氢冷发电机技术总结

1 / 14 氢冷发电机技术总结 龙源期刊网 .cn 水氢氢冷发电机原理及运行维护 作者：陈伟东 来源：企业技术开发下旬刊 2016 年第 06期 摘 要：水氢氢冷发电机是采用氢气置换发电机内的其他介质，以有控制地向发电机内部输送氢气，保持机内氢气压力稳定进行持续的发电，相比其他的置换物质，氢气具有先天性的一些优点。文章通过分析其优点，主要梳理了水氢氢冷发电机的发电原理以及运行情况，以期为发电机的操作和维修打下基础。 关键词：水氢氢冷发电机；原理；运行 中图分类号： TM31 文献标识码： A 文章编号：1006-893718-0111-02 水氢氢冷发电机作为一种新型的供油发电机冷却方式，在其推出以后不但实现了技术的革新而且产生了较为显著效果。作为水氢氢冷发电机，由于氢气具有较大的热传导效应，比以前发电机的容量大大提高，但是体积减少；同时由于氢气相比其他传导物质，密度较小，所以很大程度上减少了因摩擦发热而造成的热量损耗，大大提高了发电机的效能。此外，氢气作为一种较好的绝缘物质，运行中只产生较为微弱的电离现象，延长发电机的使用寿命。随 着社会环保2 / 14 意识的增加以及绿色生活理念的提出，氢气作为一种环保物质在被推广使用时，也更加符合安全环保的理念。 1 水氢氢冷发电机原理 氢气系统原理 水氢氢冷发电机的定子铁芯和转子全部通过氢气进行冷却，而通过试验的运行情况说明：发电机通风过程中热量损耗高低受到冷却介质质量大小的影响。对于性质相似的介质来说，质量越轻造成的损耗越小。而在气相介质中，氢气作为密度最小的气体，满足上述条件非常有利于损耗的降低。 同时考虑另外一个指标，热传导系数来说，氢气是空气的热传 导系数的将倍，具有非常显著的换热能力。 氢气具有良好的绝缘性能，同时经过技术的革新与发展也具备了较为成熟的控制技术。 铁芯和转子的氢气冷却原理 转子的冷却结构采取的是气隙取气斜流式的通风形式，在转子的表面槽楔上面同时由进气口、排气口，此外，在转子的绕组上面也开通了通风孔，通过组装在固化以后形成了斜流式的 防止氢冷发电机漏氢技术浅析 摘要 通过氢冷发电机在制造、检修、运行中的工艺监督，结合多厂现场经验，找到漏氢问题的解决方案，使大、3 / 14 中型电机的冷却 系统工作更加安全可靠 关键词 氢冷发电机 结合面 密封 套管 运行监督 【中图分类号】 tm930 随着我国经济水平的发展以及对环境保护意识的不断提高，小型机组因单位功率下的耗煤量高，效率差，面临逐渐淘汰。地方自备机组纷纷进入设备更新换代阶段。逐步向大容量、高效率、低污染发展，这一过程对企业设备维护、检修工艺都提出了新的要求。仅发电机工艺就由过去简单的空气冷却向相对复杂的水内冷、氢气冷却提高。 氢气冷却效率是空气冷却效率的 6-7倍，但其制氢、运行环节较容易发生漏 氢量超标、密封面不严等问题， 国产 qfqs 200 2 型发电机采用定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁心和端部结构氢冷的冷却方式。运行额定氢压表压力。轴端密封结构为双流环式密封瓦油系统。生产厂家有哈尔滨电机厂、东方电机厂、北京重型电机厂等多个企业。在企业更新换代进程中该容量发电机工艺较为典型，现根据笔者参加过的现场技术改造过程，对防止发电机漏氢技术进行分析，并浅析解决方法。 一、机壳各结合面 1.机座与两侧端罩之间的结合面面积大，密封难度大，是防漏的 K52 4 / 14 备案号： 1363 1998 中华人民共和国电力行业标准 氢冷发电机氢气湿度的技术要求 DL/T651 1998 Requirements for hydrogen humidity of generators using hydrogen as a coolant 中华人民共和国电力工业部 1998-03-19 批准 1998-09-01实施 前言 氢冷发电机内氢气湿度过高，不仅危害发电机定子、转子绕组的绝缘强度，而且会使转子 护环产生应力腐蚀裂纹；而氢气湿度过低，又可导致对某些部件产生有害的影响，如定子端部垫块的收缩和支撑环的裂纹。故随着电力生产规模的扩大和单机容量的不断提高，亟须对氢气湿度的表示方法、标准、测定和对氢气湿度计的要求予以明确规定。 1995 年 11 月 21 日电力工业部科技司技综 199544 号文明确，发电机内氢气湿度标准为部下达的“ 1995年制定、修订电力行业标准计划项目”之一。由于该标准内容中还应包含有提供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气的湿度标准，故最终将标准定名为氢冷发电机氢气湿度的技术要求。 