发电机的发热与冷却及氢气系统简介

1、发电机的发热与冷却及氢气系统简介l主要包括主要包括 铁损铁损 定子定子 铜损铜损 转子转子 机械损耗机械损耗 附加损耗附加损耗 l电机的冷却方式分为气冷和液冷两大类电机的冷却方式分为气冷和液冷两大类 空气空气 气冷气冷 氢气氢气 水水 液冷液冷 油油 蒸发冷却介质（氟里昂类、氟碳）蒸发冷却介质（氟里昂类、氟碳）介质介质比热比热密度密度所需流量所需流量 冷却效果冷却效果空气空气1.01.01.01.0氢气（氢气（0.414MPa）14.350.351.05.0油油2.090.8480.01221.0水水4.161.0000.01250.0铁芯铁芯机座机座端盖端盖定子线圈定子线圈护环护环转子转子氢

2、冷器氢冷器碳刷架碳刷架轴承轴承出线端子出线端子端端盖盖l发电机以氢气作为主要冷却介质，发电机以氢气作为主要冷却介质，采用径向多流式密闭循环通风方采用径向多流式密闭循环通风方式运行，定子绕组采用单独的水式运行，定子绕组采用单独的水冷却系统冷却系统 l发电机氢冷系统的功能是用于冷却发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。电机的氢气冷却器由冷却水冷却。 l转子与铁芯的冷却通道为多进多出转

3、子与铁芯的冷却通道为多进多出结构，采用径向和轴向气隙隔板，结构，采用径向和轴向气隙隔板，从而使气体分为不同的冷热区域，从而使气体分为不同的冷热区域，可以有效的遏止冷热风的混合，沿可以有效的遏止冷热风的混合，沿转子轴向温度分布比较均匀。转子轴向温度分布比较均匀。 采用采用径向多流式密闭循环通风，定子铁芯沿轴向径向多流式密闭循环通风，定子铁芯沿轴向分为分为13个风区，个风区，6个进风区和个进风区和7个出风区相间布置。个出风区相间布置。转子采用气隙取气斜流式。采用该通风系统的优转子采用气隙取气斜流式。采用该通风系统的优点：温度均匀，不需高压风扇，通风损耗小。点：温度均匀，不需高压风扇，通风损耗小。l

4、发电机采用径向多流式密闭循环通风，定子铁发电机采用径向多流式密闭循环通风，定子铁芯沿轴向分为十三个风区，六个进风区和七个芯沿轴向分为十三个风区，六个进风区和七个出风区相间布置。安装在转轴上的两个轴流式出风区相间布置。安装在转轴上的两个轴流式风扇风扇( (汽、励端各一个汽、励端各一个) )将氢气分别鼓入气隙和铁将氢气分别鼓入气隙和铁芯背部；进入铁芯背部的氢气，沿铁芯径向风道冷芯背部；进入铁芯背部的氢气，沿铁芯径向风道冷却进风区铁芯后，进入气隙；少部分氢气进入转子却进风区铁芯后，进入气隙；少部分氢气进入转子槽内风道，冷却转子绕组；其他大部分氢气再折回槽内风道，冷却转子绕组；其他大部分氢气再折回铁芯

5、，冷却出风区铁芯，最后从机座风道进入冷却铁芯，冷却出风区铁芯，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，进行再循器；被冷却器冷却后的氢气进入风扇前，进行再循环。为了防止风路的短路，常在定转子之间气隙中环。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。转子抛出的热风吸入转子再循环。l机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风（氢气）系统的一部分。（氢气）系统的一部分。 l发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部发电机定子采用径向通风，将机壳

6、和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。这些小室用管子相互连通，并能交和出风区。这些小室用管子相互连通，并能交替进行通风。氢气交替地通过铁芯的外侧和内替进行通风。氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热。热应力和局部过热。l定子线棒由绝缘空心股线和实心股线混定子线棒由绝缘空心股线和实心股线混合编织换位组合而成。合编织换位组合而成。 l定子线棒是通过空心股线中的水介质来定子线

