冷却方式高园林摘要：水轮发电机是以水轮机为动力，将水能转变为电能的一种发电机，在我国发电行业已经得到了广泛应用。
作为大型发电设备的发型水轮发电机，能够为发电站正常运转提供可靠保障，在水工工程投产中使用率最高，而其发电机冷却方式也逐渐成为了学者研究的重点。
本文将以大型水轮发电机冷却要求分析为切入点，对发电机冷却方式展开深度探究，旨在提升发电机运行水平，提升大型水电站电能生产水平。
关键词：水温；水轮发电机；发电站；冷却方式现代社会对于电量的需求量一直处于增长状态，电力系统为应对这一改变，开始对系统容量进行了拓展，整体发电系统电机容量得到了切实优化，但电机冷却等新型问题却逐渐暴露了出来。
为保证大型水轮发电机运行质量，避免其因发热程度过高而阻碍容量增加，相关人员都开始对各项电机冷却方式展开了分析与研究。
为实现这一点，相关人员首先应对大型水轮发电机冷却要素进行明确。
1、大型水轮发电机冷却要点1.1定子端接头水接头的设置，切实增加了定子端的连接难度，整体设计也存在着一定缺陷，很有可能在电机运行过程中，出现定子端运行受损的问题【1】。
例如，如果定子端发生漏磁，就会造成该部位部分金属物质出现热度过高的情况，如果不能及时进行处理，变得导致发电机设备出现故障，需要引起相关人员的注意。
1.2水温方面一方面如果水温过低，就会对绕组绝缘效果以及绝缘性能有着直接关联，当冷却装置吸入水温较低，则会延长机组启动整体时长，长此以往，会导致机组设备出现受损问题；另一方面，发电机定子端外层为绝缘保护层，其在温度作用之下，会出现凝露现象，致使绝缘层绝缘性能打折折扣，定子稳定性也受到了影响，开始出现弯折以及松动问题。
而在25℃左右的理想水温中，机组内部运转较为稳定，整体运行状态极为理想，所以水温也是冷却系统运行的重要因素。
1.3用电方面水冷却系统需要足够的电能进行维持，这也直接说明了电能对于系统运行的重要作用。
如果水内冷机组数量较少，用电问题对于整体系统的运行状态影响相对较小；但如果水冷机组数量相对较多，则用电问题就会变得格外突出，相关人员需要对用电情况进行详细考虑，以保证整体系统运行状态。
大中型水轮发电机组空气冷却器技术方案 刘洪树
大中型水轮发电机组空气冷却器技术方案刘洪树摘要：大中型水轮发电机是发电机通风冷却系统的重要组成部分，发电机组的安全运行和技术支持都离不开空气冷却器，文章将通过空气冷却器技术和特点，对大中型水轮发电机组空气冷却器的技术方案进行探讨。
关键词：大型水轮发电机组；空气冷却器；技术方案长期以来，水轮发电机空气冷却器采用传统的绕簧式结构，该空气冷却器制造工艺复杂、散热性差、散热管刚度弱、体积大、检修维护不方便等弱点，在总结国内外各类水轮发电机空气冷却器的设计、制造、安装、运行经验的基础上，借鉴当前汽车制造行业冷却器的特点，自行研发、制造出节能型水轮发电机空气冷却器。
本文将真水轮发电机空气冷却改造和新电站空气冷却器的选用探索出了一条新路。
1、空气冷却器技术特点换热片采用东方型高效穿片式换热元件，换热面积大，风阻低，换热效率高。
螺栓采用高强度 8.8 强度等级并镀锌处理。
采用高精度模具和专用换热片高速数控冲制加工中心制造换热元件，保证换热元件的加工精度。
冷却管与换热片之间的胀接采用专业管片推胀机，胀接后形成整体芯组，刚性好；在空气冷却器芯组中部设支撑，该支撑与支持壁通过螺栓连接，形成框架，保证了冷却器的刚性和稳定性。
该结构在东方电机的大型水轮发电机空气冷却器中广泛应用，安全可靠。
密封形式采用平面密封；密封材料采用丁腈橡胶板，该材料在东方电机的大型水轮发电机空气冷却器中广泛应用，密封性能可靠。
水箱顶部设置自动排气阀，既可确保水箱内气体随时排除，又可避免水溢出。
上水箱上设有便于吊装的吊耳。
2、东方型高效穿片式冷却器技术简介2.1 换热元件介绍随着强化传热技术的发展、相关理论研究的深入、计算机技术的应用，使得我们在先进的强化传热理论指导下用 CFD 软件对换热器进行流动及传热数值模拟分析，开发更先进的换热元件成为可能，2008 年东方电机开始了基于第二代扇形圆弧和矩形条缝换热元件的再优化开发。
圆弧型翅片的扇形开缝对翅片间流体进行了导流，使得流体的速度分布更为均匀。
水力发电技术研发进展综述
水力发电技术研发进展综述随着科技的不断进步，各种新型能源的开发和利用也取得了长足的进步。
其中，水力发电作为一种成熟的能源利用方式，一直以来都受到人们的关注。
在这篇文章中，我们将探讨水力发电技术的研发进展，介绍新型水力发电技术的应用以及未来的发展趋势。
一、水力发电技术的研发历程水力发电技术的起源可以追溯到19世纪末。
最早发明大型水力发电机的是英国的威廉·乔治·阿姆斯特朗（William George Armstrong），他在1878年开发了一种旋转圆柱发电机。
随后，水轮机和发电机的结合逐渐成为主流。
在20世纪初期，水力发电技术得到了快速的发展。
随着水轮机结构的不断改进和电力系统的发展，水力发电厂的规模越来越大，效率和性能也得到了提高。
