[b]1　水輪發電機冷卻技術的發展 [/b]　　水輪發電機的冷卻方式有全空冷、定子水內冷、轉子空冷、以及定轉子水冷等方式。 　　全空冷的水輪發電機具有結構和系統簡單、運行維護簡便等優點，向大型化發展時，電負荷大造成溫升高而影響絕緣壽命，限制了制造容量的提高。空氣冷卻的特點是定子繞組絕緣內導體的發熱量必須經過絕緣外表向空氣散熱，或者再經過鐵芯傳導后向空氣散熱的冷卻方式它必然導致導體溫升高。當機組立體性尺寸增大，繞組的高溫升還會引起定子鐵芯的熱變形，以及過大的熱應力。電機起停過程時的冷熱循環造成繞組伸縮而使絕緣疲勞脫殼，以及與定子槽的相對滑動等，這已經成為大型發電機的重要問題而影響電機的可靠性。此外，轉子重量大，機械應力、以及軸承載負大等均增加了制造的難度。水內冷技術雖然突破了上述的限制，但又帶來了下列問題，①水的泵循環及水的去離子凈化系統；②水的凈化不夠時的結垢以及氧化物的堵塞問題；③水一旦泄漏會引發絕緣故障。蒸發冷卻技術正是為了繼承冷的優點而克服它的缺點，不斷在穩步發展。 　　在10 MW和50 MW水輪發電機工業機組研制成功和長期可靠運行的基礎上，將李家峽4＃機組定子繞組由空冷改為蒸發冷卻，一方面可以改善原來機組的性能，另一方面可以通過實驗為更大型的機組取得研制與運行的經驗。 [b]2　4＃水輪發電機組蒸發冷卻的設計 [/b]　　2．1　設計原則 　　李家峽4＃機組是在3臺空冷機組已經投產，且本機組肘管部分安裝已經完成的情況下才改用蒸發冷卻的。因為李家峽水電站為雙排機布置，改變冷卻形式對結構改變的工程量較大，所以在改用蒸發冷卻時要求4＃機的發電機總體結構布置、控制尺寸和定、轉子高程不變，且盡可能與已投運的三臺空冷機組保持一致。即采取優化發電機定子槽數定子空／實心導線的線規及空／實比選擇，兼顧考慮蒸發冷卻系統正常工作和萬一系統出現故障退出電機處在全空冷狀態運行下可能的最大出力、定子線棒截面電流密度的優選，從結構設計、制造工藝、安裝維護等多方面對氣、電接頭的結構做深入的研究。 　　蒸發冷卻系統設計與研究是蒸發冷卻技術具體實施的結構化，它主要包括發電機電磁方案的優化和定子線棒、密封接頭、氟塑料引管、集氣管、集液管、冷凝器、連接管、均壓管、排氣閥和排液閥等結構部件的優化設計。蒸發冷卻系統的可靠性是蒸發冷卻發電機研制成功的關鍵。因此，在設計時盡可能考慮簡便可靠的結構和優化系統設計；盡可能減少可能的事故點；盡可能減少蒸發冷卻系統工地的現場焊接。 　　2．2　發電機電磁方案的優化 　　發電機電磁設計直接影響蒸發冷卻系統的實施，影響該系統的工藝性、制造難度等。 　　發電機原設計每層576槽，分上、下兩層，由于槽數太多，線棒間空間太小，改為空心線棒后，無法滿足施工要求，因此，提出396槽（上、下兩層）方案，該方案是保持轉子基本不變；上、下機架完全與原空冷方案相同的定子蒸發冷卻方案。這樣，既保留了原發電機結構相同性，電站標高的一致性。又有效地減少了發電機定子槽數，使之完全能適應內冷發電機生產制造要求。 　　2．3　定子繞組密封接頭的設計 　　對于蒸發冷卻系統，密封接頭是關鍵部件之一，李家峽采用空心導線抽出與密封接頭焊接的結構。考慮密封的可靠性，密封接頭與氟塑料管的連接采用卡套結構，該卡套在制造前，進行了嚴格的模擬泄漏試驗，以保證其密封性能良好。 　　2．4　排氣管的布置 　　為使蒸發冷卻系統的安全運行，排氣管必須暢通可靠，選取兩個對稱布置的排氣管，并在布置上使排氣管內高外低，以免冷卻介質在管內冷凝堵塞排氣管。 　　2．5　通風系統的優化 　　由于蒸發冷卻介質帶走了定子繞組損耗，需要空冷帶走的損耗大副降低，經分析計算，所需的風量為137m3／s，又因高原空氣稀薄的因素，所需風量為170 m3／s，而原空冷風量均為270 m3／s，在保持原結構不變的情況下將風量減少到適量的數量。 　　2．6　冷卻介質 　　蒸發冷卻系統的冷卻介質為氟里昂R－113。它有良好的絕緣性能和防火滅弧性能，不含水時無腐蝕性，在大氣壓時的沸點為47．