发电机氢气冷却系统

1、华北电力大学本科毕业设计（论文）题 目 发电机氢气冷却系统报告毕 业 设 计(论文)院 系自动化系专业班级自动化专业1302班学生姓名杨晓丹指导教师马进发电机氢气冷却系统报告摘要发电机在运行的过程中由于能量转换、电磁作用和机械摩擦会产生一定的热量。为了使发电机温度不超过与绝缘耐热等级相应的极限温度，应采取冷却措施使这些部件有效地散热。氢气比重小、比热大、导热系数较大、化学性质较稳定，是冷却发电机转子常用的介质。氢气在发电机的腔室内循环，依次穿过冷热风室，由冷却器冷却。发电机中的氢气容易发生泄漏，需要在轴与静密封瓦之间形成油膜封住气体。在发电机检修后，发电机内充满空气，为防止氢气与空气混合产生安

2、全隐患，充入氢气时应先做气密实验，再从下至上向发电机内充满二氧化碳，最后从上至下向发电机内充满氢气。关键词：发电机;氢气冷却;气体置换;密封油系统 Report of hydrogen cooling system for generatorAbstractGenerator in the process of running due to energy conversion, electromagnetic and mechanical friction generates heat. Hydrogen cooling system is used to limited the genera

3、tor temperature exceed the limiting temperature of thermal class for electric machine insulation. Because of Hydrogen gas has small specific gravity,large specific heat,large coefficient of thermal conductivity and relatively stable chemical properties,it is the commonly used medium cooling generato

4、r rotor. Hydrogen is circulated in the generator hydrogen and cooled by corner cooler. In order to limite hydrogen leakage, oil seals the space between the shaft and static seal tile. After the generator maintenance, air is full of inside the generators.There was a safe hidden trouble if hydrogen is

5、 mixed into the oxygen.Carbon is blowed from the from the bottom to the full of generator to replace air after Sealing experiment was passed.And hydrogen is blowed from the from the full to the bottom of generator to replace carbon.Keywords:Generator; Hydrogen cooling;Gas replacement; Seal oil syste

6、m目录1 引言51.1发电机冷却系统的重要性51.2氢气冷却的优势62 发电机氢气系统组成、功能及原理72.1氢气系统的组成72.2氢气系统部件的功能及原理82.3氢气的循环冷却83 密封油系统93.1密封原理93.2密封油系统的组成94发电机的气体置换104.1气密试验104.2二氧化碳和氢气用量估计114.3二氧化碳置换空气124.4氢气置换二氧化碳124.5二氧化碳置换氢气12参考文献131 引言1.1发电机冷却系统的重要性发电机在工作的过程中由于能量转换、电磁作用和机械摩擦会产生一定的热量，要使发电机的温度保持在材料限定温度范围内，就要配备发电机冷却系统。发电机的冷却与大型汽轮发电机的

7、发展、发电机的绝缘寿命、发电机的金属性能息息相关。当发电机转速n，磁通密度B，电流密度J不变时，有以下关系：电动势（1）电流（2）功率（3）成本（4）其中，W电枢匝数，J电枢电流密度，气隙磁通密度，定子铁芯截面，定子线圈截面。l铁芯有效长度。将（4）式带入（3）式，则。增加铁芯有效长度，就能增大成本和功率的比率。由上式可知，发电机的功率越大，则经济性越高。然而发电机的损耗与成正比，发电机的散热与成正比。随着发电机功率的增大，发电机的单位面积散热降低。所以想要发展大型汽轮发电机，就必须增强发电机的散热能力，发电机冷却系统是发展大型汽轮机的关键。汽轮机在运行时产生的热也会影响到部件的绝缘寿命，蒙辛

8、格尔提出器件的绝缘寿命与电机连续运行温度呈指数变化，公式为：（5）其中，当温度为0摄氏度时的绝缘寿命，T绝缘持续温度，m常数。实验表明，温度上升十度左右，绝缘寿命减短一半。发电机部件的散热对器件的绝缘寿命影响较大。金属的强度和硬度随温度的升高而降低，以下是发电机常用的铜、铝、银铜、钎焊的温度特性曲线：1.2氢气冷却的优势流体换热的能力与气体压力、密度、容积比热有关。以下是冷却介质的性能比较：氢气冷却下优点：1.氢气比重小，阻力损耗小；2.氢气比热相对其他气体大；3.氢气的导热系数较大；4.氢气的相对传热系数约为空气的1.4倍；5.氢气化学价较为稳定。冷却介质有空气、水和氢气供选用。空气冷却效果

