氢油水系统.ppt

发电机冷却系统 南京工程学院 王金平 1 水氢氢 n定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子 铁芯及其结构件氢气表面冷却,为“水氢氢” 2 3 一 氢气系统 n发电机氢冷系统的功能是用于冷却发电机的定子铁芯和转 子，并采用二氧化碳作为置换介质。发电机氢冷系统采用 闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却 水冷却。运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷 却介质的质量，质量越轻，损耗越小，氢气在气体中密度 最小，有利于降低损耗；另外氢气的传热系数是空气的5 倍，换热能力好；氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为 成熟。但是最大的缺点是一旦于空气混合后在一定比例内 （4%74%）具有强烈的爆炸特性，所以发电壳都，所以 发电机外壳都设计成防爆型，气体置换采用co2作为中间 介质 4 5 n对600mw发电机氢冷系统的基本性能要求：氢冷却器冷 却水直接冷却的冷氢温度一般不超过46。氢冷却器冷却 水进水设计温度38；氢气纯度不低于95%时，应能在 额定条件下发出额定功率。但计算和测定效率时的基准氢 气的纯度应为98%；机壳和端盖，应能承受压力为 0.8mpa 历时15 分钟的水压试验，以保证运行时内部氢爆 不危及人身安全；氢气冷却器工作水压为0.35mpa 以上 时，试验水压不低于工作水压的2 倍；冷却器应按单边 承受0.8mpa 压力设计；发电机氢冷系统及氢气控制装置 的所有管道、阀门、有关的设备装置及其正反法兰附件材 质均为1cr18ni9ti，氢系统密封阀均为无填料密封阀。 6 n发电机内氢气纯度必须维持在98左右，氢气纯度低，一 是影响冷却效果，二是增加通风损耗。氢气纯度低于报警 值90是不能继续正常运行 n当发电机内氢气纯度低时，可通过本氢气控制系统进行排 污补氢。 7 气体的置换 n进入和排出发电机机壳的氢气管道装在发电机的上部， co2进入和排出的管道装在发电机的下部。 n氢气与空气的混合物当氢气含量在474%范围内，均为 可爆性气体。与氧接触时，极易形成具有爆炸浓度的氢、 氧混合气体。因此。在向发电机内充入氢气时，应避免氢 气与空气接触。为此，必须经过中间介质进行置换。中间 介质一般为惰性气体co2。 8 n机组启动前，先向机内充入5060kpa 的压缩空气，并投 入密封油系统。然后利用co2罐或co2 瓶提供的高压气体 ，从发电机机壳下部引入，驱赶发电机内的空气，当从机 壳顶部原供氢管和气体不易流动的死区取样检验co2 的含 量超过85（均指容积比）后，停止充co2。期间保持气 体压力不变。开始充氢，氢气经供氢装置进入机壳内顶部 的汇流管向下驱赶co2。当从底部原co2 母管和气体不易 流动的死区取样检验，氢气纯度高于96，氧含量低于 时，停止排气，并升压到工作氢压。升压速度不可太快 ，以免引起静电。 9 n机组排氢时，先降低气体压力至8050kpa，降压速度也 不可太快，以免引起静电。然后向机内引入co2 用以驱赶 机内氢气。当co2 含量超过85时，方可引入压缩空气驱 赶co2，当气体混合物中空气含量达到95%，氢气含最低 于时，才可终止向发电机内输送压缩空气。 10 定子通风系统 n发电机定子铁芯沿轴向分为15 个风区，7 个进风区和8 个 出风区相间布置。