1前言

枫树坝发电公司装有水轮发电机组2台，现总装机容量为168MW。原2台水轮发电机型号同为TS859／190-44，分别于1973年、1974年投产发电。1号发电机容量为82．5MW，立轴悬吊式结构，采用密闭自循环空气冷却系统；其通风系统采用的是典型的封闭双路径向通风系统，此种通风方式因装有转子风扇，通风风量大。传统的风路设计使得风阻较大，通风损耗过大，影响了发电机效率的进一步提高。经过30多年的运行，机组和主要设备的性能明显下降，严重影响机组的长期安全可靠运行，甚至有可能造成重大设备事故。2003年底，为改善机组和主要设备的不良状况，更大地发挥现有水力资源的潜力和作用，我们首先开始对1号机组进行增容改造。

为了充分发挥新型转轮的出力潜力，并尽可能地提高发电机的工作效率，除对发电机定子、转子进行了全面的技术改造外(见表1)，还对发电机的通风和冷却系统进行了必要的技术改造。

表1增容改造前后发电机参数比较

21号发电机原通风系统分析及进行技术改造的必要性

增容改造前的发电机通风系统是典型的封闭双路径向通风系统，热风由8个均匀装设在定子机座外壁上的空气冷却器冷却。从空气冷却器中吹出来的冷风分成上、下两路，分别经过上机架各支臂之间的空隙(上路)和发电机基础风道(下路)，其中的大部分冷风进入转子支架。在转子支架本身的离心风压和装设在磁轭上、下两端的风扇的压头的作用下，上、下两路冷风又各分成2个支路：一部分流经定子绕组上下端部、齿压板，再经过定子机座空隙，带走损耗热量后进入冷却器进行热交换；进入转子支架的另一部分冷风，先后通过转子磁轭风沟、磁极极间间隙，冷却转子磁极及其绕组后进入定、转子气隙，在转子压头的作用下，最后经过定子通风沟槽，带走损耗热量后汇集并经机座冷却器窗进入各空气冷却器进行热交换。发电机产生的总风量约为76m³／s，其中经过定子绕阻上下端部的风量高达约15m³／s。

通过分析不难发现，上路冷风不仅要经过各种挡风板、环板，先上升后又下降，风路较长，而且复杂，风阻很大；而下风路中，在发电机的下风洞中存在一个大旋涡。另外在转子风扇压头作用下，上、下部均有1个支路的冷风分别经过定子绕组上、下端部，不仅使得风量分配不合理，而且气流容易在狭小而又复杂的空间内不可避免地发生撞击和形成漩涡，使通风损耗进一步加大。

我们知道发电机通风损耗约占总损耗的40％，因此通过降低通风损耗可以可观地提高发电机的效率。在进一步优化风路系统的同时，适当减少通风风量，可以达到降低通风损耗的目的。发电机容量的提高，必将导致损耗热量的增加。通过加大通风风量，并设法提高发电机各部散热性能和空气冷却器的冷却效果，同时适当地增加空气冷却器总的冷却容量都能实现可以带走更多的损耗热量的目标。显然要使发电机的效率尽可能的提高，并将发电机各部分的温升控制在允许范围之内，就必须对整个通风和冷却系统进行综合性的技术改造。

3通风和冷却系统改造思路及方向

首先，增容改造后发电机组高负荷运行时需要带走的损耗热量必将显著增加，这就要求空气冷却器总的冷却容量要与之相适应，而这只能通过使用冷却容量更大的冷却器加以解决。然后就要解决风量分配不均匀的问题，增加发电机真正发热需要冷却的部分的空气流量。可以考虑改造风路系统，比如在满足定子绕阻上、下端部冷却需要的情况下，使分别流经定子绕组上、下端部、齿压板的两路冷风风量尽量减少，从而使进入定子铁芯内部的冷风风量所占的比例增加。其次要尽量缩短风路，并使其更顺畅，风阻更小；重点是对不太合理的上风路进行改造：在此基础之上，再设法改善定子铁芯内部散热冷却效果，进一步降低定子铁芯、线圈温升。

改造方向：取消转子风扇，并改造不合理的风路系统，采用风路短、风阻小、通风损耗小的圆盘式无风扇端部回风的通风方式。同时增加空气冷却器的总冷却容量，以实现发电机组长时间高负荷运行时的可靠冷却。

4通风系统改造的具体措施

针对通风系统存在的以上问题，在确保增容改造后发电机可靠冷却的前提下，经过仔细的分析，系统地模拟和严格的计算，我们采取多项改造措施，对原来不太合理的通风系统进行了综合性的技术改造。

