350MW超临界机组发电机冷却方式的探讨

【摘 要】通过对水氢冷和双水内冷发电机组的技术和经济对比分析，350MW等超临界机组发电机采用水氢冷和双水内冷都是可行的。水氢冷发电机技术成熟，应用广泛。双水内冷发电机一次性投资较低，系统简单，不存在氢气爆炸的危险，但发电机效率稍低，定子线圈存在高电压电晕腐蚀问题，目前只有上海电气集团单机容量最大做到350MW，选择范围较小。

【关键词】超临界 发电机 水氢冷 双水内冷

1引言

每一台发电机都有一个额定的容量，这个额定容量表示这台发电机的输出有一定的限额，这个限额是考虑了发电机的发热情况、效率和机械强度等情况决定的，而这些因素中最突出的是发热和效率两项，就是说一台发电机若让他发出超过它的额定功率时，他就会温升太高或效率太低。

如果能改进电机的冷却方式，提高电机的电磁负载，用同样的有效材料，做出更大容量的电机，将是对经济发展的重要贡献。事实上，汽轮发电机组的最大单机容量是从30年代的100MW发展到今天的1200MW以上，单机功率的不断增大主要是在逐步改进冷却方式中取得的，发电机的发展史，某种意义上说就是冷却技术的发展史。

2发电机冷却方式的发展史

空气冷却技术。这种冷却方式冷却能力小，为保证冷却效果，发电机尺寸做的很大。例如，一台100MW的发电机组若采用空气冷去，其铁心要长达6米，当然加快冷却空气的流动速度可以提高冷却效果，但是加快空气流速所消耗的功率等于发电机改善冷却后所提高的效率，这显然是不合算的。

氢气冷却技术。由于氢气的导热性比空气高6倍多，流动性好，导热效率大幅提高，另外质量比空气轻很多，通风消耗的功率大大减小，所以发电机组的单机容量可以逐步提高。经过几十年的发展，最终形成了利用水和氢进行冷却的水氢氢冷却发电机组，单机功率最高达到1500MW。

氟利昂自循环蒸发冷却技术。包括中国在内，美国、日本、前苏联、德国等在采用氟利昂自循环蒸发冷却方式方面，均进行了大量的研究试验。目前国内采用此种冷去方式的有东方电机厂生产的10MW水轮发电机组。此种方式冷却效率比较高，但由于氟利昂破坏臭氧层，发电机大型化后存在一些技术问题，现已不采用此技术。

全水冷技术。随着新材料的不断使用，以及冷却技术的提高，采用全水冷技术也逐步发展成熟。从70年代我国第一台300MW双水内冷汽轮发电机投运，截止目前全国已有110余台双水内冷汽轮发电机投入运行。

3水氢冷方式与双水内冷方式技术比较

目前，350MW超临界机组发电机组冷却方式主要有水氢-氢冷却方式与双水内冷方式。

（1）水氢-氢冷却方式：即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯氢冷。为此，机组需要配备发电机氢、油、水系统。国内300MW级发电机一般多采用水氢-氢冷却方式，氢气通风损耗小，散热快、清洁、不助燃、噪音小、不易氧化和产生电晕，用氢气冷却的效果好，容易输送并可循环使用。

水氢氢冷却发电机组优点，一是发电效率高、相对其他方式的发电机组效率要高0.1～0.15百分比，二是设备外形小、母线采用下出线布置方式，占用主厂房的体积小，三是短路比相对较高，发电机静过载能力和稳定性高，四是属于主流选型方案，运行维护经验比较丰富。

水氢氢冷却发电机组缺点，和双水内冷发电机比外形大，一次性投资高。辅助系统复杂、运行维护工作量大。全厂配套氢站增加了危险源和安全隐患，对全厂的消防设计、安全监督等方面提出了较高要求。

（2）双水内冷发电机：即定子和转子均是用水冷却的发电机，铁芯是空气冷却的。这种冷却方式的发电机一次性投资低，冷却效果好。

双水内冷发电机优点，一是设备具体有重量轻、外形小和投资低等特点，二是发电机辅助系统简单，降低了安装、运行和维护的工作量，三是没有氢防爆系统，氢密封油结构。结构简单运行安全稳定，四是定子绕组、转子绕组均为内冷水冷却方式，运行温度较低，绝缘寿命更长，运行可靠性更高。

双水内冷发电机缺点，由于采用双水和空气冷却方式，发电机效率略有降低。空冷器布置在发电机下方，发电机只能采用尾部侧出线，绕过基座支柱从A 列出线，主厂房体积需要增大。定子线圈在空气中运行，高电压电晕腐蚀将逐年增加。如果出现内冷水泄漏故障，发电机必须停机处理。（具体见表1）

4水氢冷方式与双水内冷方式经济性分析

4.1电厂一次性投资比较分析

由于双水内冷发电机不需要配置氢系统和密封油系统，直接降低了发电机设备的成本，相应的售价也比水氢氢发电机低约400万/台。另外，电厂也不需要配置氢站等设施，直接降低电厂的投资约200万。

4.2运营经济性分析（表2）

由上表可以看出，本工程两台350MW汽轮发电机组配置的发电机，采用双水内冷发电机较水氢氢发电机每年运行维护费用减少10万元左右。

4.3检修经济效益分析

因为每次停运和启动时无需进行氢气置换，相比水氢氢冷却方式，双水内冷发电机检修工期平均将减少3天/次，按每台机组每年检修一次，年利用小时5500小时计算，每台机组每年可以因检修工期减少而多发电量 ：350MW×72小时×（5500小时/8760小时）=1582万度，由此带来经济效益是非常可观的。

5结语

350MW超临界机组发电机采用水氢冷和双水内冷都是可行的。采用双水内冷发电机一次性投资较低，没有氢气、密封油系统，系统较水氢冷简单，不存在氢气爆炸的危险，但发电机效率较低，定子线圈存在高电压电晕腐蚀问题。双水内冷经济效益较好。国内双水内冷发电机目前只有上海电气集团单机容量最大做到350MW，选择范围较小。

作者简介：武平德（1959―），男，内蒙古人，硕士，高级工程师，从事电力建设管理工作。