装在转子上的两个轴流风扇（汽、励侧 各一）将风分别鼓入气隙和铁芯背部，进入背部的气流沿 铁芯径向风道冷却进风区铁芯后进入气隙；少部分风进入 转子槽内风道，冷却转子绕组；其它大部分再折回铁芯， 冷却出风区的铁芯，最后从机座风道进入冷却器；被冷却 器冷却后的氢气进入风扇前再循环。这种交替进出的径向 多流通风保证了发电机铁芯和绕组的均匀冷却，减少了结 构件热应力和局部过热。为了防止风路的短路，常在定转 子之间气隙中冷热风区间的定子铁芯上加装气隙隔环，以 避免由转子抛出的热风吸入转子再循环。 11 12 13 n转子通风冷却方式如图 所示，分为下面两种情况： n转子本体段的导体冷却采用的气隙取气径向斜流式通风 系统：在转子线棒凿了两排不同方向的斜流孔至槽底，于 是，沿转子本体轴向就形成了若干个平行的斜流通道。通 过这些通道，冷却用氢气交替的进入和流出转子绕组进风 口的风斗，迫使冷却氢气以与转子转速相匹配的速度通过 斜流通道到达导体槽的底部，然后拐向另一侧同样沿斜流 通道流出导体。从每个进风口鼓进的冷风是分成两条斜流 通道向两个方向流进导体，同样，有两条出风通道汇流在 一起从出风口流出进入气隙。因此，每个通道从平行线棒 纵向切面看成“v”形，而垂直线棒横断面投视图为“u”形。 14 n由于任何数量的斜流段都可以沿轴向排列，因而转子绕 组的这种结构设计方式与转子长度无关，具有很方便的灵 活性。发电机共分成15 个风区（7 进8 出），每个风区有8 个通道，共81 个通风道。转子通氢冷却通风孔个数：进风 区一个槽里面有48 个孔，共有32 个槽，合计3248=1536 个；出风区一个槽里面有56 个孔，共有32 个槽，合计 3256=1792 个；用于端部冷却每一段为4 个孔，两端共8 个孔。沿转子长度方向，高温出风区和低温进风区交替分 布。同时定子的进出风区与转子的进风区相匹配，并采用 静止挡风板以限制热风在转子中的再循环，另外，从定子 流进气隙的气流量比进入转子的气流量大，进一步降低转 子热气量的再循环。因此转子铜线温度比较均匀。 15 n防止发电机氢气系统爆炸和着火事故 n运行中氢冷发电机及其氢系统范围内严禁烟火，如需进行明火作业 或检修试验等工作时，事先必须检测漏氢情况，对气体取样分析，确 认气体混全比在安全范围内，方可办理动火工作票，经审查批准后， 由专人监护下方可工作，上述工作如需超过4小时，应重新进上述检 测化验工作。 n运行中的发电机附近严禁放置易燃易爆物品并且禁止在充氢管道上 搭接电焊机地线 n发电机运行中应检查排烟风机可靠运行，并且定期从排烟机出口和 主油箱取样，监视其中含氢量是否超过规定值（2%），如超过时应查 明原因，并消除 n密封油泵工作，备用切换应正常，并做好定期试验记录 n 运行人员发现补氢异常增大，则应迅速联系有关人员查清漏点，及 时消除 n机内氢气纯度应保持在98%以上，含氧量1.2%。超过这些限度时 应排补氢，然后再充入纯净的氢气，直到氢气纯度合格 16 n采用氢气冷却的汽轮发电机必须由密封油对其端 部进行密封,即保证发电机内部氢气不外泄,又防止 空气和潮气进入发电机. n国产600mw汽轮发电机其密封油系统采用双流环 式密封瓦结构,密封效果好,调节范围宽,是非常成熟 的产品.但是 如果对其结构不甚了解,操作不当也 可能造成发电机内部进油事故.特别是在发电机内 部无压的情况下,密封油箱油位不易控制,密封油极 易沿轴向进入发电机内 部.发电机内部进油是恶性 事故,应该引起高度的重视.下面就对发电机密封油 系统,发电机内部进油原因及防范措施做以介绍. 