9、差、损耗大，而水冷却面临着的是转子的高速旋转、供水装置的复杂，以及水的腐蚀等重大技术问题。氢气的冷却效果虽然不及水冷却，但它的冷却作用远远超过空气冷却，2 发电机氢气系统组成、功能及原理2.1氢气系统的组成发电机氢气系统的组成部分主要为：1.供氢系统，包括供氢汇流排和压力控制装置；2.供二氧化碳装置；3.气体压力、纯度和湿度检测装置；4.氢气干燥装置；5.发电机漏油、漏水监测装置。2.2氢气系统部件的功能及原理1.氢气干燥器是用来除去发电机内氢气中的水份而设的。当发电机中的氢气含水量过高将会对发电机造成多方面的不良影响，我厂在发电机外设置专用的氢气干燥器，它的进氢管路接至转子风扇的高压侧，它的

10、回氢管路接至风扇的低压侧，从而使机内部分氢气不断地流进干燥器内得到干燥。其中我厂氢气去湿装置采用冷凝式 （即分子筛式），其基本原理是：将进入去湿装置内的氢气冷却到 - 10左右，氢气中的部份水蒸汽将在干燥器内凝结成霜，然后定时自动化霜，霜溶化成的水流进集水箱 （筒） 中，达到一定量之后发出信号，由人工手动排水。经过冷却脱水的氢气在送回发电机之前被加热到 18左右，加温设备也设置在去湿装置内，经过这一处理过程，从而使发电机内氢气中水份逐步减少。2.氢气循环风机：氢气循环风机用于冷凝式氢气去湿装置系统中，在发电机停机或盘车状态下，开启循环风机，以确保氢气至湿装置的正常循环。3 ） 氢气泄露报警器：

11、氢气泄露报警是为了报告何处有氢气泄露情况而设置的，它在冷水、氢冷水、发电机 A、B、C三相分相母线等部位都设有氢气浓度高检测报警元件。4 ） 油水探测报警器：当发电机内部漏进油或水，油水将流入报警器内。报警器内设置有一只浮子，浮子上端载有永久磁铁，在报警器上部设有磁性开关。当报警器内油水积聚液位上升时，浮子随之上升，当达到一定值时永久磁铁吸合，磁性开关接通报警装置，运行人员接到报警信号后，即要进行手动操作报警器底部的排污阀进行排污，并要及时调整密封油压和检查油、水的来源。5.置换控制阀：置换控制阀是几只阀门的集中组合、装配而成。发电机正常运行时，这几只阀门必须全部关闭，只有发电机需要进行气体置

12、换时，才由人工手动操作这几只阀门，按照发电机内气体置换要求进行操作。2.3氢气的循环冷却氢气只在发电机的腔室中循环，一般有四个冷风室 ，五个热风室（四进五出，进是冷风，出是热风，以200MW为例子），发电机转子的端部通常有热套的风扇，运行中是随着转子在转动的，依靠这两个风扇将发电机四角氢气冷却器冷却后的冷风（氢气）吹入发电机定转子之间的腔室，然后穿出去，依次穿越冷热风室，到中间热风室后，从定子腔室外边出来，后又经四角冷却器冷却进行新的循环。3 密封油系统3.1密封原理由于大型发电机组结构复杂，结合面多，而且氢气渗透性很强。所以漏氢现象时有发生。漏氢影响到机组的安全运行，必须引起高度重视。密封油

13、系统能有效防止氢气的泄漏。向高速旋转的轴与静止的密封瓦之间注入一连续的油流，来形成一层油膜封住气体，从而使机内的气体不外溢，外面的空气也不至于进入机内。氢气发电机都采用轴封，轴封是指汽轮发电机的转轴和端盖之间的密封装置。为了使氢气沿转子从发电机机壳的泄漏降至最低，在发电机的两端都设有轴封。密封油从密封油的供应单元进入密封箱中的密封环中。在正常运行状态时密封油处于真空状态。3.2密封油系统的组成发电机密封油系统如图所示，由两个各自独立又互相联系的系统组成。向密封瓦空气侧供油，密封油与空气接触的一侧油路称为空侧密封油系统。向密封瓦氢侧供油，密封油只与氢气接触的一侧油路称为氢侧密封油系统。空侧密封油

14、系统主要包括空侧回油密封箱、排烟风机、空侧交流密封油泵、直流密封油备用泵、油-氢差压调节阀、两台空侧密封油冷却器（互为备用）和一台电加热器。此外来自润滑油系统的两路高压和低压密封油源通过一油-氢差压调节阀接入密封油泵出口母管，在交、直流密封油泵均故障时提供备用密封油源。为防止氢气泄露，机组正常运行时空侧密封油压要始终比发电机氢压高出一定的值，不允许断油。氢侧密封油系统主要包括氢侧回油控制箱、氢侧交流密封油泵、氢侧密封油冷却器、氢侧密封油加热器、两个氢-空侧密封油压平衡阀。由于发电机密封瓦为双流环式，允许氢侧油路短期断油运行，故不设氢侧直流密封油备用泵。当氢侧油泵突然断油时，密封瓦以单流环式运行

