黄 锋

（浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州 310002）

1 水电站概况

谢村源三级水电站于1998年由原丽水地区水利水电勘测设计院负责进行发电厂的施工图设计，水轮发电机组由杭州发电设备厂（杭州杭发发电设备有限公司前身）设计生产。1999年建成发电，电站采用了2台单机容量为2 000 kW的立轴混流式水轮发电机组，发电机原通风方式为管道通风。

2 通风改造方案比选

2.1 方案一

2.1.1 发电机改造内容

①发电机在电站拆机。②转子返厂处理存在两种情况：一种是按改造要求对转子进行清洗、烘干绝缘处理后，绝缘介电强度试验等能满足出厂要求。另一种是按改造要求处理后绝缘不能满足要求，则需对绝缘部分、转子极间连接线、励磁电缆进行更换。③定子整体更新且定子机座设计为圆形。测温装置重新布置，接线盒等全部更换。④原上盖板、刷架罩、顶罩全部拆除，新增上盖板装配、刷架罩、顶罩、机械过速保护装置（带齿盘结构）。⑤根据现场实际机坑内孔形状，在水机层上端原发电机法兰端检修支架处，设挂装式下盖板，保证检修操作高度，设进入门；利用原来的支架底脚焊支撑，周向打膨胀螺栓固定下盖板。⑥在空冷器风路上设热风、冷风测温电阻各4 只。⑦每台发电机增加4 只空冷器（30 kW×4=120 kW），配空冷器进出水总管、进出水环管、空冷器支管及检修闸阀、压力表；环管布置在发电机风罩机坑壁上，进、出水总管布置在原来管道通风孔内。相应配4套进出水弯管、法兰、连接螺栓、空冷器支架等。⑧在空冷器进水总管上设闸阀、压力表、电磁流量计显示供水水量及水压，在空冷器排水总管上设热导式流量开关、双金属温度计、闸阀来显示排水、水温是否正常。⑨保证机组干净无油污，更换上、下导轴承密封盖。原羊毛毡密封改为铜环密封。

2.1.2 空冷器及进、出水环管布置

总进、出水管从原来风道内进入，机坑无须新钻孔。总进、出水管通风孔外接入方向，根据电站实际情况确定。

2.1.3 水工改造部分

原定子机座为正八边形，更新后定子机座为圆形，便于发电机轴向通风均衡，形成密闭循环后，可以保证在一只空冷器退出或故障的情况下，发电机能正常运行。原埋入的定子基础板不动，新做的定子机座下环抬高，利用定子下环板和定子基础平面的空隙作为风道。无须开凿原机墩，不影响原混凝土机墩的强度，现有风道的封堵方式为：在进出口两处用钢筋混凝土墙封堵，并设插筋。

2.1.4 预期改造后的效果

①机组通风冷却系统为密闭自循环系统，从定子出来的热风经空冷器，从定子的上、下端通过转子风扇形成的风压回到了转子两端和磁极间进入循环。发电机定子温升将有2～5 k的下降。②上端加设风罩，下端加设下盖板，整个风路顺畅，风阻降低，风摩损耗减少约2～5 kW，发电机效率有约0.30%～0.50%提升。③风路改变，风阻降低，风噪得以减少；改善风扇片数或者叶片倾角，取消上端厂房地面出风口及下机架处进风口，厂房与发电机可完全隔开，有利于阻断噪音的传播。④更换上、下导轴承气封盖，改用铜环密封，密封效果好且无须维护和更换。避免了油雾逸出影响绕组的绝缘寿命，保证发电机电气和机械部分的干燥整洁。⑤通风孔改成密闭循环系统后，通风孔可以封堵，避免洪水涌入厂房。⑥取消管道通风管路，厂房外观整体改善，有利于小水电站的标准化管理。⑦机组检修周期延长，检修维护成本相应减少。