直到现在，水轮机是水力发电厂的核心设备之一。
二、新型水力发电技术的应用除了传统的水轮机发电技术外，近年来，一些新型水力发电技术也开始受到关注和应用，如下所述：1、潮汐能发电技术潮汐能发电是一种基于潮汐运动的利用方式，通过潮汐涨落的能量来产生电力。
这种技术主要应用于潮汐较大的海域，如英国、挪威和加拿大等地。
目前潮汐能已成为发展新型水力能源的热门方向之一。
2、水下水轮机技术水下水轮机是一种将水力能转化为电能的技术，与传统的水轮机不同之处在于其不需要大坝或水库。
水下水轮机主要应用于海洋、河流和湖泊等水域环境，利用水流能量产生电能。
3、海水淡化与发电一体化技术海水淡化和发电一体化技术是一种将海水淡化和发电同步进行的技术。
其原理是将海水过滤、清洁后再用于驱动水轮发电机，同时还可以将产生的淡水用于不同领域和用途。
三、水力发电技术的未来发展趋势未来，水力发电技术的发展趋势将主要集中在以下几个方面：1、高效化技术水力发电厂的效率与水轮机的效率密切相关，因此未来会继续加强水轮机的研究和改进，提高水利设备的能效。
2、可持续化技术水力发电作为一种清洁的能源形式，具有可持续性。
大型发电机内冷却水质及系统技术要求
大型发电机内冷却水质及系统技术要求大型发电机是电力系统的核心设备之一，它产生的功率高、工作温度大，因此需要采取有效的冷却系统保证其正常工作。
本文将详细介绍大型发电机内冷却水的质量要求和冷却系统的技术要求。
一、大型发电机内冷却水质量要求1. 温度要求：大型发电机的冷却水温度应该能够稳定在规定的范围内，一般为35~45摄氏度。
温度过高会导致发电机的工作温度升高，影响设备的寿命和性能；温度过低会导致冷却不充分，无法降低设备的温度，同时可能引发结露等问题。
2. 清洁度要求：大型发电机的冷却水应该保持一定的清洁度，以避免堵塞冷却系统和损坏设备。
冷却水中不得含有杂质、固体颗粒和沉积物，同时要定期清洁冷却系统，并及时更换冷却水，以保持良好的清洁度。
3. 流动性要求：大型发电机的冷却水应该保持一定的流动性，以确保良好的冷却效果。
流动性不足会导致冷却不均匀，温度升高，设备性能下降，甚至引发冷却系统堵塞。
4. 化学成分要求：大型发电机的冷却水化学成分应稳定，以避免发生腐蚀和沉积问题。
一般来说，冷却水的pH值应在6.5~8.5之间，硬度应小于100mg/L，含盐量应小于500mg/L，铁、铜等金属元素的含量应控制在一定范围内。
5. 抗菌防腐要求：大型发电机的冷却系统要求具备一定的抗菌和防腐功能，以防止微生物和腐蚀物质对设备造成损害。
冷却水中应添加适量的防腐剂和杀菌剂，定期检测冷却水的抗菌和抗腐蚀性能，并根据需要进行补充和更换。
二、大型发电机冷却系统技术要求1. 冷却系统的设计要合理：大型发电机的冷却系统应根据实际情况进行合理的设计。
冷却系统应考虑到发电机的产热量、工作温度、冷却水流量等因素，选择合适的冷却器、水泵和管道等设备，并合理布置冷却系统的结构和位置，以确保冷却效果的最大化。
2. 冷却系统的运行要稳定：大型发电机的冷却系统应稳定运行，并能够自动调节冷却水的流量和温度。
冷却系统应配备合适的传感器和控制设备，能够实时监测冷却水的温度和流量，并根据设定的参数进行调节，以保持冷却效果的稳定。
大中型水轮发电机冷却方式的探讨
大中型水轮发电机冷却方式的探讨摘要：水轮发电机是现代水力发电中最为主要的机械设备，水轮发电机组运行的质量很大程度上影响着水力发电的水平，而水轮发电机组的运行还需要有效的冷却方式的运用予以保障，为了有效提高水力发电企业的电力供应水平，加强对水轮发电机冷却方式的研究具有着重要的意义，本文将就此展开探讨。
关键词：大中型；水轮发电机；冷却方式在水轮发电机组运行过程中，如冷却方式选择不当，冷却效果不理想，将很容易导致水轮发电机组主要结构部分过热，并增加机组设备及控制电路损坏的几率，严重情况下，还可能造成一系列安全事故的发生，造成严重的损失和危害。
因此，对各类冷却方式进行分析，并准确把握各冷却方式的应用特点，结合水轮发电机组的运行需求，合理进行冷却方式的选择有着很大的必要性。
一、应用于水轮发电机组的主要冷却方式1.全空冷方式空冷技术是较早应用于水轮发电机组冷却系统的一种技术方式，经过多年的发展，全空冷技术已经得到了逐渐的完善，并且也能够适应和满足大型、乃至超大型水轮发电机组的冷却需求。
水轮发电机组中全空冷方式的运用首先需要结合发电机的额定容量及结构特点，确定冷却系统应能够提供的有效总风量，并要明确与之相应的风量分配方案，以确保全空冷方式的冷却能力满足需求。
其次，要做好对风道、风沟等结构部分的科学设计，从而保证发电机组整体温度分布的均匀性。
此外，还要充分考虑各方面的影响因素，结合实际的参数分析，计算合理的换热系数。
全空冷方式在实际应用中的冷却效果会对发电机的发电功率产生明显的影响，即发电机效率随进风温度的升高而下降，进风温度越低则发电机功率越高，同时还具有着结构简单、便于操作和维护等优点。