17 二 密封油系统介绍 n600mw汽轮发电机组的密封油系统采用双流环式 密封瓦.由于氢冷发电机的转子轴必须穿过发电机 的端盖,因此这 部分成了氢内冷发电机密封的关键 .密封油分为空侧和氢侧两个油路将油供给轴密封 瓦上的两个环状配油槽,油沿转轴轴向穿过密封瓦 内径与转轴之间的间隙流出. 如果这两个油路中的 供油油压在密封瓦处恰好相等,油就不会在两个配 油槽之间的间隙中窜流,通常只要密封油压始终保 持高于机内气体压力,便可防止氢气从发电 机内逸 出.空侧油路供给的油则将沿轴和密封瓦之间的间 隙流往轴承侧,并同轴承回油一起进入空侧密封油 箱,从而防止了空气与潮气侵入发电机内部.氢侧密 封油 则沿轴和密封瓦之间的间隙流往发电机内侧, 落入消泡箱,最后回到氢侧密封油箱. 18 19 20 1 空侧油路 n由空侧交流密封油泵从空侧回油箱取得油 源,将一部分油泵入油冷却器、滤油器注入 密封瓦的空侧,另一部分油经过差压阀流回 到油泵进油侧.通过差压 阀将调节空侧密封 油压力始终保持在高出发电机内气体压力 0.084mpa的水平上.另外空侧配有直流密封 油泵备用. 21 2 氢侧油路 n氢侧密封油路中的油泵从氢侧密封油箱取得油源. 它把一部分油经过油冷却器、滤油器、平衡阀送 往密封瓦的氢侧,在油泵旁装有再循环管道,通过再 循 环管上的节流阀对氢侧密封油压进行粗调.氢侧 油路的油压则通过平衡阀进行细调,并使之自动跟 踪与空侧密封油压差保持0.49kpa,以达到基本平 衡的目 的.另外氢侧密封油设有两台交流油泵,正 常运行中一台运行一台备用. 22 3 消泡箱 n从密封瓦氢侧出来的油先流到消泡箱中,在 那里气体得以从油中扩容逸出,消泡箱装于 发电机下半端盖中,通过直管溢流装置使消 泡箱中的油位不至于过 高,消泡箱汽、励端 个有一个.在消泡箱中各装有一个浮子式液 位高报警器,当箱内油位过高到一定程度时, 就发出消泡箱油位高报警,使运行人员能及 时处理,从 而防止密封油流入发电机内部 23 4 空侧密封油箱油位控制 空侧密封油箱通过u形管与主机润滑油回油管道连 接,发电机端部支持轴承润滑油回油与空侧密封油 回油汇集到空侧密封油箱,大部分油通 过u形管依 靠重力作用自动溢流到润滑油回油管路,保持油箱 中油位正常,因此空侧密封油箱不需要进行油位监 视,另一部分油作为空侧密封油源在空侧油路中循 环.此油路把润滑油系统与密封油系统联系在一起, 即使密封油系统无油情况下,只要润滑油系统启动 后十几秒针,就会将密封油系统注满油. 24 5 氢侧密封油箱油位控制: n氢侧密封油箱是氢侧油路的储油箱,在运行中必须 保持一定的油位.由于在密封瓦中空、氢侧油压做 不到绝对的平衡,故空、氢侧仍有少量 的油相互窜 动,这样长期积累,就可能使氢侧油路中的油量发生 增减变化,氢侧密封油箱起到控制补、排油作用.它 主要依靠浮子式补、排油阀门完成,当油箱内油 位 升高,浮子上移,排油门打开,将多余的油排入空侧油 路;当油箱内油位降低,浮子下移,补油门打开,空侧 密封油向氢侧密封油箱补油,从而达到油位保持在 一 定范围内.密封油箱补油阀和排油阀上还设有强 制开启、关闭手轮,以便人为参与调节油箱油位. 25 密封油备用油源 n空侧密封油备用油源由三部分组成,所以发电机密 封油系统有非常可靠的油源,一般不会造成断油事 故. 