发电机氢气冷却系统报告

发电机氢气冷却系统题发电机氢气冷却系统题目二○15年六月毕业设计(论文)`院系专业班级学生姓名指导教师

发电机氢气冷却系统摘要随着电厂装机容量的提升，发电设备的冷却环节越来越重要，所用到冷却介质也是多种多样。在对发电机进行冷却技术当中，氢冷技术是最为成熟、应用最为广泛的几种技术之一。由于氢气本身的特点以及工作环境的要求，氢冷系统当中有几项十分重要的环节，如氢气的置换、冷却、干燥、密封。这几个环节直接决定着整个系统的冷却效果，也是发电机安全工作的重要影响因素。关键词：发电机；氢冷技术；置换；冷却；干燥；密封

GeneratorHydrogenCoolingSystemAbstractWiththeincreaseofinstalledcapacity,theprocessofgenerator-coolingismoreandmoreimportant.Thekindofcoolantmediumisalsomiscellaneous.Amongthemethodsaboutcoolinggenerators,hydrogen-coolingisoneofthemostmatureandwidelytechnology.Becauseofthecharacteristicsofhydrogenandthedemandofoperationalenvironment,HydrogenCoolingSystemhassomeimportantparts,suchasreplacing,cooling,dryingandleakingproofhydrogen.Theselinksdirectlydeterminethecoolingeffectofthewholesystem,whichessentialtothesafetyofgenerators.Keywords:Hydrogen-cooling;replacing;cooling;drying;leakingproof;

目录目录发电机氢气冷却系统 2GeneratorHydrogenCoolingSystem 3Abstract 3目录 41、绪论 51.1发电机冷却技术背景 51.2发电机常见的冷却方式 51.3发电机氢冷方式普及原因 51.4论文的主要内容 62、氢气置换的实现方式 72.1氢气置换总则 72.2氢气置换的实现方法——中间介质置换法 72.3采用中间介质置换法应注意的事项： 83、氢气冷却系统 93.1氢气冷却器简介 93.2氢冷器的构造 94、氢气干燥系统 104.1未经处理的氢气湿度大的原因 104.2湿氢气的危害 104.3氢气干燥器的工作原理及运行方式（以冷凝式干燥器为例） 105、密封油系统 115.1密封油系统简介及其功能 115.2密封油系统工作流程及运行方式 115.3密封油的运行时的注意事项 12参考文献 13

1、绪论1.1发电机冷却技术背景在电力生产过程中，当发电机运转将机械能转化成电能时，不可避免的会产生能量损耗。这些损耗的能量最后都变成热能，使发电机的转子、定子等各部件温度升高加速线路老化、加剧金属疲劳，从而降低效率，缩短设备寿命。因此必须采用合适的冷却方式带走损耗所产生的热能，将电机各部分的温升控制在允许范围内，保证电机安全可靠地运行。此外，在提高机组的容量、增加线路负荷的同时，必然伴随着线棒磨损加剧，线圈温度上升。因此提高发电机冷却系统的降温能力也是提升电机容量的重要前提。1.2发电机常见的冷却方式大容量发电机的冷却方式按冷却介质的形态区分，常见的有气冷、气液冷和液冷三大类。气体冷却介质包括空气和氢气等，液体冷却介质有水、油、氟里昂类介质及新型无污染化合物类氟碳介质。在诸多冷却方式中空冷、氢冷、水冷技术均为早期从国外引进技术后优化设计，是很成熟技术，也是目前应用最为广泛的几种冷却技术。实际工程当中同一台发电机往往采用多种冷却方式。例如，水轮发电机所采用的冷却方式常见的有空冷、水冷和蒸发冷等；汽轮发电机所采用的冷却方式则较为丰富，包括空冷、氢冷、水冷、油冷及蒸发冷等。1.3发电机氢冷方式普及原因液冷方式需要在发电机内部建设相应的管道，提高了设备成本和运行维护成本，导致这种冷却方式的普及程度稍逊色于气冷。目前发电机转子通常利用氢气进行冷却，原因与氢气的特性密切相关。在所有气体中氢气密度最小，分子运动速度最快，具有最大的扩散速度和很高的导热性。氢气导热系数为空气的7倍，在同一温度和流速下，放热系数为空气的1．4一1．5倍。由于散热效果增强了，相对同容量的空冷机而言，氢冷机体积小，消耗材料少。相应地，发电机的线负荷比空冷显著高(1000—1300)A／cm。由于密度小，流动阻力也小，因此。在相同气压下，氢气冷却的通风损耗、风摩耗均为空气的1／10，而且风噪亦可减小，可以减弱因气流而产生的振动。氢气不助燃，可以抑制内部电晕，不会产生对电气绝缘有害的气体，故延长了电机的寿命。1.4论文的主要内容本论文主要研究了氢气冷却发电机转子的相关技术问题，涉及到的内容如下：（1）受热后的氢气如何冷却；（2）发电机运行时如何减少氢气的泄漏量；（3）在发电机充氢气过程中，如何操作以避免空气与氢气混合，防止发生氢气爆炸。