但由于全空冷方式运用中发电机定子绕组的绝缘内导体在运行中产生的热量必须要通过绝缘层或铁芯向外传导才能散发出去，因此针对一般中小型水轮发电机相对较为适用，而过大尺寸的水轮发电机组中，铁芯温度传导不及时可能导致超温现象，并造成变形，影响到冷却的有效性，这也需要技术上予以进一步的加强。
大型水轮发电机冷却方式
32
34
A
A
27
28
6号下层线棒测点布置
采用安全可靠通风系统 双路径向密闭自循环端部回风无风扇旋转挡风板通风系统 磁轭通风隙（或通风隙+通风沟）为主要压头元件 总风量适宜（5%~8%裕量），风量分配合理 （5.5/ 6:4.5/4），风速均匀，冷却效果良好 实测表明：定子线棒全部测点（RTD）的最高温度与最 低温度差约为 6℃；同一高程的测点温差不大于4℃；同 一根线棒轴向温差不大于3℃。铁心最高温度与最低温度 差不大于2℃，温度分布非常均匀
18
200 8070 2700 112(125)
下风道风量 (m3/s)
试验时间
62
2002.6.10~13
14.8
2002.3.27
53.5
2002.3.10
三峡右岸电站26#机实测（见表4）
表4 26 #机实测与计算对比
项目 初步设计值 通风模型折算值 总风量（m3/s） 316.8 351 上/下风道风量（m3/s） 通风损耗（KW） 2240 2460
单位：K
备注 过严 铁心温升过严 铁心温升过严 铁心/绕组温升略偏严 合适 转子绕组略偏松 合适 合适 偏松
2台空冷器退出运行，且冷风温度不超过 40℃，水温不超 过28℃，温升仍保持额定值，导致发电机设计不经济，重 量偏重，先进性未能体现 发电机应取科学、合理、经济的温升值
适应热变形倾式斜立筋应用， 保证正常和非正常运行工况定、转子的圆度和同心度
1.3 冷却方式对比
1.3.1 全空冷的优势
电气参数较好，额定点效率高，过载能力强，适应电 站频繁开停机的运行方式，运行成本及故障率低 结构简单，现场安装、调试简便，安装周期短，易于 维护检修等
大型水轮发电机冷却方式的选择
电流增大， 转子用铜量增大， 使制造成本增加。短路比 主要根据电站输电距离、 负荷变化情况等因素提出， 一 般水轮发电机的 # $取 & #’ ( !# )。 短路比近似为 , -! #$ ! （ & . ) / & . *） 0 -" 式中： — —气隙长度； !— — —极距； "— ,— — —气隙磁密； 0— — —发电机电负荷。 可见， 要使 #$ 增大， 须减小 0， 即增大机组尺寸， 或加大气隙长度， 须增加转子绕组安匝数。水内冷发 电机为了不使 #$ 过于减小， 一般选取较空冷 机组大 的气隙。故水冷发电机的励磁损耗要大于空冷机， 因 而需要增加励磁设备的费用。 + # 直轴瞬变电抗 *1+ 对发电机的动态稳定极限及 突然加负荷时的瞬态电压变化率有 很大影响， *1 + 越 小， 动态稳定极限越大、 瞬态电压变 化率越小， 但 *1 + 越小， 定子铁心要增大， 从而使发电机体积增大、 成本 增加。 *1+ 的值主要由定子绕组和励磁绕组的漏抗值 决定。 *1 + 与电负荷 0、 极距" 有如下关系： 0$ !*&$ - " 可见， 要降低 *1 + ， 必须减小 0 或加大 都将使发 "， *1+ ( 电机尺寸增大。空冷机组由于 0 比水冷机组小， 相对 容易满足电力系统的要求。
结构简单， 制造上比较容易实现。目前大型发电机不 再采用在工厂组装分瓣， 然后运到工地合缝安装的方 式， 而采用在现场叠片组装的安装方式， 空冷机组具有 安装工艺要求相对比较简单、 安装周期短的优势。目 前世界上包括我国在内的较多的厂家都具有制造大型
$(
大型水轮发电机冷却方式的选择
大型水轮发电机推力轴承热边界层隔离降温技术及工程应用
0 引言水轮发电机推力轴承工作时，轴瓦顺转向与镜板形成楔形间隙，冷油在旋转镜板的带动下从楔形间隙的大口侧进入，从楔形间隙的小口侧流出，又进入下一块瓦的楔形间隙，并在镜板工作面与轴瓦工作面之间形成用于承载载荷的油膜。
油在经过镜板摩擦后会变热，由于油的黏附作用，镜板工作面通常附着一层厚度小于1mm的热油，温度远高于油槽油温，该薄层内温度梯度很大，称为热油边界层[1]，是推力轴承固有的。
热油边界层，提高了轴承的工作油温，降低了轴承的承载能力，轴瓦容易损坏。
本文分析了热油边界层对推力轴承性能的影响，介绍了热油边界层隔离降温技术的原理、热油隔油装置[2]的结构及工程应用效果。
模拟试验和工程应用结果表明，热边界层隔离降温装置（以下简称热隔装置）能够明显提高推力轴承承载能力、降低运行瓦温约5K以上。
1 推力轴承热油边界层隔离降温技术的原理1.1 推力轴承瓦间油流一般特点水轮发电机推力轴承一般由转轴、镜板、轴瓦和支撑件等组成，转轴与镜板固定连接用于带动镜板转动，轴瓦为多个，分布在转轴四周，且轴瓦倾斜设置在镜板的工作面下方，并顺转向与镜板形成楔形间隙，楔形间隙的大口侧为进油端，楔形间隙的小口侧为出油端，轴承支撑件固定在油槽内。
