发电机单管式与双管式空气冷却器设计对比

　　引言
　　
　　空气冷却器（简称“空冷器”）是水电站中发电机系统的重要组成部分，发电机在工作时由于存在铜损和铁损，铁芯和线圈的温度会逐渐升高。为了降低线圈绝缘老化的速度，延长其寿命，线圈的温度要控制在一定范围内，因此必须采取措施，将线圈和铁芯产生的热量及时带走，才能维持线圈绝缘的温度不超过规定的数值。比较常用的发电机冷却方式包括空冷、氢冷和水冷。

　　目前水电站发电机冷却多采用空冷方式，相应的空气冷却器一般采用强迫式水循环结构型式，这就要求空气冷却器各处具有良好的密封性能，不得发生渗漏。但在空气冷却器实际使用中，由于其结构设计、管材选择、制造缺陷或使用不当等方面的原因，仍存在较多的渗漏。空气冷却器一旦发生渗漏，若不能及时发现，渗漏将继续恶化最终演变为泄漏，导致发电机机系统设备的停运，严重时会直接导致发电机设备烧毁等恶性事件。国内某电站就曾发生过因空气冷却器泄漏导致发电机定子线棒烧损、机组甩负荷的事件。

　　1 单管式空气冷却器常见渗漏点及渗漏特点

　　根据 GEA 热交换器公司统计，目前在水电厂中较常使用的单管式空气冷却器，渗漏一般发生在以下部位：（1）冷却管壁；（2）冷却管与管板连接处；（3）密封垫、螺栓孔处。

　　其中，如图 1所示，绝大多数的渗漏都发生冷却管管壁或冷却管与管板连接处，也有少部分渗漏发生在端盖密封垫、螺栓孔处。一般来说，端盖密封垫和螺栓孔处的渗漏较容易发现并处理，但发生在空气冷却器内部的冷却管管壁、冷却管与管板连接处的渗漏却难以发现且不易处理。【图1】

　　
　　目前，单管式空气冷却器在使用过程中，由于前期微量渗漏受高温气体作用下发生蒸发，较难发现和监测，随着渗漏的持续发展，当发生泄漏时一般已给主机设备造成各种难以预料的损毁和破坏。

　　2 双管式空气冷却器特点及设计结构

　　随着社会和经济的迅猛发展，电力供应的稳定性、设备运行的可靠性及自动化程度的要求都越来越高，因此如何通过解决空气冷却器渗漏前期及时发现设备缺陷、将缺陷消除在渗漏初期是不可回避的问题。

　　为解决空气冷却器常见渗漏问题，保护设备的可靠运行，双管式空气冷却器应运而生。双管式空气冷却器具有以下优点：

　　（1）漏水报警功能，及时发现渗漏；（2）漏水监测功能，可实现远端监测；（3）隔离保护功能，避免泄漏水直接接触定、转子等设备；（4）漏水收集、排水功能，当发现空气冷却器少量漏水时，在发电机冷却容量足够的条件下，设备可以继续运行。

　　双管式空气冷却器采用并双层管壁的设计，在空气冷却器每一端都有两个管板。外管与空气侧管板联接；内管与冷却水侧管板联接，两层管板间装有密封垫片并用螺栓进行坚固联接，外管与翅片胀接后套在内管外面；内管再通过机械的方式与外管内表面有键形沟槽的突起部分胀接在一起，两者嵌套形成一整体。如果空气冷却器内管的管壁发生渗漏，冷却水将会从内、外管之间缝隙流出，并通过两管之间的通路流入渗漏收集室，从而触发漏水警报。同时，空气冷却管器外管将隔绝渗漏水与外接的设备等的接触。这样，即实现了漏水监测及报警功能，又保护了定子、转子等设备，并且在空气冷却器出现较小渗漏时，系统仍然可以继续工作，从而避免因设备故障停机检修而造成的巨额经济损失。

　　3 单管式与双管式空气冷却器设计对比

　　为保证在“无人值班，少人值守”情况下实现设备运行的可靠性，避免发生因空气冷却器渗漏导致发电系统设备损坏，系统停运的情况，国内某新建电站分别对单管式空气冷却器和双管式空气冷却器进行了设计分析及研究。单、双管式空气冷却器冷却性能参数如表 1 所示，管材和尺寸参数如表 2所示，对比两表中参数发现单、双管式空气冷却器冷却性能势均力敌，均可保证冷却效果。最终，通过安全、技术和经济等方面综合考虑，，选用了双管式空气冷却器。【表1-2】

　　
　　4 结束语

　　综上所述，双管式空气冷却器在保障发电设备安全、增强发电可靠性方面有着不可替代的优越性，但是与单管式空气冷却器相比存在以下几点不足。

　　4.1 由于采用双层管及双层管板，因此空气冷却器整体成本有明显增加。

　　4.2 由于采用了双层管及双层管板，因此在冷却效果相同的情顶格，双管式空气冷却器体积较大，所占用空间也有所增加。

　　4.3 双管式空气冷却器一旦内管发生严重渗漏，在只能通过封堵渗漏管的方式进行解决，整管更换的工艺复杂，维护成本较高。因此，对于新建电站或者有技改需要的电站而言，选择双管式空气冷却器需要从可靠、技术和经济等方面进行综合考虑，根据各个电站的实际情况进行选择，以期达到电站安全、可靠和经济运行的目的。

　　参考文献
　　
　　[1]俸培德.水轮发电机空气冷却器的泄漏及监测[J].水电站机电技术，1994(3).
　　[2]贾宝生.翅片式空气冷却器在水电站的应用[J].新疆有色金属，2010（4）.