穿片式空气冷却器在潘家口发电机组的应用_赵丁叶.pdf

91第 46 卷 第 02 期2023 年 02 月Vol.46No.02Feb.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation潘家口水库位于河北省迁西县，水力水电机组共 4 台，总容量 420 MW，其中 1 号机组为常规水力发电机组，容量150 MW，2、3、4号机组为抽水蓄能机组，容量为 90 MW3。潘家口水电厂 1 号机组的水轮机型号为 HL-220-LJ-550、发电机型号为 SF150-60/1280、额定转速100 r/min，1980年12月投入运行，肩负着防洪、供水、发电和华北与冀北电网紧急备用任务。水电机组优势是开机并网迅速，开机令发出后 30 min 内该机组即可并网并带满负荷 150 MW。近年来国家电网对电网管理水平及电能质量的要求不断提高，华北电力调控中心对机组并网后发电机运行环境温度以及机组的安全稳定运行也提出了更高的要求。基于以上认识和我厂机组目前条件，为保证机组运行环境温度和发电时的安全稳定，本文研究目前应用较为先进成熟且稳定的穿片式空气冷却器在潘家口水电厂空气冷却器改造与应用情况。1 原潘家口 1 号机组空气冷却器状况分析原潘家口 1 号机组采用的空气冷却器是绕簧式空气冷却器，其风阻大、易积灰、成本高，而且使用过程中空气冷却器的散热性能下降较快。1.1 原潘家口 1 号机组绕簧式空气冷却器结构原潘家口 1 号发电机组共有 18 组绕簧式空气冷却器，绕簧式空气冷却器单体结构如图 1 所示。由图 1 可以看出，由于绕簧式结构本身有陈旧落后的缺陷，长期使用后，产生绕簧内灰尘逐渐增多无法清理、绕簧与铜管接触不良等情况。近几年，由于铜管封堵的越来越多，冷却器封堵铜管超过规定的上限 20%，即 27 根，造成冷却器散热能力不佳，不能有效降低 1 号发电机组在运行时定子、转子周围环境温度而出现冷却效果差的问题。同时冷却器安装方位朝向发电机组定子，存在漏水后水流滋向定子发生不可预见性事故的重大安全事故隐患。图 1 绕簧式空气冷却器单体结构1.2 原潘家口 1 号机组绕簧式空气冷却器使用年限原潘家口 1 号发电机组空气冷却器为辽宁营口通风机械厂 1979 年 1 月生产的 1B145 型绕簧式空气冷却器，设计使用年限 20 年，实际运行 42 年，使收稿日期：2022-09-18作者简介：赵丁叶(1997-),男,助理工程师,从事水力发电机组运行工作。穿片式空气冷却器在潘家口发电机组的应用赵丁叶（水利部海委引滦工程管理局，河北 迁西 064300）摘 要：介绍了穿片式空气冷却器的基本优点以及在潘家口发电机组的应用情况。在目前的实际工作中，穿片式空气冷却器能够弥补绕簧式空气冷却器的结构缺点实现显著的冷却降温效果。冷却的空气测温结果符合水力发电机组的温度需求，数据稳定且连续。通过分析和研究最近半年穿片式空气冷却器的监视数据，确认穿片式空气冷却器的可靠性，其降温效果符合预期要求。得出应用于潘家口发电机组中的穿片式空气冷却器，有效地降低了发电机运行环境温度，对潘家口 1 号机组推力瓦温产生积极影响，保证了 1 号机组安全、稳定地运行。关键词：穿片式；空气冷却器；潘家口；发电机组；降温效果中图分类号：TV735文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）02-0091-03DOI：10.13599/ki.11-5130.2023.02.02592第 46 卷水 电 站 机 电 技 术用年限过长，铜管锈蚀严重，管壁变薄。