推力轴承工作时，冷油在旋转镜板的带动下从楔形间隙的大口侧进入，从楔形间隙的小口侧流出，并在镜板工作面与轴瓦工作面之间形成用于承载载荷的油膜。
但在相邻两块轴瓦中，由于前一轴瓦的出油端为后一轴瓦的进油端，而油在经过镜板摩擦后会变热，这就导致会有部分热油附着在镜板工作面，并在镜板的带动下进入下一轴瓦与镜板之间，提高了轴承的工作油温，降低了轴承的承载能力（如图1所示）。
在实际使用过程中，为了减少前一轴瓦进入后一轴瓦的热油量，通常采用增大瓦间距离的方式，其效果非常有限。
为了保持合适的比压，只好增大推力轴承的尺寸，不仅导致推力轴承的空间占用面积增大，还导致整个推力轴承的制造材料和成本增加。
特别是抽水蓄能机组的双向推力轴承，转速达300～500r/min，单纯地增大推力轴承的尺寸，还将导致搅拌损耗和总损耗大幅增加，降低机组效率、增加润滑油内部的气泡、增加油槽周边的油雾。
大型发电机内冷却水质及系统技术要求范本
大型发电机内冷却水质及系统技术要求范本引言：大型发电机内冷却系统的良好运行对于发电机的性能和寿命具有重要的影响。
内冷却水的质量和冷却系统的技术要求直接关系到发电机的运行稳定性和寿命。
本文将详细介绍大型发电机内冷却水的质量要求和冷却系统的技术要求。
一、内冷却水质量要求1.水质标准（1）pH值：内冷却水的pH值应区间控制在6.5-8.5之间，以确保水的酸碱度适中。
（2）电导率：内冷却水的电导率应小于30μs/cm，以保证水的纯度。
（3）溶解氧：内冷却水中的溶解氧应小于5ppm，以减少氧化腐蚀的风险。
（4）硬度：内冷却水的硬度应小于100mg/L，以避免水垢形成。
（5）悬浮物质：内冷却水中的悬浮物质应控制在10mg/L以下，以减少对设备的污染和磨损。
2.水源选择内冷却水的水源应该是符合国家和地方标准的自来水或经过处理后的水源。
水源选择应注意以下几点：（1）水源的pH值应适中，不能太酸或太碱。
（2）水源的硬度应控制在合理范围内，过高的硬度会导致水垢形成。
（3）水源中的悬浮物质和有害物质应尽量少，避免对设备造成损害。
3.水处理技术对内冷却水进行必要的处理，以确保水质符合要求。
常用的水处理技术包括：（1）过滤：可通过机械过滤器对水源进行初步过滤，去除大颗粒的悬浮物质。
（2）软化：通过离子交换器或其他软化设备，降低水中的硬度。
（3）除氧：可采用物理或化学方法去除内冷却水中的溶解氧。
（4）消毒：采用适当的消毒剂对内冷却水进行消毒，杀灭水中的细菌和病毒。
二、冷却系统技术要求1.冷却系统结构（1）冷却水循环系统：包括水泵、冷却器、冷却塔等设备。
冷却水通过泵将热量从发电机中带走，然后通过冷却器或冷却塔将热量散发到空气中。
（2）冷却水净化系统：包括过滤器、软化器等设备。
冷却水在循环过程中需要保持较高的纯度，净化系统对水进行过滤、软化等处理，保证水质符合要求。
（3）自动控制系统：包括温度传感器、流量控制阀等设备。
自动控制系统能够监测冷却水的温度、流量等参数，并对泵、冷却塔等设备进行自动控制，以保证冷却水的正常循环。
大型水轮发电机冷却方式
2.1 全空冷方式 近 20 年来，国内外在空冷系统设计理论、风循环
系统和风沟的合理设置、风道密封及减少风损等方面, 取得了长足的技术进步，主要表现在：
（1）近几年结合水电工程，对 700MW 级水轮发 电机做了多个通风模型试验，并在 840MVA 的真机进 行了型式试验，不断修正通风系统的仿真计算，掌握 了：根据水轮发电机的额定容量和结构确定全空冷方
（4）上世纪 90 年代初，国内外普遍认为，700MW 水轮发电机采用全空冷是处在极限容量的临界状态。 国产第一台 840MVA 全空冷水轮发电机的成功投运和 全空冷技术的进步，标志着设计制造全空冷 800MW 级 水轮发电机己无问题，提高了全空冷水轮发电机制造 极限容量。
2.2 半水内冷方式 发电机采用半水内冷方式，定子线棒由导电的实
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大型水轮发电机冷却方式
2008.№1
式所需的有效总风量及风量的分配；为降低运行温度 并使温度分布趋于均匀，调整风道和风沟的科学合理 设置的方法；在温度场计算中对流换热流体及其温度 与界面的对流换热系数，并考虑风沟中风温逐步升高 对不同风速、不同温度下物性参数的影响，计算出相 应的换热系数；考虑了铁心叠片、线棒股线绝缘、材 料三维各向异性、附加损耗等因素的影响。表明己基 本掌握了通风系统的设计理论和仿真计算。700MW 全 空冷水轮发电机实际运行表明，定子线棒实测的 RTD 温度比计算值小，相差约 10%，还需日趋完善。