2、氢气置换的实现方式2.1氢气置换总则检修前将发电机内充斥的氢气排尽换成空气或检修后将发电机内的空气排进换为高纯度的氢气的过程称为氢气的置换。由于氢气是相当活泼的气体，当其遇到一定浓度的氧气时极易发生爆炸，因此氢气的置换过程必须遵循一定的原则：（1）当发电机用空气冷却或中间介质气体运行时，不得带负荷。（2）当发电机内部出现下列情况之一，会发生爆炸或者有着火危险。eq\o\ac(○,1)在发电机壳内，当氢气纯度降至5%~76%时；eq\o\ac(○,2)在发电机壳内，当含氧量超过2%时；eq\o\ac(○,3)轴承回油管或在油箱中油的含氧量超过5%时；eq\o\ac(○,4)在距离漏氢地点5米以内遇有火源或电火花时；（3）必须用二氧化碳作为中间介质，严禁空气与氢气直接接触置换。（4）开启二氧化碳瓶门时，应缓慢进行。如发生冻结闭塞现象，可用热水烘暖。为缩短气体置换时间，必要时可用数个二氧化碳瓶同时供给。注意二氧化碳瓶表面的结霜情况，一般升到离瓶底0.5米以上时，应及时调换新瓶，瓶内压力不应全部放尽。（5）气体置换过程应在低风压运行方式下，并尽可能在发电机静止或盘车时进行，若为条件所迫，亦可在发电机转速＜100r/mm时进行，整个置换过程，应严密监视发电机风压、风温、密封油压、油温、油流。（6）当氢气系统严密性不佳时，不可置换至氢气运行，严禁拆除密封瓦进行。2.2氢气置换的实现方法——中间介质置换法利用二氧化碳驱赶发电机内空气（或氢气），然后又利用氢气（或空气）驱赶发电机内的二氧化碳，这样发电机内在气体置换过程中空气、氢气不直接接触，因而不会形成具有爆炸浓度的空气、氢气混合物，这种方法是中间介质置换方法。氢气的输入管道位于发电机的上方，而二氧化碳的输入管道位于发电机的下方，这是利用了二氧化碳密度比空气大，而氢气密度比空气小的特点。只有这样才可实现充氢或充二氧化碳等过程。图一氢气置换输气图在充氢前，必须用惰性气体排除空气，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。按此程序进行气体置换，发电机内将不存在爆炸性的混和气体，其前提气体是彻底混和的。氢冷发电机在正常运行时，氢气纯度应在95%或以上。在发电机静止或盘车情况下，从发电机的顶部汇流管充氢，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２％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。发电机的排氢，通过在机座底部汇流管充入二氧化碳，使氢气从机座顶部汇流管排除出去，为了使机内混合气体中的氢气含量底于5%应充入足够的二氧化碳。排氢应在发电机静止或盘车时进行，充二氧化碳时，纯度风机与发电机机座顶部汇流管接通，在充入的二氧化碳达到要求的浓度后，二氧化碳纯度读数应为95%。排氢结束。气体置换应在发电机静止或盘车时进行，投入密封油系统，同时应保持轴密封瓦处的密封油压力。如出现紧急情况，可在发电机加速或减速时进行气体置换，但不允许发电机充入CO2气体在额定转速下运行。推荐在发电机静止时置换机内气体。2.3采用中间介质置换法应注意的事项：⑴氢气、压缩空气、中间气体均需从气体控制站上专设的入口引入，不允许弄错。⑵适当控制气体的流动速度，以免因气流速度太快而使管路变径处出现高热点。⑶整个置换过程中发电机内保持一定的压力（0.02~0.03Mpa之间）。⑷现场，特别是排空管口附近杜绝明火。⑸取样地点正确。全面置换过程中气体排出管路及气体不易流通的死区，特别是氢气干燥器，密封油箱和发电机下液体检漏器等处，应勤排放，最后均应取样化验，各处都要符合要求。

