(山西省国金电力有限公司山西省汾阳市032200)
摘要：发电机作为火力发电厂的关键设备，其冷却方式一直是关系发电机安全、经济运行的重要因素。空冷汽轮发电机是工业生产领域的一项新技术，是科技发展到一定程度的必然产物。空冷技术的研究对于我国工业领域的发展具有非常重要的意义，所以文章对于空冷技术研究的必要性进行了阐述，然后对于空冷技术的改进进行了研究，对于空冷汽轮发电机的发展具有重要的意义。
关键词：空冷发电机、运行浅析
1发电机空冷技术现状
发电机空冷技术作为一项新技术，在国内得到了广泛应用。冷却技术是汽轮发电机向更大容量发展的必然条件，冷却技术的研究对于汽轮发电机具有非常重要的意义。
山西省国金电力发电公司采用济南发电设备厂生产的350MW三相交流两极同步空冷式汽轮发电机。型号：QFa-350-2，额定转速：3000r/min，额定频率：50Hz，额定电压：22kV，励磁方式：机端自并励静止励磁。山东济南发电设备厂有限公司从1989年开始，引进了世界上空冷发电机技术最先进的ALSTOM(原瑞士ABB公司)的技术，在国内依次率先推出50MW、60MW、100MW、125MW、135MW、150MW、200MW、300MW等级的空冷发电机，国内首台330MW空冷发电机（即华能嘉祥电厂发电机），于2006年9月投入运行，第二台也于2007年5月投入运行，运行效果和参数良好。
2空冷发电机冷却系统及特性
空冷发电机冷却系统采用密闭循环冷却系统，转子绕组为空内冷，其余为空外冷。每台发电机设六组空冷器，安装于发电机底部，转子两端的轴流风扇驱动冷却空气在发电机内形成封闭自通风冷却回路。封闭自通风冷却回路无法做到完全封闭，在高压区域，空气会泄漏至电机外部，在低压区域，空气会被从电机外部吸入。为防止灰尘随空气进入发电机和电刷装置冷却系统，在发电机低压区域轴流风扇之前装有补充空气过滤器，安装于电刷支架进风口处，发电机停运后须检查和清洗过滤器积尘，确保透气。
空冷发电机技术特点：
1、转子是空内冷，转子线圈为空心且含银铜导线，风路特点为：短风路、快流速、分段冷却，较好地解决了转子冷却之难题。
2、采用整长的转子槽楔加之两端的阻尼环、阻尼齿组成完整的阻尼系统，提高了发电机的抗负序能力。
3、槽内放置弹性装置，解决了热膨胀和槽楔松动问题
4、定子线棒采用进口少胶带，利用进口数控六轴自动包带机包扎，单支线棒进行VPI真空压力浸渍后嵌入铁芯，大大提高了介电性能和整体性、可靠性。
5、端部短渐开线和双屏蔽结构，有效地避开了基频和倍频，防止了局部过热和端部漏磁。
6、机壳采用薄壁钢板焊接、分瓣式结构，铁芯悬挂在机壳内，形成了弹性减震结构。
3空冷汽轮发电机通风冷却技术改进分析
3.1单路压入方式
利用转子两端的两台轴流式风扇将来自冷却器的冷风吹进气隙和转子，然后通过铁心的径向风沟流到外壳，这种冷却原理的定子端部结构简单，但由于离开转子的热风在气隙中与流到定子有效部件的冷风混合，故应用范围在150mw以下，否则径向风沟中的气体温度会太高，不能有效的冷却铁心。【1】
3.2单路抽风方式
从冷却器出来的冷风首先流过定子铁心背部和转子，经定、转子径向风道流入气隙，再从气隙分别由两端风扇抽出。采用这种方案，定子和转子可以并行通风。这使给定温升下的有效部件更加紧凑，同时也可避免将风扇损耗带到发电机内，但其代价是发电机端部空间结构更加复杂，而且不利于冷却定子端部，因为流入端部区域的气流已经是吸收了铁心损耗和转子风摩损耗的热气流。
3.3轴向分段多流方式
利用转子两端的风扇将冷风吹入发电机后，气流分为三路：一路由定子端部进入气隙；另一路经定子机座通风管进入铁心背部，经定子径向风道进入气隙；还有一路进入转子通风副槽，由转子径向支路进入气隙。