心股线和通冷却水的空心股线组成，一般由一根空心 股线带走 4 根实心股线产生的损耗热量。经过纯水处 理装置处理过的冷却水（水质纯净、无固体杂质、PH 值为 7.5～8.5、硬度小于 2µmol/l、水温 25℃时电导率 小于 1.7µs/cm），用泵打入定子线棒的空心股线进行冷 却并带走实心股线产生的热量，升温的纯水进入冷却 器，与二次冷却水进行热交换，降温后的纯净冷却水 经过纯水处理装置，再进入定子线棒空心股线形成水 冷循环系统。半水内冷发电机空冷部分与前述全空冷 方式基本一致。半水内冷方式在大容量水轮发电机中 己被广泛采用，技术上不断改进，日趋完善，具体表 现在：
巨型水轮发电机或将回归“全空冷”时代
巨型水轮发电机或将回归“全空冷”时代从目前运行实践表明，700兆瓦全空冷巨型水轮发电机实现了总风量适宜、风量分配合理、风速均匀、冷却效果良好的总体目标，并且机组运行稳定，振动、摆度及温升等性能指标达到优良标准，标志着空冷技术的重大突破。
龙滩和三峡700兆瓦全空冷机组的运行，打破了目前在500兆瓦级以上的大型水轮发电机中多采用半水冷的格局。
单机容量最大、结构尺寸最大、推力负荷最大在2010年1月份的国家科技奖励大会上，由哈尔滨电机厂有限责任公司完成的“巨型全空冷水轮发电机组关键技术突破及工程应用”获得了国家科学技术进步奖二等奖。
时间再往前推两年多，2007年9月，中国电器工业协会、中国电机工程学会和中国电工技术学会组织国内发电行业的众多资深专家汇聚北京，就刚刚研制成功的世界上单机容量最大的700兆瓦全空冷巨型水轮发电机成功并网发电进行研讨和交流。
会上，国内发电行业的专家们经过对大量数据的分析，专家们一致认为世界上单机容量最大、结构尺寸最大、推力负荷最大的700兆瓦级巨型全空冷水轮发电机的制造技术达到了世界领先水平，这无疑开创了世界上单机容量最大的全空冷水轮发电机组运行的新时代。
新闻背景“半水冷”回归到“空冷”水力资源属清洁的可再生能源，是发电设备的首选资源。
随着世界经济的发展与能源需求的增加，建设大型水力发电厂仍是一个时期内的主要方向。
大型凸极水轮发电机作为水力发电的主要设备，也经历了长期不断的技术进步和发展。
目前，中国55—75万千瓦水轮发电机机组有100多台，70万千瓦以上容量的机组60多台，从2005年到2020年,每年新增水电装机达1000万千瓦以上，是以往5倍的规模。
对大容量水轮发电机，冷却技术是设计中的关键问题。
大型水轮发电机的冷却方式主要有全空冷、半水冷和蒸发冷却3种。
空气冷却方式在电机内部只采用空气作为冷却介质，通过空气的流通实现电机整体的降温冷却。
此时，所需要的辅助设备为空水冷却器。
大型发电机冷却方式的发展及特点
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。
１．３液冷 旱在１９１７年，匈牙利冈次茨工厂就曾 用变压器油作牵引电机的冷却介质。３０年 代后，又曾从事水外冷的研究，但长期以 来没有取得重大进展。１９５６年，英国开始 采用净化水冷却电机定子绕组。目前定子 绕组采用水冷已相当普遍。液体的比热， 导热系数比气体大，所以液冷的散热能力 较气冷大为提高。水是很好的冷却介质， 它具有很大的比热和导热系数，价廉无毒， 不助燃。无爆炸危险。通水冷却的部件冷 却效果极为显著，允许承受的电磁负荷比 空冷、氢冷高，提高了材料的利用率，但 是由于水垢的产生及空心铜线被水中的氧 离子氧化产生的氧化铜和氧化亚铜等沉积 造成水路堵塞，继而产生绕组局部过热而 烧毁，同时水接头及各个密封点处由于承 受水压漏水的问题将造成短路和漏电危险。 近些年，各地的水内冷机组都发生了一种 新的漏水现象，被称为水力钻孔，这是由 于水中的微小颗粒在空心导线的转弯或粗 糙点慢慢沉积下来。由于受到水流的冲击 而以颗粒与空心线的接触处为支点旋转起 来．日积月累就会将这一点钻穿，这种现
区域治理Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ
大型发电机内冷水系统优化运行综述
综 述
பைடு நூலகம்
Ｋ苣Ｊ Ｉ Ｚ０ＮＧ ＳＨＵ
大型 发 电机 内冷 水 系统优化 运行 综述
李海燕
（ 陕西 电力科 学研 究院 ， 西 西安 陕 ７０ ５ ） １０ ４
Ｏ 引言
大型火 力发 电厂 中 ，发 电机 冷却水 系统是 用水 量 相对 小 的系 统 ， 水 量 在５ ３ 以下 ， 对 水 质 用 ０ ｍ／ ｈ 但
１ 大 型 发 电 机 组 发 电 机 内冷 水 的 水 质 要 求
为保证 发 电机冷却 水系统 安全 、 定运行 ， 足 稳 满
发 电机对地 绝缘及 铜线 棒防腐蚀 的要求 ，电力行业
１ Ｓ ｍ， 的 电导 率 大 于 ２ ｘ／ｍ时 。 腐蚀 速 ．ｔ／ 水 ０ｚ ｃ ． Ｓ ０￣ ｃ 铜
使 水 的ｐ 急剧 下 降 。 低 可降 至５ ６ 此 时进 入 铜 Ｈ值 最 ～，
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水 中溶 解 氧饱 和 时 ， 达 ６ １ ／ ， 水 一 般 可 ～ ３ｍｇＬ 而 与空 气接 触 时 ， 中溶 解氧 含量 为 １ ～ ． ｍ ／ 。 水 ． ３２ ｇＬ ４ 我 国发电机 冷却水 的水质指标 中要求溶解 氧不 大 于３ ｇ 前 苏联 为２ ～ ０ ／， ０ｔ ／ ｘ Ｌ， ０ ５ ｇ 日本为２ － ０ Ｌ ０ １０