第一路备用油源是高压备用油源,即来自汽轮 机轴头同轴的润滑油高压油泵或高压密封油泵,密 封油装置高压备用密封油入口压力不低于0.9mpa, 正常运行时 备用油差压调节阀自动断开,一旦空侧 油源发生故障,密封油压力降低到比发电机内部压 力高0.056mpa时,备用油差压阀自动打开保持密封 油压力比氢压高 0.056mpa. 26 n第二备用油源为空侧直流密封油泵,如果主油源和 高压备用油源都停止供油时,当密封油压力降低到 比发电机内气体压力仅高0.035mpa时,发出密封油 供油压力低报警,并自动启动备用直流密封油泵,使 密封油压力恢复并保持高于发电机内压0.084mpa. n第三备用油源为低压备用油源,它来自汽轮机低压 润滑油.该油源入口压力应不低于0.2mpa,由于这路 油源压力较低,它只能保证大轴转动时密封瓦不发 生磨 损事故,所以当其它油源都失去后应立即停止 机组运行,将发电机氢压降低到0.014mpa以下,以免 氢气外溢,发生着火、爆炸事故. 27 密封油系统进油分析 n发电机密封油系统差压阀能够自动保持空 侧密封油压大于发电机内部压力0.084mpa, 油压跟随氢压的变化而变化,机组正常运行 中,在设备正常情况下,一 般不易出现问题,而 在机组停机,发电机进行排氢工作后,极易造 成发电机进油事故.国产600mw汽轮发电机 组都 发生过发电机进油情况,而且都发生在 发电机未充压的情况下. 28 发电机进油原因 首先要了解氢侧密封油箱的补、排油原理,机组正 常运行中发电机内部压力为0.4mpa,而氢侧密封油 箱上部是与发电机内部连通的, 所以氢侧密封油箱 上部压力等于发电机内部压力.空侧密封油压始终 保持大于发电机内部压力0.084mpa,当氢侧密封油 箱油位下降时,空侧密封油随时对氢 侧密封油箱进 行补油,保持正常油位;当氢侧密封油箱油位升高时, 排油阀打开,将油排入空侧密封油箱,即使空侧密封 油箱安装位置比氢侧密封油箱高,但氢侧密 封油箱 内部压力等于发电机内部压力为0.4mpa,而空侧密 封油箱压力约等于大气压力,所以油在压差作用下 很容易排入空侧,保持油位正常. 29 n当停机后发电机内部压力降至零时,由于氢侧密封 油箱内压力随着发电机内部压力降低到大气压力, 而空侧密封油箱位置高于氢侧密封油箱,即使排油 阀打开也不能 将油压入空侧,反而造成空侧密封油 反流入氢侧密封油系统,以达到油位的平衡,使氢侧 密封油油位达到空侧密封油箱油位标高,此时由于 油位高排油阀保持全开, 造成空、氢侧密封油连通 .设计时特将空侧密封油箱安装高度在消泡箱下约 1m处,所以即使氢侧密封油箱满油,也不会造成消 泡箱满油,当油位高于空侧密封油箱 油位时,油还 会在重力作用下压回空侧,不会造成发电机进油情 况. 30 n发电机进油的唯一途径是消泡箱满油后从轴端挡 油板处窜入发电机内部(如图1所视),只要消泡箱油 位正常,发电机就不会进油.消泡箱满油主要是供油 量大于排 油量: 一、当停机后发电机内部压力降至零时,密封油差 压阀调节品质变差,油氢压差增大,使密封油沿轴向 向发电机内侧泄油量增多,氢侧密封油回油量增大, 此 时如果增多到大于向空侧密封油溢流量时(靠静 压溢流流速较慢),就会造成消泡箱满油.即使停止 空侧密封油泵,由于低压备用油源压力在0.2mpa,如 果备 用差压阀调节性能不好情况下,也可能造成发 电机进油. 31 n二、排油量减小,如果强制关闭氢侧密封油 箱的排油门,多余的油不能排走,就会造成消 泡箱满油.有时为 了保持氢侧密封油箱可见 油位,强制关闭补、排油门,即使在所有密封 油泵全部停止时,只要润滑油系统运行也可 能造成消泡箱满油,所以排油阀强制手轮无 特殊操 作时一定不能关闭. 