7、棒是通过空心股线中的水介质来冷却的。冷却水从励端的汇流管和绝缘冷却的。冷却水从励端的汇流管和绝缘引水管并通过线棒端头的水接头进入线引水管并通过线棒端头的水接头进入线圈，冷却线圈后再经过汽端的绝缘引水圈，冷却线圈后再经过汽端的绝缘引水管和汇流管排入外部水系统。冷却水流管和汇流管排入外部水系统。冷却水流通道为单向型通道为单向型 l对于大型汽轮发电机主要采用三相双层绕组，对于大型汽轮发电机主要采用三相双层绕组，并采用短距叠绕组，双层绕组构成如左图。并采用短距叠绕组，双层绕组构成如左图。在每个槽内有上下两个线圈边，线圈的一个在每个槽内有上下两个线圈边，线圈的一个边嵌在某个槽的下层，则另一边则嵌在相隔边

8、嵌在某个槽的下层，则另一边则嵌在相隔y1y1槽（节距：一个线圈的有效边在定子槽（节距：一个线圈的有效边在定子铁芯上跨的槽数）的上层。采用双层绕铁芯上跨的槽数）的上层。采用双层绕组可以很方便地把绕组型式设计成短距组可以很方便地把绕组型式设计成短距绕组。短距绕组具有改善电势波形和节绕组。短距绕组具有改善电势波形和节约材料的优点。约材料的优点。在实际的电机中，由于磁极磁场是不可能完全按在实际的电机中，由于磁极磁场是不可能完全按正弦规律分布，因此，在定子绕组内的感应电势正弦规律分布，因此，在定子绕组内的感应电势也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的基波外，也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的基波外，还包

9、含着一系列的谐波。谐波的次数越高，它的还包含着一系列的谐波。谐波的次数越高，它的幅值越小，对电势波形的影响越小。高次谐波的幅值越小，对电势波形的影响越小。高次谐波的存在，对发电机会产生许多不良的影响：存在，对发电机会产生许多不良的影响： 1 1）发电机本身的损耗增加，效率降低，温升增）发电机本身的损耗增加，效率降低，温升增高。高。 2 2）可能引起输电线路的电感和电容产生谐）可能引起输电线路的电感和电容产生谐振，产生过电压。振，产生过电压。 3 3）对邻近的通讯线路产生干扰。）对邻近的通讯线路产生干扰。 削弱谐波的常用方法如下：削弱谐波的常用方法如下：1 1）隐极汽轮发电机的气隙是均匀的，因此

10、只要把每）隐极汽轮发电机的气隙是均匀的，因此只要把每极范围内安放的励磁绕组与极距之比设计在极范围内安放的励磁绕组与极距之比设计在0.70.70.80.8范围内，就可使发电机磁极磁场的波形比较接近于范围内，就可使发电机磁极磁场的波形比较接近于正弦形。正弦形。2 2）采用）采用Y Y形连接，由于形连接，由于3 3次谐波及其倍数奇次谐波是同次谐波及其倍数奇次谐波是同大小、同相位的，采用这种接线可把这些谐波抵消掉。大小、同相位的，采用这种接线可把这些谐波抵消掉。3 3）采用短距绕组，可削弱）采用短距绕组，可削弱5 5、7 7次谐波。次谐波。4 4）采用分布绕组，即增大每极每相槽数）采用分布绕组，即增大

11、每极每相槽数q q，可显著削弱高，可显著削弱高次谐波电势。但随着次谐波电势。但随着q q值的增大，电枢槽数增多，这将引值的增大，电枢槽数增多，这将引起冲剪工作和绝缘材料的消耗量增加，使成本上升。所起冲剪工作和绝缘材料的消耗量增加，使成本上升。所以，一般隐极汽轮发电机的以，一般隐极汽轮发电机的q q取取6 61212之间。之间。l转子绕组槽部采用气隙取气斜流内冷方式。利用转子转子绕组槽部采用气隙取气斜流内冷方式。利用转子自泵风作用，从进风区气隙吸入氢气。通过转子槽楔自泵风作用，从进风区气隙吸入氢气。通过转子槽楔后，进入两排斜流风道，以冷却转子铜线。氢气到达后，进入两排斜流风道，以冷却转子铜线。氢