3、氢气冷却系统3.1氢气冷却器简介氢气冷却器是氢冷发电机的重要设备，它利用自身设备的特殊结构，通过冷却水对氢气降温，而降温后的氢气再次进入发电机对转子和定子进行降温。可见氢气冷却器是实现氢气循环利用的重要设备之一。设备外形如下图图二氢冷器外形3.2氢冷器的构造大多数氢冷系统都具有四个氢冷器，分别垂直安装于定子机壳的四个角上。在回水管上设有温度计，出口母管装有自动温度调节阀，用于自动控制冷却水量，保持氢气的温度恒定。因为冷却水平行流过四台氢冷器，如果空气滞留在冷却水系统中，会造成冷却水断流，所以每只冷却器都有一根排气管。工作时，冷却水在氢冷器内进行倒U型流动，热氢气从冷却水排出侧进入氢冷器中，冷却后的氢气从冷却水进入侧离开氢冷器。冷氢在其工作压力下对应的露点很低，一般稍低于其工作温度，如果定冷水温度比其低的话，会造成冷氢结露，影响其冷却效果，进而影响发电机正常工作。所以氢冷器的介质为开式水，通过水量的调节可控制合适的冷氢气温度在40~46度之间。

4、氢气干燥系统4.1未经处理的氢气湿度大的原因冷氢系统中的氢气往往是通过电解水制得到，其中含有大量的水分。此外因为密封油的特性，也会使氢气的湿度加大。而湿氢气又会对设备运行造成极大的伤害。4.2湿氢气的危害（1）氢气湿度超标会造成发电机定子线圈端部短路事故。氢气湿度越高，氢气中水分越高，气体的介电强度越低，定子绕组受潮，降低绝缘电阻，从而降低了绝缘表面放电电压，容易发生闪络和绝缘击穿，造成事故。（2）氢气湿度超标造成发电机转子护环产生应力腐蚀。发电机氢气湿度高，将对其接触的金属产生应力腐蚀，而应力腐蚀与金属氢脆相互起到催化作用，会使发电机转子护环产生应力腐蚀。因此护环会产生裂纹，绝缘瓦会松动，从而引起绝缘瓦同护环端部转子线圈摩擦，引起转子线圈接地或短路。（3）影响发电机的运行效率。由于氢气中湿度大，水份高，使气体密度增大，增加了发电机的通风损耗，降低了发电机的效率。4.3氢气干燥器的工作原理及运行方式（以冷凝式干燥器为例）冷凝式氢气干燥器是用“制冷”方式将氢气冷却，使其温度降到“露点”以下，使其中的水蒸气以结露或结霜的形式分离出来，从而达到降低氢气湿度的目的。来自发电机的热湿氢气从氢气进口管进入换热器，与由冷却器回到换热器的低温氢气进行热交换，被初步降温除湿，再进入冷却器。氢气在冷却器内通过蒸发器管壁与制冷剂进行热交换，被深度冷却充分去湿后返回换热器，与由发电机来的热湿氢气进行热交换，被其加热，最后经氢气出口管返回发电机。

换热器中冷凝析出的水以及冷却器中结的霜通过电加热化霜后变成的水，经排水管进入贮水罐。当罐中的水位达到一定高度时，水位控制器将输出信号，水位指示灯亮。此时须手动旋开放水阀门将水放出。图3氢气干燥器

5、密封油系统5.1密封油系统简介及其功能氢冷发电机都采用油封，发电机密封瓦(环)所需用的油，就是机岛轴承润滑油，但人们习惯上按用途称之为密封油。相应地，这一套供油系统就称为密封油系统。发电机密封油系统的功能是向发电机密封瓦提供压力略高于氢压的密封油，以防止发电机内的氢气从发电机轴伸出处向外泄漏。密封油进入密封瓦后，经密封瓦与发电机轴之间的密封间隙，沿轴向从密封瓦两侧流出，即分为氢气侧回油和空气侧回油，并在该密封间隙处形成密封油流，既起密封作用，又润滑和冷却密封瓦。图4发电机密封油系统流程图。5.2密封油系统工作流程及运行方式在正常运行方式下，汽轮机来的润滑油进入密封油真空箱，经主密封油泵升压后由差压调节阀调节至合适的压力，经滤网过滤后进入发电机的密封瓦，其中空气侧的回油进入空气析出箱，氢气侧的回油进入氢气排泄扩大箱后再向下流入浮子阀箱，而后依靠压差流入空气析出箱。由于采用汽轮机润滑油这一高压油源，空气析出箱内的