中国储能网讯:抽水蓄能发电机空冷方式、结构简单、运行可靠、安装和维修简单、成本低是发电电动机优先选择的冷却方式。目前375转以上机组发电电动机一般采用双路磁轭径向通风方式,但对于高转速的发电电动机,由于转子支架尺寸较小,进风口尺寸受应力控制,要满足需要风量,存在一定的困难。因此,有种观点曾一度认为双路磁轭径向通风方式不太适合高速机组,需要外加电动风机的轴径向通风方式,如广蓄一期电站的机组。但目前有不少电站,如天荒坪、十三陵、张河湾、西龙池、奥美浓等抽水蓄能电站高速机组都成功采用了双路径向通风方式,其中有的在磁轭上、下两端增加类似风扇的结构,如十三陵、琅琊山、呼蓄、阳江等电站;不带风扇“无风扇”式端部回风式通风系统,如张河湾、西龙池、周宁等抽水蓄能电站。葛野川蓄能电站475MVA、500r/min 发电电动机是目前采用无风扇双路向通风的转速最高、容量最大的机组。
随着通风冷却技术的改进和完善,绝缘及防止铁芯翘曲措施的进步和发展,发电电动机的冷却方式已不受每极容量的限制,而更加注重对电压、支路数和槽电流的匹配、热流密度的分析计算,以及热负荷的控制。在进行电磁设计方案比较时,对定子绕组、铁芯和转子绕组等主要发热部件产生的损耗与其相应结构尺寸进行匹配计算和分析,使得单位体积和损耗密度和热流密度在范围内,各部温升处在许可范围内。
除满足电动机各部分温升要求外,良好的发电电动机冷却通风系统设计还应满足以下要求:
(1) 安全可靠(风风扇等附件)
(2)满足冷却需要的总风量并具有最小的风损耗。
(3) 风量和风速,以及电机定子和转子的铁芯、绕组各部分温度的分布均匀。
(4)安装、维修简单容易。
随着通风冷却技术的进步,寻求更优良的通风方式已成为高速水轮发电机研发的重点,使其通风系统更加简化、优良,保证电机的合适的冷却风量及风量沿轴向合理的分配,以及电机的安全稳定运行。以下以某抽水蓄能电站为例:
某抽水蓄能电站机组型式为立轴单级混流可逆式水泵水轮机- 发电电动机组,单机容量为320 MW,通风系统方案为双路径向无风扇端部回风全空气冷却方式。被冷却器冷却的空气从定子机座上风道和基础板下风道经定子线圈端部后,在转子支架和磁极本身的离心式风压作用下,流经磁轭风沟、风隙和磁极,经过气隙进入定子铁心径向风沟,最后汇入定子铁心背部带电机的热量重新回到冷却器入口进行热交换,形成密闭自循环通风方式。
电机在运行过程中所产生的热量,除轴承中的热量系由轴承的外表面自然导散或由循环润滑油导散外,其他损耗全部依靠冷却介质带走。
电机在稳定运行过程中,流体速度一般不超出50 m/s,它所能产生的动压力不超过1 500 Pa( 150 mm. H2O) ,相对大气压力只占1. 6%。因此电机内部压力变化引起的空气密度改变不超出1. 6%,可以认为是不可压缩流体的流动。而电机内部流体温度变化最大不过40 ~ 70 K。在这个范围内年度变化约为13%,而在这个范围内不会使气流速度和压力产生显著变化。
发电电动机风路中包括转子支架、磁轭风沟、磁极的压力元件及阻力元件,气隙、定子风沟、冷却器等阻力元件。某抽蓄发电电动机的有效总风量为129. 5m3 /s。电机需冷却器带走的损耗为3 707 kW,电机需要风量为120. 4 m3 /s。计算通风损耗为1 856 kW。因此,通风系统能够满足电机的通风冷却要求。