蒸发冷却技术在李家峡水电站水轮发电机组的应用概要
蒸发冷却技术在李家峡水电站水轮发电机组的应用概要简介李家峡水电站是中国大型水电工程之一，位于甘肃省临夏回族自治州康乐县境内，距离黄河约37公里。
该电站总装机容量达到4.2万兆瓦，是中国最大的水电站之一。
作为水轮发电机组，靠水的转动产生机械能，再转换为电能。
为了保证水轮发电机组的安全及性能的稳定运行，对机组进行有效冷却是至关重要的。
在李家峡水电站，采用了蒸发冷却技术来降低机组的工作温度，本文将着重介绍该技术的应用概要。
蒸发冷却技术简介蒸发冷却技术是一种传统的家庭空调系统，其原理是利用水的蒸发吸热，将热量从空气中带走，实现降温。
蒸发冷却技术在李家峡电站的应用也类似，即利用水的蒸发吸热，将机组散热，保证机组的安全及性能的稳定运行。
蒸发冷却技术主要分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种方式。
•直接蒸发冷却直接蒸发冷却技术利用自然蒸发吸热原理将水蒸发为水蒸气，使空气温度降低，从而实现冷却。
直接蒸发冷却一般采用湿式冷却塔，即水从顶部喷淋下来，通过塔身内的湿帘进行蒸发，将热量带走，达到降温目的。
但湿式冷却塔也存在易滋生细菌等问题。
•间接蒸发冷却间接蒸发冷却技术是在蒸发过程中，让水和要冷却的物体分别位于两个不同的密闭空间，通过热交换管实现热量的传导，避免了直接接触，也避免了细菌等问题的产生。
李家峡水电站应用概要李家峡水电站应用的是直接蒸发冷却技术，其主要装置为湿式冷却塔。
在湿式冷却塔内，水从顶部喷淋下来，通过塔身内的湿帘进行蒸发，将热量带走，达到机组的降温目的。
李家峡水电站应用蒸发冷却技术的优势主要体现在以下三个方面：1.安全性高蒸发冷却技术采用的是水蒸发吸热的原理，不需要使用任何液体冷却剂，不存在漏液等安全隐患。
2.效果明显采用蒸发冷却技术后，机组散热效率大大提高，降温速度快，机组运行温度稳定，保证了机组的性能和寿命。
3.节约能源相比于其他方式进行机组散热，蒸发冷却技术不仅效率更高，而且能够节约一定的能源消耗，有利于环保节能。
1000MW水轮发电机推力轴承冷却技术_电机征文
3
推力轴承采用外循环或内循环润滑冷却，其效果相近，可根据推力轴承的大小、转速高低等进行选择。抽屉式内循环冷却、镜板泵、导瓦泵和外加泵外循环冷却均有一定的优点，它们都是大型水轮发电机推力轴承可靠的润滑冷却方式之一。
内循环冷却方式适用于中、低速推力轴承。应用较多。
镜板泵外循环冷却方式适用于高速大型推力轴承。已在天生桥II级、拉西瓦、锦屏I级等机组及双向试验推力轴承上采用。
2.3
外加泵外循环系统（图3）在油的循环回路系统中外加一组互为备用的电动油泵，作为循环动力，由冷却器、滤油器、压力表、流量显示器和阀门等元件组成。润滑油在油槽内部可采用瓦间喷管结构或瓦间隔板结构进行润滑。外加泵外循环系统对外部管路和元件的阻力要求不高，适用于大负荷、低速推力轴承。
1）瓦间喷管结构。进、出油环管布置在油槽内。在进油（冷油）环管上按瓦数布置小孔喷管，直接引入瓦间喷油润滑冷却。在出油（热油）环管上布置吸油管，将上浮的热油吸走，进入冷却器，重复循环。适用于一般负荷的推力轴承。
外循环冷却是指冷却器与推力轴承分别安装在油槽的外部和内部，外循环又依循环动力的方式分为自身泵和外加泵两种形式，自身泵又分为镜板泵和导瓦自泵两种。采用外循环或内循环冷却，从冷却效果分析，两者并没有明显的差异。高转速机组推力轴承一般采用外循环冷却。
2.1
内循环冷却方式是指油冷却器与推力轴承安装在同一油槽内，依靠油槽内旋转部件如镜板、推力头等的粘滞作用和油的对流换热形成循环回路。为了加强循环效果，还可以安装轴流泵叶片（叶轮泵）或者是在镜板上加工径向孔强制流油循环。
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大型水轮发电机冷却技术特点综述（哈尔滨理工大学电气与电子工程学院）摘要：本着节能减排、可持续发展的原则，清洁无污染的水力发电会越来越被人们所重视，本文介绍了大型水轮发电机三种冷却方式：空冷，水冷，蒸发冷却。
首先分别介绍了三种冷却方式的工作原理、特点、造价、适用范围，和当前各种冷却方式的发展现状，对于冷却原理和运行过程中的注意问题给出了详细的说明。
之后通过查阅数据，从经济性、实用性、运行维护和电机结构等角度对三种不同的冷却方式进行了比较，给出了合理的意见。