2.2 方案二

2.2.1 发电机改造内容

①定子返厂，拆除原有线圈，清理干净定子铁芯并进行铁耗试验，若铁芯局部温度过高，作相应处理。定子机座外壁原通风孔作相应的封堵及增加空冷器通风孔，做铁耗试验，喷绝缘覆盖漆，下新线圈装配连接线及出线电缆。②根据现场实际机坑孔形状，在水机层上端原发电机法兰端检修支架处，设挂装式下盖板，保证检修操作高度，设进入门。③在空冷器风路上设热风、冷风测温电阻各8只。④每台发电机增加8只空冷器（15 kW×8=120 kW），配空冷器进出水总管、进、出水环管、空冷器支管及检修闸阀、压力表；环管布置在发电机风罩内机坑壁上，进、出水总管布置在原来管道通风孔内。相应配8套进、出水弯管、法兰、连接螺栓及空冷器支架。其余发电机改造内容和方案一相同。

2.2.2 空冷器及进、出水环管布置

空冷器及进、出水环管布置和方案一相同。

2.2.3 水工改造部分

对发电机定子进行改造，仅更换定子线圈，正八边形定子机座板不变，采用在上机架混凝土平台开凿几条满足通风要求的槽方案。

由于进行了最大程度的开凿，槽底钢筋保护层厚度已十分薄，建议采用高强度和高耐久性的环氧砂浆修补，必要时还可用碳纤维补强，现有风道封堵方式同前。

2.2.4 预期改造后的效果

方案二仅仅是定子更换线圈，相比方案一，机组效率提升仅有0.20%～0.30%，效率提升稍微小一点，主要原因是定子铁芯运行多年，片间绝缘层老化，且原硅钢片的材料稍差，总体铁损值较大。另外，方案二相比方案一，由于其原定子机座八边形缘故，当其中一只空冷器故障退出后，中间隔板会影响该空冷器部分的绕组及铁芯通风散热。改造后其余通风效果与方案一相同。

2.3 方案三

2.3.1 发电机改造内容

定子返厂，定子机座外壁原通风孔作相应的封堵及增加空冷器通风孔，喷绝缘覆盖漆。其余发电机改造内容和方案二相同。

2.3.2 空冷器及进、出水环管布置

空冷器及进、出水环管布置和方案一相同。

2.3.3 土建改造

仅对发电机通风系统进行改造，正八边形定子机座板不变，采用在上机架混凝土平台开凿几条满足通风要求的槽的方案，具体布置同方案二，现有风道封堵方式同前。

2.3.4 预期改造后的效果

方案三是仅仅定子返厂处理（未对定子整体更换或定子线圈更换），相比方案一、方案二的定子全新更换或者定子线圈更换，方案三改造后机组的效率提升更低，因为定子铁芯运行多年，片间绝缘层老化，且原硅钢片的材料稍差，总体铁损值较大。方案三的机组检修周期会比方案一、方案二要短，毕竟发电机运行了多年，绝缘已经有一定的下降。

另外，方案三相比方案一，由于其原定子机座八边形缘故，当其中一只空冷器故障退出，中间隔板会影响该空冷器部分的绕组及铁芯通风散热。其余改造后的通风效果与方案一相同。

2.4 方案比较

方案一功效最好，且考虑了大修情况，能延长大修时间，安全最有保证，虽投资大些，但总量并不是很大，性价比较高；方案二与方案一投资相差不多，但功效和安全方面相差较多；方案三投资最小，但功效方面相差较多，安全隐患最大；从功效、运行时间和安全度方面权衡后，最后推荐采用方案一。

3 改造后效果及总结

①一号号机组振动从最大方向6丝降到1丝，明显感觉震感减小，对建筑物和机组的稳定安全运行提供了保障。②通过上下导密封盖增加铜密封极大地解决了油雾问题，上下导干净未发现明显油雾痕迹，转子磁轭上基本无油渍；改善了机电设备运行环境，延长了设备使用寿命和检修周期，同时也减轻了业主单位环保压力。③改造前机组转子绝缘偏低，开机时易接地报警，需运行几十分钟后才消失，机组转子绝缘在此次改造后一直处于良好状态。

早年间浙江省不少地区小型水电站（单机容量≤2 000 kW）的发电机通风系统为节省成本和施工安装简单大都采用管道式通风方式，此次对谢村源三级电站发电机通风方式改造的实施，实践证明效果很好，为类似工程改造提供成功的经验。