第八章 发电机氢水油系统Word格式文档下载.docx

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其它大部分再折回铁芯，冷却出风区的铁芯，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再循环。

这种交替进出的径向多流通风保证了发电机铁芯和绕组的均匀冷却，减少了结构件热应力和局部过热。

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，以避免由转子抛出的热风吸入转子再循环。

图8-2发电机定子、转子通风系统

转子通风系统，如图8-2所示，转子本体段的导体冷却采用的气隙取气径向斜流式通风系统：

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，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。

因此，每个通道从平行线棒纵向切面看成“V”形，而垂直线棒横断面投视图为“U”形。

由于任何数量的斜流段都可以沿轴向排列，因而转子绕组的这种结构设计方式与转子长度无关，具有很方便的灵活性。

如图8-3所示，沿转子长度方向，高温出风区和低温进风区交替分布。

同时定子的进出风区与转子的进风区相匹配，并采用静止挡风板以限制热风在转子中的再循环，另外，从定子流进气隙的气流量比进入转子的气流量大，进一步降低转子热气量的再循环。

因此转子铜线温度比较均匀。

对于转子两端绕组，斜流气隙取气系统所冷却不到的部分，冷却气体由风扇压迫进入护环下的轴向风道，然后从本体端部由径向风道进入气隙。

图8-3转子通风冷却方式

四、氢气系统主要参数

额定氢压：

0.3MPa（表压）

允许最大氢压：

0.35MPa

氢气纯度：

大于96%，（容积比）

氢气密度：

小于或者等于4g/m3

发电机及氢气管路充氢容积：

71m3

发电机及氢气管路系统（不包括制氢站储氢设备及氢母管）漏氢量：

8m3/24h

五、氢气系统主要设备

（一）供气装置

氢气供气装置提供必须的阀门、压力表、调节器和其他设备将氢气送进发电机内，还提供用来自动调节机内氢气压力或手动阀门，或者是借助于压力调节器手动调节机内所需氢气压力值。

在供氢管道中设置有两套自动补氢装置：

一是电磁阀，它和压力控制器中的常开开关串联在一个电器回路中，当发电机内氢压降至低限时，压力控制器中的开关闭合，电磁阀带电开启，氢气通过电磁阀进入发电机内，当机内氢气压力升至高限整定值，压力控制器开关断开，电磁阀断电关闭，补氢停止。

二是减压器，它的输出压力值整定在发电机额定氢气压力值，只要机内氢气压力降低，减压器输出端就会有氢气输出，直至机内氢压恢复到额定值为止。

（二）氢气干燥器

氢气干燥器大体可分为冷凝式和吸附式两种。

冷凝式氢气干燥器利用制冷系统和换热系统将流过氢气干燥器的氢气冷却，使其温度降到“露点”以下，而其中的水蒸气以结露或结霜的形式分离出来，再经过加热（热冲霜）过程将霜化成水排出，从而达到降低氢气湿度的目的。

被冷却的氢气再经换热系统升温后返回电机。

在单一台机器运行工作过程中有一个化霜期，在化霜期内无除湿效果，因此使除湿效率受到影响。

为了提高除湿效率可以采取两台设备联合运行交替除湿，其中当一台设备制冷除湿，另一台设备化霜，交替工作，不间断除湿。

这样既提高了除湿效率，又增加了压缩机休息时间。

冷凝式氢气干燥器结构简单、但除湿效率较低，对压缩机工作稳定性依赖性大，另外制冷剂氟利昂对环境有一定影响，近年来新投产机组较少采用。

吸附式氢气干燥器对氢气进行干燥处理的原理是利用固态干燥剂活性铝的吸湿能力。

将发电机中冷却用氢气通过填充满高疏松活性氧化铝的吸湿塔而实现的。

活性铝的重要性是其具有的化学惰性，并且无毒，当它吸收水分达到饱和后，可通过加热来驱除水分，从而恢复吸湿性能。

活性铝具有再生还原的性能，不受重复再生的影响。

干燥器再生是由埋置在活性铝中的电加热装置定时对干燥器加热，使饱和的活性铝中的水分汽化，同时让附加封装的氢气流过吸湿层，从而带走加热释放出来的水蒸汽，然后将氢气冷却，冷凝出的水分将通过分离器和疏水阀将水排出系统。

考虑到氢气中含有雾化油问题，氢气在进入吸湿塔时对活性铝的吸湿性能有影响，该设备在氢气中进入吸湿塔前端附加有油气分离和气雾分离器两个装置，氢气在经过两个罐体时，能够将氢气中的雾化油分离出来。

当油气分离器中的液位达到浮子继电器控制点时，设备将发出报警信号，同时启动防爆电磁阀，将氢气进口隔断，而旁路电磁阀打开。

这样能够有效地控制吸湿塔中进油而造成活性铝失效或加热损坏。

气雾分离器中有过滤网和活性碳。

可有效地减少氢气中的雾化油进入吸湿塔中而降低活性铝的吸湿性能，大大提高了活性铝和加热器的使用寿命。

减少了干燥器的污染。

（三）油水检测仪

如果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，浮子上端有永久磁钢，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，永久磁钢随之吸合，磁性开关接通报警装置，运行人员接到报警信号后，即可手动操作报警器底部的排污阀进行排污。