关键词：大型水轮发电机；冷却方式；发展现状；运行性能The Cooling TechnologySummary for Large Hydro-generators (College of Electrical and Electronic Engineering ,Harbin University of ScienceandTechnology )Abstract: Based on the principle of energy saving and emission reduction and sustainable development, more and more people will pay attention to clean and non polluted hydroelectric power. This paper introduces three kinds of cooling methods for large hydro-generators, including air cooling, water cooling, and evaporation cooling. First of all, the paper introduces the working principle, characteristics, cost and scope of application, and the current developing status of three kinds of cooling methods. A detailed description of the cooling principle and the problem in process of operation is given. By looking up data, the three different cooling methods are compared and the reasonable suggestions are given from the point of economy, practicality, operation maintenance and motor structure.Key words: large hydro-generators; cooling mode; development status; operating performance1 引言我国幅员辽阔，蕴藏的可开发水资源量巨大，在当今可持续发展的理念要求下，利用清洁的可再生的水资源发电，可以减少火力发电燃烧煤炭所产生的有害气体对环境的污染，对于改善全球气候变暖具有重要作用，大力开发水电，对全人类都具有重要意义。
我国目前的水轮发电机装机容量仅占全国电力的24%[1]，而我国可开发利用的水资源总量为5.42亿千瓦[1]，有待开发的水资源量巨大。
因此我国未来水轮发电机发展的前景广阔，大力发展水电势在必行。
水轮发电机是将水能转换为电能的重要设备之一.，随着我国水坝建造技术的日趋成熟和完善, 水轮发电机组的装机容量会越来越大, 目前水轮发电机的单机容量已超过700 MW, 呈进一步增长的良好趋势，水轮发电机未来的发展前景巨大。
水轮发电机的原理就是把水流从高出流下的能量，经过水轮机转化为动力机械能，通过水轮机带动发电机将机械能转化为电能。
我国水轮发电机的起步较晚，1952年哈尔滨电机厂生产了我国第一台800千瓦的混流式水轮发电机机组，改革开放后我国的水轮发电机研发发展迅速，80年代，东方电机厂生产了当时世界上最大的转桨式水轮发电机机组安装在葛洲坝电站。
在过去50年的发展当中，在某些方面，我国水轮发电机机组单机容量已经达到世界先进水平。
在水轮机技术的发展过程中也碰到许多重要的问题，比较突出的问题时发电机的冷却问题，电机在长时间运转中发热是不可避免的，散热工作做得不好会造成严重后果，必须采用合适的散热方式将多余的热量带走，将电机各部分的温度控制在合适范围内。
发电机的冷却技术是保持发电机长期稳定运行的关键，对于不同种类的发电机冷却的方法也不一样，水轮发电机的冷却方式有很多种，但是对于大型水轮发电机而言，采用的冷却方式主要有全空冷，半水冷和蒸发冷却等。
在300千瓦以下的水轮发电机，利用空气进行冷却是主要的冷却方式，在容量再大一些的水轮机，对冷却方式的要求比较高，一般采用水冷或者水冷和空冷相结合的方式进行冷却。
本文简单介绍大型水轮发电机的几种冷却方式的，各自的优缺点、适用范围和选择方法。
2 空气冷却目前空气冷却技术一般用在容量在500MVA以下的空气冷却汽轮发电机中，对于水轮发电机来说，空冷是采用最早也是目前应用最为广泛的的冷却方式，它的历史比较久，发展也比较成熟。
现在无论是小型还是大型水轮发电机，很多都采用空气冷却方式。
它是指对定子的绕组铁芯，转子的绕组铁芯均采用空气冷却，对于一般的大型水轮发电机，多采用无风扇双路径径向密闭端部回风的自循环冷却系统[2]。
全空冷却的机组结构比较简单，机组的冷却空气首先由冷却器流出，之后被分成两路从上进风道和下进风道进入电机，一部分流向磁极，与径向进入的气流合并，之后进入热风室，最后流入冷凝器。
