电厂发电机氢气冷却系统

1氢气系统的特点及功能•汽轮发电机是采用水氢氢冷却方式，定子绕组为水冷，转子绕组为氢气内冷，铁心为氢气外部冷却，发电机转子采用气隙取气冷却方式。•发电机内的气体容量约为110m3。（我厂发电机氢气系统充气体积68.8m3）。当发电机在额定氢压0.5MPa下运行,保证漏氢量每天不大于11立方米(常压下的体积)。我厂氢气总漏氢量保证值(双流环)≤10Nm3/24h(在0.41MPa(g)额定氢压，折算到标准大气压下。)•1、氢气的物理性质：（1）氢气，无毒、无味、无色，是窒息气体，能使人的肺部缺氧。在标准状态（温度0℃，压力101.325kpa）下，其密度为0.0899g/L，约为空气密度的1/15，是世界上最轻的物质。（2）其分子运动速度最快，具有最大的扩散速度和很高的导热性，其导热能力是空气的6.7倍。（3）氢气在各种液体中的溶解度都很小，比如在20℃时，氢气在100mL水中仅能溶解1.84nmL。（4）氢的渗透力很强，常温下能够透过橡皮。•2、氢气的化学性质：氢气易燃易爆（含氢量4％～74.2％），最低着火温度是574℃，燃烧时发出浅蓝色火焰，生成水，放出大量的热。•3、氢气冷却方式的优缺点：•优点：（1）氢气密度小，作为冷却介质时，可使发电机通风损耗减至最小，从而提高发电机的效率。（2）氢气的表面散热能力高，可很快带走发电机的热损耗。能使发电机的出、入口风温差得以降低。（3）氢气的导热系数高，有利于加强发电机的冷却。（4）纯度较高的氢气能保证发电机内部清洁，通风散热效果稳定，不会引起脏污事故。（5）在氢气中，噪声较小，绝缘材料不易受氧化和电晕的损坏。•缺点：（1）氢气的渗透性很强，容易扩散泄露。因此发电机的外壳必须很好地密封。（2）氢气、空气混合物能形成爆炸性气体，万一泄漏，遇到明火会引起爆炸，所以，氢冷机组周围严禁明火。（3）采用氢冷的机组，要增加制氢设备、控制系统和干燥净化装置。因此，投资及运行维护费用需增加。•氢气的制取：•在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的焦炭（称为碳还原法），得到纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。在电解氢氧化钠（钾）溶液时，阳极上放出氧气，阴极上放出氢气。电解氯化钠水溶液制造氢氧化钠时，也可得到氢气。对用于冷却发电机的氢气的纯度要求较高，因此，都是采用电解水的方法来制氢。氢气系统的功能•1提供对发电机安全充氢和排氢的设备，用二氧化碳作为置换介质。•2维持机内气体压力的为所需值（一般维持在0.49-0.52）。•3在线显示机内氢压，纯度及湿度。•4干燥氢气排去可能从密封油进入机内的汽水。•5对漏入机内的液体（油或水）及时发出信号。•6冷却转子绕组，和定子铁芯。2.发电机氢气系统结构2.1氢冷却器及其外罩l我厂的发电机氢气冷却器有4个，装于发电机定子机座四角，每个2组，共8组。在一组冷却器（1/8冷却器）因故障停用时可带90%额定负荷；当不同角2组共1/4冷却器因故停用时可带80%额定负荷；当同一角2组共1/4冷却器因故停用时可带60%额定负荷，但要监测发电机转子的振动，防止机内温度不均匀引起的转子振动增大。当有5%冷却管子堵塞时，发电机能保持额定功率（容量），而不超过允许温升。l氢冷却器外罩为钢板焊接的圆拱形结构，横向对称布置安装在发电机机座的两端顶部l外罩是用螺钉把合在机座上，并在结合面的密封槽内充胶密封，连接成为整体。外罩热风侧的进风口跨接在铁芯边端的热风出风区的机座顶部，其冷风侧的出风口坐落于机座边端冷风进风区的上部，由机座边端第一隔板和与其结合在一起的内端盖和导风环构成设在转子上的风扇前后的低、高压冷风区。l外罩的顶部处于发电机的最高位置，故在该处内部设置了充、排氢管道，在励端外罩顶部内还设有氢气纯度风扇的两根取样管，在汽端则有一根气体分析取样管，这些管道的进出口都设在发电机机座的底部。