3℃，當電機冷卻系統運行在70℃以下時，壓力在0～0．02MPa表壓力，實際上一種無壓密封系統運行狀 　　況，便于制造安裝且具有較高可靠性。 　　該電機共有792（原設計為1 152根）根線棒，每根線棒一條氣支路，分為上、下兩個接口，下接口為進液口，通過絕緣引管與集液管相連；上接口為出氣口，通過絕緣引管與集氣管相連。集氣管與集液管間通過冷凝器相連接，形成一個閉合的循環管路。定子線棒分為上、下兩層，集氣管與集液管也分為內外兩圈，分別與上下層線棒相連。 [b]3　蒸發冷卻機組的定子下線 [/b]　　3．1　線棒下線前的準備工作 　　李家峽4＃機定子下線屬國家公關項目，安裝人員必需嚴格按照有關圖紙、規程、規范去完成。在蒸發冷卻發電機中，疊片工藝和空冷發電機是一樣的，在下線前，除對線棒要進行表面檢查、測冷態時絕緣電阻值、交流耐壓試驗及起暈電壓試驗外，還要進行氣密試驗，氣源為壓縮氮氣，壓力為1 MPa，保壓時間為3 min，不得泄露，從另一端放氣，以驗證單根線棒的流通性。 　　3．2　下線工藝及耐壓試驗 　　下線工藝及耐壓試驗和普通線棒是一樣的。 　　3．3　氣管路的安裝 　　裝上集氣管及下集液管、連聚四氟乙烯管，先用臨時支撐裝兩節1／12上層集氣管（外環）將一節集氣管出口臨時用法蘭封堵，另一節集氣管出口用帶有檢漏嘴的法蘭封堵。裝1／6下層集液管（外環）及回液口，用臨時支撐固定，并將兩頭臨時焊接封堵。裝以上兩節管時，在圓周方向上應錯開9根線棒，以便于連上聚四氟乙烯管后通過對應的下層線棒成一個比較密閉的系統，從而減少封堵，便于檢漏。拆掉線棒接頭處的堵頭，將一端塑料管加熱至150℃左右，加熱時間為1 min，使管子軟化后迅速套在接頭上。套上卡套，至此一根管子的組裝結束，采用壓縮空氣進行檢漏，氣壓為0．4 MPa，120 min無泄漏（使用洗滌劑檢查，并用超聲波檢漏儀配合）。還充入氮氣和適量的SF6，壓力為0．3 MPa，保壓4 h無泄漏（使用激光檢漏裝置定向巡回檢測和鹵素檢漏儀定點檢測）。如接頭泄漏，應重新安裝。這樣的方法安裝所有管路。用CO2氣體保護罩進行不銹鋼焊接，整個蒸發冷卻系統安裝完后，系統氣密試驗，充入干燥氮氣和適量的SF6，壓力為0．25 MPa，進行最后一次巡　　檢，（使用激光檢漏裝置定向巡回檢測和鹵素檢漏儀定點檢測），確認無泄漏后，在起始壓力為0．25MPa下保壓72 h表計壓降不得大于3％，完全達到要求。 　　3．4　氟里昂灌注 　　打開冷凝器放氣閥，用干凈的耐壓輸液管將定子下環管放液閥與氟里昂桶連接，打開氟里昂瓶閥，調整減壓閥使進入儲液筒的氮氣壓力為0．02～0．05 MPa，此時，氟里昂氣體流入冷卻系統。監視液位，當灌至從下環管算起約4．4 m時，關閉放液閥。 4　蒸發冷卻機組的運行試驗 　　李家峽400 MW蒸發冷卻水輪發電機組于1999年12月10日正式投入了商業運行。截止2000年11月底，4＃機已累計運行5 643．2 h，發電量132 241．89萬kW·h，最大輸出負荷為380MW（液位：2．32 m，壓力：0．05 MPa，定子線圈最高溫度：58℃），一般所帶負荷為100～330 MW，所測繞組溫度在50～58℃范圍內，壓力變化范圍為0．02～0．06 MPa，均符合設計值。 　　李家峽4＃機組在發電初期曾出現一次系統泄漏，在1999年12月23日運行人員發現液位明顯下降，邊運行邊判斷，正常停機后充氮氣檢查，發現系統上環管一個法蘭螺釘松動導致漏氣，經處理重新加液后，運行正常。從2000年1月3日以后，系統可靠、密封良好，狀態穩定溫升低，機組運行良好。 [b]5　結論 [/b]　　①蒸發冷卻應用于大型水輪機組不僅在技術上是可行的，而且效果是顯著的。 　　②蒸發冷卻作為一種新技術用于大型發電機組還有許多課題值得研究和探索。 　　 [b]參考文獻 [/b]　　［1］　顧國彪．水輪發電機內冷技術的發展［J］．電機與控制學報，1997，（3）．