近几年，1号机组运行过程中，绕簧式空气冷却器铜管漏水、铜管端部扩管处漏水、下端盖锈蚀漏水现象越来越频繁，尤其是 2006 年，先是 4 月 3 日发生 13 组空气冷却器大量往外滋水现象，险些造成 1 号发电机组停机事故，后采取紧急措施，关闭 13 组空气冷却器的供水阀门，退出 13 组空气冷却器，才使 1 号发电机组能够继续正常运行。后又在 8 月 10 日 7 组空冷器大量喷水，险些将水喷向定子，严重危及 1 号发电机组的安全运行，最后临时采取紧急措施，关闭 7 组空气冷却器的供水阀门，退出 7 组空气冷却器，避免了 1 号发电机组停机事故。由此可见 1 号发电机组绕簧式空气冷却器铜管已经严重老化、锈蚀，严重影响机组的安全运行（图 2）。图 2 旧空气冷却器2 现潘家口 1 号机组空气冷却器状况分析现潘家口 1 号发电机组采用的是穿片式空气冷却器。穿片式空气冷却器是一种目前应用较为广泛的空气冷却器，是一项应用于水力发电机组的先进成熟的空气冷却技术。2.1 空气冷却器发展历史我国空气冷却器随着水力发电、电机等行业发展而共同发展，20 世纪 50 年代我国主要采用的是苏联的绕簧式空气冷却器，由于当时我国存在技术空白，绕簧式空气冷却器在我国所占比重较大，20世纪 70 年代中叶，上海电机厂有开展挤片式空气冷却器的研究，但由于工艺技术等条件限制没有深入，20 世纪 80 年代初，我国逐渐引进西方技术，开始出现绕片式空气冷却器，在 125 MW 以上的氢冷发电机组应用较多。20 世纪 90 年代以来，随着不断引进国外新技术，在我国出现了绕簧式、挤片式、针刺式和穿片式多种形式的空气冷却器并存的局面1。其中穿片式空气冷却器以结构性与技术性能优势明显而成为国内先进且应用广泛的空气冷却器。经综合比较分析，潘家口水电厂 1 号发电机空气冷却器改造选用穿片式空气冷却器。2.2 空气冷却器的改造2021 年 11 月 18 日，我厂召开动员大会，进行技术及安全交底，在安全和技术上做到关键节点有把控，危险源有措施，并做防护措施，做好设备防护，11 月 23 日 30 日，空冷器安装前水压试验；12 月 1日 3 日，拆除旧空冷器；4 日 7 日，安装新空冷器；8 日 9 日，发电机盖板回装等恢复工作；30 日，充水试验及试运行，潘家口 1 号机组空气冷却器改造完毕。2.3 穿片式空气冷却器结构与技术性能分析穿片式空气冷却器是采用铜管穿入带有冲有凸缘多孔的薄金属片上，之后利用胀接的方法结合而成，薄金属片作为管束外的整体翅片，冲孔的凸缘用来保证两翅片中间的距离，同时可以增加翅片与铜管间的接触面积，减小接触热阻。穿片式空气冷却器优点如下：（1）风阻低且检修维护方便。穿片式空气冷却器结构的特点决定了风道的阻力远小于绕簧式空气冷却器，发电机的热风通过冷却器风道时风速较快，所以热风室压力较低。且由于风阻低，风速快，冷却器积尘慢，所以新冷风器维护检查尤其是清扫时比较方便。（2）体积小且散热效率高。穿片式结构散热面积为每米管长 1.04 m2，远大于绕簧式，穿片式空气冷却器的散热面积与接触面积的关系，其中每米管长水接触面积为 0.053 m2，综合考虑穿片式空气冷却器散热面积较大。苏华2还对穿孔翅片管进行了实验研究和数值分析。结果表明：在平翅片表面局部换热系数较低、换热薄弱的区域开圆孔的穿孔翅片管的换热系数可提高 12.5%，而阻力增加不超过 7%。（3）冷却器刚度大、整体性好，延长了使用寿命。