在冷凝器中将热风冷却后再重复以上循环过程，这样就可以将电机定子与转子产生的热量利用冷却空气带走，使电机各部分的温度控制在合理范围内，达到冷却目的。
冷却空气在转子风扇的作用下，产生动力去进行循环，之后通过布置在定子机座外侧的空气冷却器对空气进行冷却，再由电站技术供水系统冷却空冷器并把热量带走。
空气冷却的系统结构简单，不需要添加一些复杂的辅助设备，只需要在电机的内部开通风槽和通风沟即可，通风冷却损耗小分配均匀结构简单，便于检修。
目前，全空冷的水轮发电机机组在全世界的分布如下：表1 世界范围内大容量空气冷却发电机[3]发电站电压/KV 转速/r·min 单机容量/MAV 古里Ⅱ18 112.5 805太古力15 72 615二滩18 142.9 612 Reverlstoke 16 120 560丘吉尔瀑布15 200 500 Xingo 18 109 556 Harspranget 17.5 107 500 瀑布沟20 125 611近年来随着燃气轮机单机容量的上升，导致汽轮机的产量迅速上升，使得空冷技术有了很大的发展，空气冷却的优点有很多：由于采用空冷设备简单，没有辅助设备，管道也比较少，工程量小，使得初期投资成本低。
除此之外，它的运行成本也比较低，没有辅助设备，复杂的设备也比较少，维护和管理起来容易运行性能也比较好收益高。
目前，国内外在空气冷却系统设计方面有了很大的进步，700兆瓦的全空冷水轮发电机已经应用于三峡水电站[4]。
虽然空气冷却具有许多优点，操作简单、方便维修并且运行可靠，它暴露的一些缺陷也不容忽视。
由于空气冷却的空气比热小，在冷却过程中能够带走的热量是有限的，一般来讲冷却效果并不是很好，导致发单机的温升较高，直接影响到发电机的容量。
另外，由于热量的影响在制造过程中必须采取特殊的工艺进行加工制造。
加大风道和热交换面积，加大风量，这将会引起损耗增加，导致消耗的材料多，电机的体积较大。
利用空气冷却的电机，由于热量和温度分布不均匀使得电机中的硅钢片容易扭曲变形，发生“扫膛”现象，发生严重事故。
当负荷变化大时，调峰机组频繁启停，使得定子线棒发生形变，当铁芯与绝缘部分接触时发生磨损。
定子线棒轴向温度分布不均匀，温度过高引起机械应力使得定子叠片翘曲。
由于损耗不均温升过大也容易造成端部故障。
3水内冷水冷经济实惠，由于水的可利用的来源多，河流湖泊以及地下水，通过一些简单的处理装置，就可以进行使用而且可以循环利用。
利用水循环带走电机中的多余热量，由于水本身的比热容大的这一优点，在同等条件下，水可以吸收更多的热量并且吸收速度也很快。
这样利用水进行冷却可以达到很快的冷却速度冷却效果比较好。
由于水轮发电机定子线棒由实心股线和空心股线组成,可以通过空心股线带走实心股线产生的损耗热量，由于可以把内冷水直接通过定子线棒内部, 得到的冷却效果很好, 但是这对冷却水的电导率及离子含量要求会很严格。
水内冷有很多的优点，比如：电机的绝热效果好，产生的温度差小以及机组的热应力小等特点，利用上述的优点我们可以设计出一套合理完整的冷却系统设备。
但是在水冷技术的一般应用的过程中也要注意一些问题，由于电机的结构形变和产生的机械震动对定子绕组的影响比较大，所以对冷却设备的规格要求也较高，在应用时我们要注意这些问题。
在水循环系统工作过程中，将经过处理后的冷却水流入定子线棒当中，这个过程是利用压力泵将冷却水打入定子线棒实心股线当中，带走股线产生的热量，在定子线棒中，一般由一根空心股线带走4 根实心股线产生的损耗热量。
这时冷却水的温度升高，使温度升高后的冷却水进入冷凝器，这个冷凝器与空冷中的冷凝器结构原理基本相同。
之后再与冷凝器中的二次冷却水进行热量的交换，最后将本次降温后的冷却水经过处理之后进行下一次的水循环。
在这里我们要注意一点问题，经过处理后的冷却水要水质纯净无杂质，水温，PH值还有硬度要达标，这样才能很好地保证线棒的绝缘性。
一般这种水冷方式在多用于容量比较大的水轮发电机中，近年来，这种水冷技术不断发展，已经日趋成熟。
一般的水轮发电机在连续运转的时候，用于冷却的冷却水要经过静止、消毒杀菌、酸碱处理、吸附等操作处理才能使用，而且需要定期向泵中注入新的冷却水。
但是在水轮发电机冷却水循环系统的防垢问题上，虽然我们的循环水经过了严格的处理，各方面已经达标，但是在流通过线棒的过程中，仍然会对线棒产生一定的腐蚀作用，这些腐蚀后的杂质结成垢会使得冷却水流通的不畅通，使得冷却效果不够理想。
在日常的运行中，不仅要进行正常的化学清洗，还要进行必要的机械清洗。
例如：ABB公司就采取了一项措施，将由铜材料制成的空心股线改成不锈钢的，这就大大消除的铜腐蚀结垢的问题，使冷却效果提高[4]。
除此之外，水处理要有水源作为基础，对水进行处理加工需要很大的占地面积用作厂房设备，所以采用生活纯净水作为水循环系统的初始水源，对于二次冷却水仍采用由技术供水系统提供水的方法，当进入线棒中的水的指标不能满足要求时，在进入水质处理装置进行处理直到符合为止，这样可以大大提高效率节省土地占用面积。