从本标准生效之日起，凡在其它涉及氢冷发电机氢气湿度的表示方法和定值等的电力行业规定中，有与本标准5 / 14 相抵触的，以本标准为准。 本标准的附录 A 是标准的附录，附录 B 是提示的附录。 本标准由中华人民共和国电力工业部安全监察及生产协调司和科学技术司提出并归口。 本标准的负责起草单位为华北电力科学研究院，参加起草单位为河北电力试验研究所。 本标准的主要起草人：张国权、王二福、白亚民、吕明、朱芳菲。 本标准由电力工业部电机标准化技术委员会负责解释。 1 范围 本标准适用于运行中及充氢停运中的国产 200MW 及以上氢冷发电机。 对进口的氢冷发电机，应按制造厂规定的氢气湿度标准掌握；如制造厂无明确规定时，应按本标准执行。 200MW 以下氢冷发电机的氢气湿度允许值，可参照本标准确定。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 6 / 14 GB 11605 89 湿 度测量方法 GB/T7064 1996 透平型同步电机技术要求 JJG 1001 91 通用计量名词及定义 JJG 1012 87 常用湿度计量名词术语 JJG 2046 90 湿度计量器具 3 名词术语定义 本标准采用下列定义： 水蒸气 water vapour 亦称水汽。水的气态，由水气化或冰升华而成。 JJG1012 87中 1 湿度 humidity 气体中水蒸 气的含量。 JJG1012 87中 2 干气 dry gas 不含水蒸气的气体。 JJG1012 87中 4 注：绝对不含水蒸气的干气是不存在的，所谓干气仅仅是相对的。 湿气 wet gas 干气和水蒸气组成的混合物。 JJG1012 87 中 5 混合比 mixing ratio 湿气中水蒸气的质量与干气的质量之比。 JJG1012 87中 6 水蒸气压力 water vapour pressure 7 / 14 湿气中的水蒸气于相同 V、 T 条件下单独存在时的压力，亦称为水蒸气分压力。 JJG1012 87中 9 饱和水蒸气压 saturation water vapour pressure 水蒸气与水面共处于相平衡时的水蒸气压。 JJG1012 87中 10 露点温度 dew point temperature 压力为 p、温度为 T、混合比为 r 的湿气，其热力学露点温度 Td 是指在此给定压力下，该湿气为水面所饱和时的温度。 JJG1012 87中 11 霜点温度 frost point temperature 压力为 p、温度为 T、混合比为 r 的湿气，其热力学霜点温度 Tf是指在此给定压力下， 该湿气为冰面所饱和时的温度 JJG1012 87中 12。习惯上也可统称为露点温度。 校准 calibration 在规定条件下，为确定计量器具示值误差的一组操作。 JJG1001 91 中 191 量的真值 true value of a quantity 当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。 JJG1001 91中 7 注： 1 当对某量的测量不完善时，通常就不能获得真8 / 14 值。 2 从测量的角度讲，真值不可能确切获知。一个量的真值，是在被观测时本身所具有的真实大小，它是一个理想的概念。 测量不确定度 uncertainty of measurement 表征被测量的真值所处量值范围的评定。 JJG1001 91中 135 注：由于不确定度是测量结果 中无法修正的部分，它反映了被测量值的真值不能肯定的误差范围的一种评定。 响应时间 response time 激励受到规定的突变瞬间与响应达到其规定最终稳定值的 90%瞬间的时间间隔。 氢气湿度计 hydrogen humidity meter 能用来测定氢气中湿度的湿度计。 4 氢气湿度的表示方法 发电机内氢气湿度和供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气湿度，均规定以露点温度表示，通常采用摄氏温度 t，单位为“摄氏度”。 5 氢气湿度的标准 发电机内氢气在运行氢压下的允许湿度的高限，应按发电机内的最低温度由表 1查得； 允许湿度的低限为露点温度 td=-25。 9 / 14 供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的允许湿度： 新建、扩建电厂：露点温度 td -50。已建电厂：露点温度 td -25。 