4．1取消转子上、下端风扇，加装非磁性旋转挡风板

取消转子风扇虽然会使通风风量有所减少，但同时也能部分地减少通风损耗，而且还可以通过对风路系统进行改造，使其更合理，风阻更小，从而进一步减小通风损耗。再辅以其他的改造措施，确保仍能够满足增容后发电机长时间高负荷运行时的冷却需要。通过利用原来把合风扇用的螺栓，在转子磁轭、磁极上端面加装一圈高强度的非磁性旋转挡风板，不仅可以防止漏风和热风回流，还能增大定转子气隙的压头，强化上齿压板区域的散热冷却，且能使上路风路更顺畅，从而避免了气流发生相互撞击、形成旋涡和寄生涡流，最终提高通风效率。

4．1定子机座外壁上开通风孔口

为缩短上路风路，减小其通风风阻，在确保定子机座强度的前提下，在机座外壁上部各间隔均匀开孔，总面积超过12m²；在每个空气冷却器(共8个)下部的机座外壁上开孔，总面积约为8×0．075m²。改造后，上路冷风将改为依次流经机座上部所开通风孔口、定子绕组上端部、转子磁极磁轭，最终进入转子支架内部。这样上路冷风不仅冷却了定子绕组上端部、转子磁轭磁极，还将全部进入定子铁芯内部进行冷却。

4．3加装环形密封挡风板

在定子机座外壁开好通风孔口的基础上，又在定子机座顶部和机坑内壁之间加装一圈环形密封挡风板。从而使上路风路更短，风阻更小，风路系统更为合理。同时，良好的密封减少了气流的逸出，更好地维持了发电机内部空气的连续、稳定的循环流动状态，减少了来自外部的扰动。

4．4增加定子铁芯通风沟槽数

将通风沟槽钢高由10mm改为6mm。这样在通风隙总高度不变的前提下，由于降低了定子通风沟的高度，必然增加了通风沟数，也就增大了定子铁芯的散热面积，使得定子铁芯散热冷却效果更好，就可以进一步降低定子铁芯、绕阻的温升。

5更换空气冷却器

由于增容改造后发电机高负荷运行时需要带走的损耗热量的显著增加，仅靠改造通风系统，优化风路系统结构，提升定子铁芯散热冷却效果仍然是无法满足发电机组安全可靠运行的需要，还必须通过增加冷却器总的冷却容量，才能将发电机高负荷运行时产生的大量损耗热量顺利带走，从而达到发电机组能够长时间高负荷安全运行的最终目的。经过多方面的综合比较，决定选用冷却容量更大性能更佳的DS160型空气冷却器替代旧的绕簧式空气冷却器(见表1)。

DS160型空气冷却器比旧的绕簧式空气冷却器单位体积散热面积增大约70％，风阻压降降低约50％，单个冷却器冷却容量达250kW。

表2发电机高负荷运行时2种冷却器性能参数比较

6通风和冷却系统改造后的效果

通过这一系列的改造，发电机的风路系统更为合理，各部风量的分配进一步得到优化，发电机铁芯的散热效果有所提高，空气冷却器总的冷却容量显著增大。发电机组自增容改造结束投运以来，定转子各部温度稳定，温升理想，通风冷却效果良好。发电机负荷为85．5MW时．定子铁芯温度为44．3℃。发电机通风冷却系统改造前后定子线圈平均温度、允许温升和冷热风温度比较如下(见表3、表4)。

表3改造前后定子线圈平均温度、允许温升和冷热风温度比较

表4改造前后发电机各位置风量对比

从表4中可以看出，改造后到达发电机真正发热需要冷却的定子铁芯内部、转子磁极磁轭的风量的比例提高了11．41，达到91．67％。91．67％的风量流经定子绕组上端部、定子绕组汇流排起到了强化冷却的作用。

7总结

通过实施多项改造措施，使整个风路系统更为合理，各部通风风量的分配得到优化，通风损耗明显降低，提高了发电机的效率。发电机组自增容改造结束投运以来，定转子各部温度相对稳定，温升理想，通风冷却效果良好。

但是，因转子支架入风口面积过大，且磁轭处的风阻较大，导致部分冷风流出形成涡流的问题没有得到解决。另外下风路的挡风板的形式和设置有待改进。

这些都为2号发电机组的增容改造提供了宝贵的借鉴，届时经过认真分析权衡后，应当能得到更好的解决，从而使2号发电机组的增容改造更顺利，效果更好。