小型水电站水轮发电机增效扩容改造设计问题探析

 摘要：结合实际本文阐述了小型水电站在增效扩容设计和实施过程中，对水轮发电机和电气设备的改造要同水轮机改造一样予以重视。这不仅关系到增效扩容后电站的综合效益，也关系到今后运行过程中人身和设备的安全。一个好的改造方案不仅能提高经济效益，而且能降低生产成本，减少运行费用，降低劳动强度。 

　　关键词：小型水电站；水轮发电机；增效扩容；改造设计 

　　中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 

　　1、水轮发电机增效扩容改造的合理选取 

　　增效扩容的水电站大多建于上世纪，由于当时材料、工艺、技术和设计水平的限制，设备经过几十年的运行后，出现发电机绝缘老化、温升高、定子铁心松动、效率下降等问题，影响电站的安全运行。但各个电站由于运行管理水平和生产厂家的技术不同，出现的问题也各不相同，因此需要认真分析，找出主要原因“对症下药”。 

　　1.1 发电机的整体更新 

　　水轮发电机增效扩容最简单的方法是在维持机座不变、转速不变、埋入部件不动的情况下，按照全新的设计整体更换（发电机所有部件），但其一次性投资大，既浪费资金，也浪费公共资源。 

　　由于发电机部件比较多，影响效率和出力的因素也多，如发电机定子铁心、定子绕组、转子绕组、通风冷却装置、推动轴承等。是否对发电机组整体更换应进行综合分析和论证。为此，需要到现场详细了解发电机的运行情况，投产时电站的设计参数和技术水平，以及历年来的重大事故、改造和维修情况，与运行人员一起分析论证，并根据增效扩容的要求，通过全面检测来确定对机组进行局部改造（更换部件），还是整机更换。为了保证水电站运行安全，需整体更换发电机时，应按目前的先进技术进行设计和制造，并满足立式机组现有机墩、埋件不改动的要求。 

　　1.2 定子绕组转子绕组的改造 

　　在发电机增效扩容改造中，要求增容后机组转速保持不变，因此发电机极对数也维持不变。要达到增容的目的，对原定子绕组必须进行改变，增大绕组线规，降低绕组电阻，使绕组电阻发热总量不高于原绕组。同时改变绝缘浸漆工艺，将B级绝缘等级提高到F级，采用新型的耐压高、介质损耗低的绝缘材料，减薄绝缘厚度，为增大线规腾出空间。 

　　定子绕组和转子绕组改为F级绝缘后，仍控制机组温升在B级绝缘水平允许的极限温度内，各项电气安全指标达到设计要求，以保证机组安全可靠运行。通过改造，一般能使发电机在额定条件下增加出力15%～25%。 

　　由于发电机定转子绕组设计制造时均留有一定的裕量，一般在机组增容10%～15%的范围内，定转子绕组可不做变动。如果机组增容幅度较大时，应根据扩容幅度的大小，通过计算确定需要的匝数及绕组截面积，更换定子绕组和转子绕组。 

　　在水轮机增容幅度较大的情况下，由于机墩受限或其他原因不能与增容后的水轮机出力相匹配时，也可以采取更换定转子绕组附加提高机组功率因数的方式来解决。 

　　1.3 通风冷却系统的改造 

　　发电机通风冷却系统的好坏，对发电机温升和扩容也有较大的影响。早期的发电机冷却器和风机由于受当时技术水平的限制，通风冷却系统存在不少弊病，散热效果差、效率低、噪音大，长期运行后会在冷却器内部发生结垢、锈蚀、堵塞等现象，使冷却效果进一步下降，机组温升上升。因