12、气到达底匝铜线后，转向进入另一排风道，冷却转子铜线后底匝铜线后，转向进入另一排风道，冷却转子铜线后再通过转子槽楔，从出风区排入气隙。在转子线棒凿再通过转子槽楔，从出风区排入气隙。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，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，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

13、同样沿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。汇流在一起从出风口流出进入气隙。l一路风从下线槽底部的副槽进入转一路风从下线槽底部的副槽进入转子本体部分的端部风路，另一路风子本体部分的端部风路，另一路风从转子线圈端部的中部进入铜线风从转子线圈端部的中部进入铜线风道，再从转子本体端部排入气隙。道，再从转子本体端部排入气隙。为了加强后一路风的冷却效果，在为了加强后一路风的冷却

14、效果，在这路风的中途再补入半路风，即形这路风的中途再补入半路风，即形成成“两路半两路半”的风路结构。的风路结构。 l氢气控制系统设置专用管路、氢气控制系统设置专用管路、CO2CO2控制排、置换控制排、置换控制阀和气体置换盘用以实现机内气体间接置控制阀和气体置换盘用以实现机内气体间接置换。换。 l为使机内氢压保持在规定范围之内，控制系统在为使机内氢压保持在规定范围之内，控制系统在氢气的控制排中设置有两套氢气减压器。用以实氢气的控制排中设置有两套氢气减压器。用以实现机内氢气压力的自动调节。现机内氢气压力的自动调节。l氢气中的含水量过高对发电机将造成多方面的氢气中的含水量过高对发电机将造成多方面的影

15、响，通常在机外设置专用的氢气干燥器，它影响，通常在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，它的回氢的进氢管路接至转子风扇的高压侧，它的回氢管路接至风扇的低压侧，从而使机内部分氢气管路接至风扇的低压侧，从而使机内部分氢气不断的流进干燥器得到干燥。不断的流进干燥器得到干燥。 序号 名 称 型式 数 量 单 位 备 注 1 发电机机壳内最大氢气压力 0.45 MPa(g) 2 氢气压力允许变化范围 0.20.45 MPa(g) 3 发电机机壳内额定氢气纯度 98 % 4 发电机机壳内最小氢气纯度 92 % 报警值 5 氢气总补充量保证值（在额定氢压下） 10 Nm3/24h 6

16、氢系统装置制造厂/国别 东电 7 氢系统装置型式 集装 8 氢系统装置尺寸（长宽高） 10801050480 mm l1 1）每天均应检查监视项目：）每天均应检查监视项目：l 监视油水探测报警器内是否有油水，如发现则应监视油水探测报警器内是否有油水，如发现则应及时排放；及时排放；l 氢气干燥装置是否正常运行；氢气干燥装置是否正常运行；l 氢气纯度、压力、温度指示是否正常。氢气纯度、压力、温度指示是否正常。l2 2）每周检查项目：）每周检查项目：l 氢气纯度检测装置过滤干燥器中的干燥剂更换；氢气纯度检测装置过滤干燥器中的干燥剂更换；l 氢气系统管路中的排污阀门，尤其是氢气纯度检氢气系统管路中的排

17、污阀门，尤其是氢气纯度检测装置和氢气干燥装置管路中的排污阀门。测装置和氢气干燥装置管路中的排污阀门。l3 3）每月检查项目：排污（排放）阀门开启，排）每月检查项目：排污（排放）阀门开启，排除油污和水分。除油污和水分。l4 4）每）每3 36 6个月的检查监视事项：个月的检查监视事项：l 报警用开关、继电器类的动作试验；报警用开关、继电器类的动作试验；l 安全阀动作试验；安全阀动作试验；l 氢气纯度检测装置校验；氢气纯度检测装置校验；l 气体置换盘通电，以及分析器校验。气体置换盘通电，以及分析器校验。l5 5）每）每6 61212个月的检查项目：压力表等指示表个月的检查项目：压力表等指示表计校验。计校验。l6 6）每）每1212