l冷却器的前水室端是用螺栓刚性地固定在（发电机机座顶部的）氢冷却器外罩右侧边框上，进出水管都连接在前水室前部的进出水管口上。在前水室顶部设有四个排气孔，底部设有两个排水孔。在冷却器后端的后水室则用不锈钢垫片支撑在氢冷却器外罩左侧边框上，该垫片使冷却器能随温度变化而自由胀缩。后水室的外端用框形隔板及钢板顶盖密封，在这个空间设有一个放气阀。为了确保安全，在拆顶盖之前必须先打开放气阀，释放盖内压力。在拆卸了顶盖和后水室的盖板之后，才能检查冷却器内的翅片管。此外在冷却器后水室端面的外罩框口上侧，有一个通孔接有一个旁路阀通往后水室顶盖内的空间，在正常运行时用以平衡不锈钢薄垫片两侧氢气压力。l为了防止冷却水直接漏入机内，在冷却器与机座之间采用迷宫式挡水隔板，并在前、后水室二端的冷却器外罩底部设有ZG1/2螺孔，可接出浮子式液位控制器（检漏报警仪）的排放管道供检测冷却器有无漏水情况。•氢气循环的流程l发电机定子铁心采取径向通风方式。线圈在槽内的直线部分沿轴向分成九个分区，4个冷风区，5个热风区。相间的区段，在宽度方向各为二排反方向斜流的径向风孔，是用铣刀加工而成的。这种气隙取气通风的转子绕组在槽内的温度分布较均匀，平均温度与最高温度都较低，适用于大容量、长转子的发电机通风系统。l端部线圈为轴向氢内冷，由二根冷拉成型的П形铜线上下对叠而成，中间形成冷风风道，迎风侧开有进风孔，为了降低端部绕组的最高温度采用缩短风路的办法，将冷氢从迎风侧吸入风道后分成两路；其中一路沿轴向流向槽部的斜向出风道，再从槽楔经过甩风风斗排入边端出风区气隙；另一路沿端部横向弧形风道流向磁极中l心，从极心圆弧段上侧面的出风孔排入端部的低压热风区，然后从大齿两端的月牙形通风槽甩入边端出风区的气隙。这种端部两路通风结构有效地降低了端部大号线圈的最高温度，使整个转子绕组温差较小而且温度较低。l转子槽楔由铝合金制成，采用气隙取汽斜流式，在径向开通风道，并在顶部加工成风斗型，具有气隙取气进、出风斗的作用。槽楔上的风斗和楔下垫条中特殊风孔形成一斗二路，并具有两路流量均匀分配的通风方式。2.2氢气干燥器l循环吸附式氢气干燥器l氢气干燥器是一个装有活性氧化铝干燥剂的容器，通过外配磁力驱动防爆氢风机，对发电机内的氢气进行外循环吸附干燥，降低发电机内的氢气露点（湿度）。可自动再生，吸满水的干燥剂可以利用阀门系统从发电机上断开，用内装的电加热烘干，鼓风机迫使气体通过干燥器，以除去水份，有恒温器保护干燥器防止过热。氢干燥器入口设除油器。氢气干燥装置应保证在额定氢压下机内氢气露点不大于－5℃同时又不低于－25℃。l冷凝式氢气干燥器l该氢气干燥器采用冷凝的原理，发电机内风扇压差迫使氢气通过制冷装置流动，含有水分的热氢气遇到冷管壁时，水分在管壁上结露而析出，从而达到干燥氢气的作用。一般配置两台，一台干燥运行，一台化霜，也可互为备用。••为防止氢气中含油杂质或液体直接进入吸附式氢气干燥器设备中，影响设备的干燥效果，对干燥设备起到一定的保护和缓冲作用，专门为每台吸附式氢气干燥器配置一台油分离器，让氢气在进入吸附式氢气干燥器前首先通过油分离器，通过沉降方式，将氢气中的油杂质或液体滤掉，然后进入活性碳罐中将油烟进行过滤，保证气体的洁净，提高干燥器的除湿效果。油分离器的安装尺寸与吸附式干燥器安装尺寸相同，为了维修方便，两台设备的安装间距应为1米。•吸湿过程和再生作用的说明•假设塔A处于吸收过程，塔B处于再生过程。•吸湿过程—湿氢气从发电机高压端出来，流经油分离器。通过干燥器底部的四通阀V8，氢气气流到干燥塔A的底部，在内部风机帮助下给氢气施加压力，使其通过干燥剂脱掉水分，干燥的氢气通过上部的四通阀V7回到发电机低压入口。•再生作用—通过内部风机，氢气被加压使其上升通过正在被加热器加热的干燥剂，带走干燥剂束缚水分因加热汽化的水蒸汽，使湿的气流通过气流控制阀V1，暖湿的氢气流，继续通过温度低于摄氏38度的冷却器，水份开始冷凝。