32 发电机进油的防范措施 n (1)保持油氢差压阀工作可靠,油氢差压在 正常范围内. (2)保证氢侧密封油箱补、排油阀的四个 强制手轮都在打开状态. (3)调节氢侧密封油泵再循环门,保持氢侧 密封油压稍高于空侧密封油压. (4)发电机内部无压情况下投密封油系统 时应将改造管路排油手动阀稍开,保持氢侧 油路连续少量向空侧排油. 33 (5)保证消泡箱液位高报警可靠,报警后能 及时发现处理. (6)保证发电机底部检漏计报警可靠,报警 后能及时发现处理. (7)润滑油系统投运时经常巡视消泡箱油 位正常. 34 三 发电机定子冷却水系统 n对发电机定子冷却水水质的特殊要求：冷却水应当透明 、纯洁、无机械杂质和颗粒；冷却水的导电度正常运行 中应当小于0.5us/cm。过大的导电度会引起较大的泄漏电 流，从而使绝缘引水管老化，还会使定子相间发生闪络； 为防止热状态下造成冷却管内壁结垢，降低冷却效果， 甚至堵塞。应当控制水中的硬度，不大于10ug/l；nh3 浓度越低越好，以防腐蚀铜管；ph 值要求为中性规定 在68 之间；为防止发电机内部结露，对应于氢气进口 温度，定子水温也应当大于一定值。一般规定在4046 。 35 36 600mw机组防止发电机损坏事故运行要点 一 防止发电机的定子和转子绝缘损坏事故 n1发电机的额定氢压为0.4mpa，在额定氢压下运行时的漏氢量不得大 于11m3/day。 n2 发电机正常运行期间的氢气纯度必须98%，含氧量1.2%。若氢 气纯度98%时，必须补排氢使氢气纯度98%；当氢气纯度下降至 95%时，应立即减负荷并进行补排氢；若氢气纯度继续下降至90%时 ，应立即停机排氢进行检查。当氢侧密封油泵停用时，应注意氢气纯 度在90%以上。 n3严格控制发电机壳内的氢气湿度，把氢气的含水量降至最小。额定 压力下绝对湿度应 2 g/m3，防止氢气湿度过大而导致发电机绝缘水 平的下降。 n4 当氢压变化时，发电机的允许出力由绕组最热点的温度决定，即该 点温度不得超过发电机在额定工况时的温度。不同氢压、不同功率因 数时发电机的出力应按容量曲线带负荷。当氢压太低或在co2及空气 冷却方式下不准带负荷。 n5合理调整密封瓦的密封油压，防止因密封油压力不合理造成氢气外 泄和密封油向机壳内大量泄漏，从而引起发电机的绝缘老化。运行中 氢油压差应为84kpa，空氢侧油压差为49 kpa。 37 n6合理控制内冷水的温度，一般在4550，氢气进风温度控制在 451，防止因内冷水温度过低而使定子线圈温度下降，在发电机壳 内结露，当长期运行时，会造成发电机的绝缘水平降低，严重时会腐 蚀发电机的绝缘。 n7定子冷却水系统补水的进口压力为0.36mpa，其允许的最高进水温度 为50。 n8发电机氢压与定子冷却水的压差必须在0.035mpa以上。当压差低至 0.035mpa时报警。 n9离子交换器出口电导率正常运行期间为0.1-0.4s/cm，当测量水电导 率1.5s/cm时控制室发出报警光字牌。 n10 当定子冷却水电导率2s/cm时，应采取更换冷却水等措施，设法 降低电导率至正常。 n11 当定子冷却水电导率升至9.5s/cm时发出电导率高高报警，汇报领 导，做好停机准备。 n12 应及时排放发电机壳底部的液体，监测发电机内部的积水情况，并 根据积水情况分析发电机的绝缘情况。 n13 交流励磁机和整流环的最高冷风温度不应超过50，当励磁机在运 行期间，较低的冷风温度是有利的，但在停机期间必须防止无刷励磁 机部件上结露。 38 二 防止发电机损坏事故 n1 禁止发电机的无励磁运行。 n2发电机在高力率运行时，自动励磁调节器必须投自动运行，如果励 磁调节在手动方式，则必须控制功率因数一般应在滞相的0.95以内运 行。防止发电机的失步。 n3 未做进相试