绕簧式空气冷却器是单根结构，互相之间的固定方式除上、下端板固定之外，中间再由夹板加以固定，运行时间长了容易松动，造成绕簧松动或漏水等现象发生3；穿片式冷却器在结构上翅片、铜水管与整个穿片式空气冷却器支架为一个整体，冷却器的刚度大、整体性较好，从源头上解决了冷却水铜管的根93第 02 期赵丁叶：穿片式空气冷却器在潘家口发电机组的应用部由于抗振性小引起的易松动问题，延长了穿片式空气冷却器的使用寿命。2.4 潘家口水电厂穿片式空气冷却器使用效果改 造 前 绕 簧 式 空 冷 器 冷 风 温 度 普 遍 在2930，改造前后冷风温度对比如表 1 所示。表 1 改造前、后冷风温度改造前改造后序号测点描述测值/序号测点描述测值/011 号空冷器 冷风温度30.4011 号空冷器冷风温度10.4022 号空冷器 冷风温度33.7022 号空冷器冷风温度10.9033 号空冷器 冷风温度30.5033 号空冷器冷风温度10.6044 号空冷器 冷风温度30.2044 号空冷器冷风温度11.2605 号空冷器 冷风温度31.6605 号空冷器冷风温度11.0616 号空冷器 冷风温度30.7616 号空冷器冷风温度11.2627 号空冷器 冷风温度31.9627 号空冷器冷风温度11.4638 号空冷器 冷风温度30.9638 号空冷器冷风温度11.1099 号空冷器 冷风温度30.8099 号空冷器冷风温度10.71010 号空冷器冷风温度29.41010号空冷器冷风温度10.41111 号空冷器冷风温度29.41111号空冷器冷风温度9.93912 号空冷器冷风温度31.13912号空冷器冷风温度10.04013 号空冷器冷风温度26.64013号空冷器冷风温度9.44114 号空冷器冷风温度30.24114号空冷器冷风温度9.84215 号空冷器冷风温度29.24215号空冷器冷风温度9.24316 号空冷器冷风温度29.44316号空冷器冷风温度9.61717 号空冷器冷风温度25.51717号空冷器冷风温度9.81818 号空冷器冷风温度0.01818号空冷器冷风温度9.9表 1 改造前测值时间为 2021 年 8 月 24 日，18号测点失效显示为 0。更换新穿片式空冷器后冷风温度普遍在 911，改造后测值时间为 2022 年 5月 15 日，由于只能在 1 号机组开机并网发电后才能测值，因此并不能保证在同一时间测值，但由于机组在海拔 141 m，低于当地平均海拔 150 m，受季节温度影响较小，前后测值对比仍具有参考价值。安装新穿片式空气冷却器后 118 组空冷器冷风温度总体平均下降了 20，冷却效果显著。穿片式空气冷却器的风阻力小、传热系数大，单位体积散热面积大，经过半年运行后，现冷却效果完全达到改造目的，数据稳定且连续。3 结论通过分析和研究最近半年穿片式空气冷却器的监视数据，确认穿片式空气冷却器的可靠性，其降温效果符合预期要求。得出应用于潘家口发电机组中的穿片式空气冷却器，有效地降低了发电机组运行环境温度，对潘家口 1 号机组推力瓦温产生积极影响，保证了 1 号机组安全、稳定地运行，验证了穿片式空气冷却器是一种应用较为先进成熟且稳定的空气冷却器，为穿片式空气冷却器的推广积累了经验。参考文献：1干保良.穿片式气体冷却器研究进展 J.能源研究与信息，2009，25（2）：70-76.2苏华，王厚华，李惠风.穿孔型翅片管的实验研究和数值分析 J.四川制冷，1999，15（3）：26-31.3冯艳蓉，佟德利.节能型整体片式水轮发电机空气冷却器研发与应用 J.水电站机电技术，2010，33（4）：8-10.