一种离心型气水分离器把水从氢气中分离出来，水被系统分离流向疏水阀，冷却的氢气继续通过底部的四通阀，再返回进入容器的底部，加热过程在那里又重新开始。2.3漏液检测仪•装在发电机机壳和出线盒下面，有浮子控制开关，指示出发电机里可能存在的液体漏出液体。在机壳的底部最可能积液的地方设有开口，将积聚的液体排到漏液检测仪。每一个探测器装有一根回气管通到机壳，使得来自发电机机壳的排液管能够气流畅通。回气管和液管都装有截止阀。为了能排除积聚的液体，还装有放水阀能够排出积聚的液体。•2.5氢气温度报警（冷氢温度）•发电机里设有氢气温度开关，用以使发电机内冷氢温度变得过高时能有一个报警源。•2.6漏氢监测测量装置•氢气泄露的测点通常设置于：封闭母线（发电机A,B,C相出线及中性点），定冷水箱，密封油回油汽侧和励侧，氢冷回水管。•2.7发电机绝缘过热检测系统•该装置能诊断发电机内绝缘局部过热故障，经机内气体采样进行质谱分析以后，能区分发电机定子线棒，铁芯，和转子绕组不同部位绝缘过热的故障，该装置安装于发电机下部，并有输出信号。此仪器不能进油或者水。精度：机内12cm2绝缘碳化报警。•漏氢监测测量装置•发电机绝缘过热检测系统•装置在线检测需接通冷却气体管路，将联接管路与发电机本体构成密闭循环系统。在发电机风扇压力作用下，使机内的冷却气体流经装置内部。冷却气体介质在受到离子室内α射线的轰击，使冷却气体介质电离，4产生正、负离子对，又在直流电场作用下，形成极为微弱的电离电流（10-12A）。电离电流经放大器（约1010倍）放大后，送电流表显示。如果发电机运行中，其部件绝缘有局部过热时，过热的绝缘材料热分解后，产生冷凝核，冷凝核随气流进入装置内。由于冷凝核远比气体介质分子的体积大而重，负离子附着在冷凝核上，负离子运行速受阻，从而使电离电流大幅度下降。电离电流下降率与发电机绝缘过热程度有关。经试验确定，当电流下降到某一整定值时，代表着绝缘早期故障隐患的发生和存在，装置及时发出报警信号。运行人员可根据报警信号频度，结合其它检测仪表指示，综合判断故障隐患的发生和发展，有计划地提早采取相应措施，避免因绝缘过热故障的扩大而导致后期烧毁发电机的重大事故，以此提高发电机的运行安全性。2.4气体纯度及压力检测装置l差压式检测装置仪器由特殊设计的风机，压差变送器及压差计组成，实际则是风机产生的压差，但由于此压差值与气体的密度有关，而气体密度又直接与气体的成分成比例，故只要测出风机压差就等于测出了气体密度，实际上两只压差计是直接按密度和纯度标注的。纯度计风扇附带三相交流380伏电动机，进出风差压变送器整定在0～76cm水柱，压差4～20mA直流输出。l热导式检测装置仪器是由一次设备压力检测变送装置和二次设备气体纯度以组成的，压力检测变送装置是通过压力变送器在线测量发电机机内的压力，气体纯度仪是利用气体的导热式原理来在线测量发电机机内氢气或二氧化碳气体的纯度。•2.8氢气露点仪•氢气露点仪装在发电机氢气干燥器的进氢管路上，对发电机内的。氢气的温度和湿度进行在线监测，氢气露点仪的工作电源为交流220V,并有4～20mA的输出信号。•2.9氢压控制装置•氢压控制装置由压力开关，氢压调节阀，阀门和压力表等组成。该装置的顶部表计平时指示机内氢气压力，当调整氢压调节阀的输出压力时，则用于指示此时整定压力值。装置的底部表计指示氢源压力。氢源处装有一个压力开关，当供氢压力低于整定值时发出报警。3氢气系统实验•氢气系统的气密性实验•发电机风压试验•发电机风压试验的要求及标准:•（1）发电机首次试运、大修后、影响密封的部件检修后确定泄漏量时进行试验；•（2）风压试验前密封油系统必须运行；•（3）风压试验时间为48小时；•（4）试验压力为发电机额定压力0.5MPa；•（5）风压试验有维护人员进行，运行人员配合；•（6）合格标准：•1)用空气试验时，泄漏量＜1.5m3（s.t.p）/24h合格；•2)用氢气试验时，泄漏量＜12m3