15、，可以密封发电机内的氢气，只是时间长了会导致发电机内氢纯度下降，因而增加排污量和补氢量。4发电机的气体置换4.1气密试验发电机和氢系统在安装完毕后,应对其进行.01MPa和额定氢压值的空气密封试验。气密试验期间,密封油系统需投入运行,即氢侧和空侧油路应同时处于供油状态。气密试验用的气体应保证干燥、无杂质。气密试验时,如气体的泄漏量超过规定值,可用肥皂液、拉开粉溶液或卤素检漏仪进行系统检漏。一般情况下,肥皂液和拉开粉用于粗检。由于卤素检漏仪测量精度高而且范围广,所以通常将其用于精检。应重点对机座端盖、出线盒、转子引线、管道、阀门、焊口、氢气干燥器和氢气纯度检测变送装置等部位进行检漏。发电机的漏气

16、量可通过斜插式微差压仪来测定。检测系统由1个斜插式微差压仪和1个基准小气包组成。小气包是一个密封容器,其装于被测容器(通常指发电机机座)内,从而使小气包与机座内的气体处于同一环境中,以消除外界温度的影响。斜插式微差压仪上有1个三路阀,充气时,打开2号阀使机座与小气包相通,保压时关闭2号阀。由于斜插式微差压仪接于机座和小气包之间,而小气包是密封件,故可看作压力对比的基准,在斜插式微差压仪上测出的压降就是由发电机泄漏造成的。由此可推算出在标准大气压下的发电机漏气量。其计算公式为： （6）式中L发电机泄漏量；V发电机容积, ；P保压期间机内压力变化量,Pa;T保压时间,h。此公式是在环境温度为21时

17、导得的。使用时应注意:保压时间至少为24h,为了尽可能地减少温度变化所产生的影响,一般保压28h为宜。机座和微差压仪应避免阳光直射。发电机系统气密试验是否合格的标准为:泵压.041MPa时,每天允许的泄漏量折合到标准大气压下应小于2.1m3d/;泵压0.31MPa时应小于1.7m3/d。4.2二氧化碳和氢气用量估计在爆炸范围的上限时,混合气体中氢占70%、空气占30%,而空气中的氧气占21%,所以在爆炸上限的混合气体中,氧的含量为30%x0.21一6.3%。要使发电机内不存在爆炸性的混合气体,就必须在充氢前用二氧化碳排出系统内的空气,使系统内气体中氧气的含量降低到小于6.3%以下。充入2倍机内

18、容积的二氧化碳,空气的含量将降至14%,氧气含量也随之降为2.94%。而在转子静止或盘车条件下,机内只有极少量的空气和二氧化碳混合,从发电机机座底部充入约1.5倍机内容积的C02就足以排除发电机内的空气,机内二氧化碳浓度达到95%以上。一般情况下30Mw发电机的、容积为70m3,所以二氧化碳的用量为(105一140)m3。假设二氧化碳瓶的体积为ZoL,压力为14.71MPa,则至少需要C0235瓶。在通常情况下准备3545瓶二氧化碳就足够了。氢冷发电机在正常运行时,氢气浓度要求在95%以上。在发电机运行时,把3倍机内容积的氢气充入发电机,则机内的氢气浓度将能达到95%。但在发电机静止或盘车状态

19、下,只有极少量的氢气和二氧化碳混合,此时从发电机顶部汇流管充入2.5倍机内容积的氢气,机内氢气浓度就能达到95%以上。同二氧化碳用量的计算一样,排除系统内二氧化碳需要的氢气量为:2.5X70=175m3;发电机正常运行时的氢压为0.31MPa,所以充到发电机额定氢压需要的氢气量为:3.1X70=217m3;即氢气的最低用量为两者之和392m3。所以发电机在气体置换前,制氢站至少应备足392m3的H:。发电机在试运过程中的补充用氢量应当另行考虑。4.3二氧化碳置换空气正常运行发电机内部充满氢气，机组检修时需要将氢气置换成空气。因为氢气和空气混合易引起爆炸，而二氧化碳与氢气混合不会发生爆炸，所以二氧化碳就被作为气体置换的中间介质。二氧化碳传热系数是空气的 1.132 倍，在置换过程中，冷却效能不比空气差，此外，二氧化碳做为中间介质还有利于防火。置换开始前,应首先检查密封瓦处是否已建立正常的密封油压;确信纯度监测系统能正确运行;已将纯度风机采样管接通到顶部汇流管,排气管也已接通到顶部汇流管。将化验合格的二氧化碳气瓶接到底部汇流管上,通过汇流管减压阀向发电机充二氧化碳,充注速度不能太快,以防结冻。通常