6 氢气湿度的测定 测定方式 对氢冷发电机内的氢气和供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气的湿度应进行定时测量；对 300MW及以上的氢冷发电机可采用连续 监测方式。 采样点及采样管道 测定发电机内氢气湿度的采样点，在采用定时测量方式时，应选在通风良好且尽量靠近发电机本体处；在采用连续监测方式时，宜设置在发电机干燥装置的入口管段上。为在发电机干燥装置检修、停运时仍能连续监测发电机内氢气湿度和在氢气湿度计退出时仍能对氢气进行干燥，同时还为满足氢气湿度计对流量的要求， 可在采样处为氢气湿度计专门配设一条带隔离阀、调节阀的采样旁路。 测定新鲜氢气湿度的采样点，宜设置在制氢站出口管段上。当采用连续监测方式时，为在氢气湿度 计退出时制氢站仍能向氢冷发电机充氢、补氢，同时还为满足氢气湿度计对流量的要求，也可在采样处为氢气湿度计专门配设一条带隔离阀、调节阀的采样旁路。 10 / 14 采样管道所经之处的环境温度，应均比被测气体湿度露点温度高出 3以上。 氢气湿度计的安装、使用 氢气湿度计在氢系统上的安装、使用，应严格遵守有关在氢系统进行作业的各项规定并符合湿度计生产厂的要求。 对氢气湿度计应进行定期校准，随时保证氢气湿度计的测量准确性。 测定氢气湿度值时的压力修正 当氢气湿度计测湿元件所在处的氢气压力与本标准第 5 章中所规定的氢压不同时，应对测定的氢气湿度值进行压力修正。 其它 对采样点和连续监测氢气湿度计的安装位置，还应注意选择在干燥、通风、无尘土飞扬、无强磁场作用、防水、防油、采光照明好、便于安装维护和记录数据，并不易被碰撞的地方。 在受较低环境温度影响而使流经管道的被测氢气温度有所降低时，应特别注意，只有在确认测湿元件前方流经被测氢气的管段内并未发生结露的前提下，测量方可进行。否则，应采取加强该管段保温或改 变测湿元件位置等措施予以解决。 11 / 14 在采用定时测量方式对氢气湿度进行测量时，应在排净采气管段内的积存氢气后，再进行测定。 7 对氢气湿度计的要求 技术性能 若要同时满足对本标准第 5 章所示的氢气湿度标准值及根据目前国内外发电机内氢气和氢站所供新鲜氢气的实际湿度值的测定，则氢气湿度计的技术性能宜如表 2 所示。 表 2 氢气湿度计的技术性能表 能变化范围，参照表 2确定。 使用条件 氢气湿度计承压部分应能承 受的表压如下： 在发电机运行氢压下，用于监测发电机内氢气湿度的氢气湿度计，应能在运行氢压下长期运行，且须经历时15min的承压试验。 在氢站运行氢压下，用于监测供发电机充氢、补氢的新鲜氢气湿度的氢气湿度计，应能在采样点处最高工作表压下长期运行，且须经倍最高工作表压历时 15min 的承压试验。 在常压下，用于测量氢气湿度的氢气湿度计，无承压要求。 氢气湿度计测湿元件应允许的被测氢气温度如12 / 14 下： 用于测量发电机氢气湿度时为 0 70。 用 于测量供发电机充氢、补氢的新鲜氢气湿度时为-45 55。 氢气湿度计应允许的环境温度为 -10 45。 氢气湿度计应满足在氢气与空气混合成爆炸性气体环境下使用时，不会引发氢爆的防爆要求。 氢气湿度计的测湿元件，应有防止氢气中的油气、尘埃等对其污染，从而影响测量准确性的有效措施。 氢气湿度计宜对空气、二氧化碳和氮气中的湿度，也能进行测量。 可靠性和运行维护 氢气湿度计应能在生产现场条件下长期稳定可靠运行。对氢气湿 度计的运行维护应简便易行。 附录 A 测定氢气湿度值的压力修正 A1 已知： 氢气湿度计测定的氢气湿度露点温度值为 t1； 氢气湿度计测湿元件所在处的氢气绝对压力为 p1； 在氢气湿度标准中对被测对象氢气所规定的氢气绝对压力为 p2。 A2 按附录 B 的表格，由 t1查得与该露点温度值对13 / 14 应的饱和水蒸气压值 es1。 注： 1 若露点湿度计能区分露点和霜点时，则在 t1 为0以下时，应按露点湿度计镜面上是露还是霜来确定该 从附录 B的表 B2还是表 B3中查取饱和水蒸气压值。 2 若露点湿度计不能区分露点或霜点时，则在 t1为 0以下时，宜由附录 B 的表 B3查取对应的饱和水蒸气压值。 A3 由 es1、 p2 和 p1，按如下公式求得被测对象氢气在 p2下的饱和水蒸气压值 es2。 es2=es1 A4 按附录 B 的表格，由 es2 查得与该饱和水蒸气压值对应的温度值 t2；该温度 t2 即为在氢气湿度标准中所规定的氢气绝对压力 p2 下的被测对象氢气湿度的露点温度值。 注：此处当 es2 611Pa 时，一般可 由附录 B 的表 B3查取与 es2 对应的温度值 t2。严格