这三路气流在气隙会合后，经铁心出风风道由铁心背部出风区排出。但实际上由于大容量汽轮发电机气隙风阻与铁心背部比较相对较小，气流有可能大部分流入气隙，造成铁心背部进风量减少，甚至可能出现气流倒流的现象，使背部进风区定子轭部冷却效果下降，因此在气隙进风处需设挡风板。【2】
4空冷汽轮发电机通风冷却系统的优化
在汽轮发电机运转的过程中，会产生一定的损耗，严重的影响到发电机的性能。尤其是在大容量的汽轮发电机中，由于机器的运转，会产生大量的热量，主要是增加了线圈的热量，由此线圈的绝缘寿命受到影响。在热量的影响下，发电机的机械强度会受到影响，由此引发的热变形和热应力对发电机都有很大的负作用。所以说在对空冷汽轮发电机进行研究的过程中，主要应该通过冷却技术，降低铁损耗、铜损耗之外，还要降低发电机的机械损耗，以高效的冷却技术将发电机的温度控制在限定的范围内。其中很大部分的机械损失是由通风冷却造成的，在冷却风扇运转的过程中，会消耗大量的机械能，然后在转化为热量，从而加速了机械损耗。为了降低机械损耗，需要对通风冷却技术进行优化，主要从降低冷却风扇的动力损耗方面来进行。
风扇作为发电机通风冷却系统的耗功元件之一，它由转子驱动，消耗一定的机械能，再将所消耗的大部分机械能转换为冷却气体的势能和动能的同时，部分由于风扇与气体摩擦转换为热能。在其他条件相同的情况下，由于空气密度大于氢气密度，而为了达到同样冷却效果，空冷与氢冷相比，前者需要更多的冷却介质。因此，空冷汽轮发电机的风扇与空气之间的摩擦损耗要比氢冷汽轮发电机大得多。对空冷汽轮发电机而言，提高其风扇的效率尤为必要。为此，国内外有关学者和技术人员都试图进一步提高空冷汽轮发电机冷却风扇的性能。
5空冷发电机与水氢氢发电机技术对比
1．空内冷发电机比水氢氢冷发电机冷却系统更简单，维护方便，安全可靠性高。
例如氢气的易爆、易漏，水的易于吸氧、对铜导体有腐蚀作用、运行维护复杂、费用高等。国外的电机制造行业多年来在汽轮发电机上逐渐不用烦杂的冷却技术。70年代初，瑞士ABB公司率先在世界汽轮发电机领域里制造空内冷发电机，以提高其经济性、可靠性、可维修性和电机使用寿命，利用先进的设计思想和手段，保持空冷发电机的效率在氢冷发电机的水平上，走出了一条全空冷代替氢、水冷的道路。
2．水氢氢冷发电机用户在运行中最大的困难是氢气的防爆和防漏以及密封瓦的维修问题，因此非常欢迎简单的冷却方式，而国内转子水氢冷多年以来没有大的改动，是发电机运行维护中一大难题。
3．空内冷发电机运行的无泵自循环、低压力小、无泄漏，介质化学性能稳定，不腐蚀管材，绝缘系统稳定，与水氢氢冷却方式相比优越性显著。
4．空内冷汽轮发电机启停方便，适用于调峰运行。
6结束语
空内冷300MW汽轮发电机机组造价较高，但是从长期运行来看，经济效益不比水氢氢冷汽轮发电机差。另外，加上空内冷300MW汽轮发电机独有的系统简单，维护量少，安全可靠性高，节约能源等特点，完全符合国家提出的建设“技术先进、安全可靠、造价合理、资源节约、绿色和谐、循环经济”的“绿色火电厂”为理念的示范电站要求，势必会引领发电设备行业新的发展方向。但是从现有的技术来看，还存在很多的问题，影响到空冷技术的发展，所以要根据实际情况，不断的对其进行改进。对技术人员进行培训，学习国内外先进的技术理念，为空冷技术的研究创造有利的条件。利用空冷技术对汽轮发电机进行冷却有利于我国工业生产的发展，从而促进我国的经济建设，所以要对其进行研究。
参考文献:
[1]汪耕，李希明，等.大型汽轮发电机设计、制造与运行[M].上海：上海科学技术出版社，2000.
[2]丁舜年.大型电机的发热与冷却[M].北京：科学出版社，1992.