一般在氢气系统设置两套油水检测仪，密封油系统中设置一套，用于检测密封油消泡箱内油位是否超限。

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，每一个探测器装有一根回气管通到机壳，还装有放水阀能够排出积聚的液体。

（四）氢气纯度仪

发电机的氢气在转轴风扇的驱动下，一小部分进入氢气纯度分析仪，发电机正常运行中，机内的氢气就会被分析器连续不断的进行分析，超限时报警。

氢气纯度仪可分析氢气纯度、二氧化碳纯度，方便氢气置换过程对气体纯度的监视。

图8-4氢气纯度仪

（五）安全阀

气体控制站上二氧化碳母管侧管有一支安全阀，其作用是当氢气压力过高时，释放机内压力。

他的释放压力由弹簧调整，本系统中将安全阀的释放压力整定在0.35MPa，气压下降至0.32MPa时，安全阀关闭，当气压为0.31MPa时，应用肥皂泡检漏，看安全阀是否漏气。

（六）氢气压力检测及温度报警设备

氢气压力由变送器直接连接到发电机机壳，并变送出发电机里的压力，氢气压力检测系统不仅把经变送器的压力信号用作纯度检测中的密度补偿，并且为发电机氢控柜内氢气压力指示器2.和氢控柜内氢气压力指示器具有类似表盘的远程指示器3提供电信.发电机氢控柜里的氢气压力高和压力低报警开关，当机内氢气压力超过或下降到规定极限时，高或低压力报警开关给出显示。

发电机里设有氢气温度开关，用以保证发电机内冷氢温度变得过高时能有一个报警源

（七）氢气露点仪

露点就是氢气处于饱和状态下，当气温下降，出现氢气液珠的温度值。

氢气中水蒸气含量愈少，露点愈低。

当氢气中含水时相对湿度100%时，水就会接露。

因为在这个温度下空气中的水汽达到了饱和，冷表面附着的水膜和空气中的水份处于动态平衡，也就是说在单位时间内离开和返回到表面上的水分子数相同。

因此可以用氢气露点来衡量氢气的湿度。

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。

图8-5氢气露点仪

（八）发电机绝缘过热监测装置

发电机绝缘过热监测装置用于监测发电机内部绝缘材料是否有过热现象，以便在早期采取必要的措施，以防酿成重大事故。

在发电机正常工作时，流经装置的干净气体导致装置产生一定的微电流，此电流进过处理后，在装置上显示出来。

当发电机内绝缘有过热现象时，绝缘材料因过热而挥发出过热粒子，这些粒子随着氢气进入绝缘监测装置后，引起装置的电流减小。

当电流减小到一定程度时，装置发出报警信号，提示发电机内部绝缘部件有过热现象。

（九）氢气冷却器

发电机的氢冷却器卧放在机座顶部的氢冷却器外罩内。

在汽、励两端的氢冷却器外罩内各有两组氢冷却器，每组分成二个独立的水支路。

当停运一个水支路时，冷却器能带80％的负荷运行。

图8-6发电机氢气冷却器

为减少氢冷发电机的通风阻力和缩短风道，氢气冷却器安放在机座内的矩形框内。

冷却器为四组，立放在发电机机座的四角。

冷却器和机座间的密封垫结构既可以密封氢气，又可以在冷却器因温度变化胀缩时起到补偿作用，从而始终起到良好的密封作用。

氢气冷却器的水箱结构保证了发电机在充氢的状态下，可以打开水箱清洗冷却水管，当冷却器水管从外部水管拆开后，氢气冷却器可以从发电机中抽出。

主要部件如下：

冷却器框架：

冷却器框架由两个侧板和两个端板组成。

在定子机座和冷却器外壁板之间装有挡风板，以迫使氢气通过冷却器，从而提高冷却效果。

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，其冷风侧的出风口座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：

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祈取样管，这些管道的进出口都设在发电机机座的底部。

冷却水管：

冷却水管为白铜管，纯铜翼片螺旋状缠绕在冷却水管外以增加散热面积，翼片锡焊在水管上，以提高热传导能力。

冷却水管很长，在适当的空间间隔位置放置支撑隔板，该处水管外套橡胶套管，橡胶套管外径比翼片外径稍大，以便其能紧密地与支撑隔板配合，使水管被固紧。

承管板：

冷却水管末端插入不锈钢承管板中，且被胀紧。

上部承管板把合在冷却器框架的端板上，并与外机座把合固定。

下部承管板与外机座之间并不接触，在它们之间由特别设计的装置构成气密，气密部件与承管板的侧面相互接触但并不固定，使承管板能够沿冷却器长度方向伸缩，防止由于冷却水管的膨胀系数与外机座的膨胀系数不同而引起热应力损害.下部承管板侧面为精加工的气密面，当该面出现缺陷时，需用油石磨平，当缺陷很深以致用油石无法修磨平时，则需补焊并重新加工。

密封垫板：

为防止漏水，在水箱和承管板之间设有橡皮密封垫板。

放气管：

为防止冷却水流被聚集的气体阻塞，冷却器内设有放气管。

该放气管出口在下水箱外部。

放气管向上穿过冷却水管至上水箱，在上水箱盖上钻孔并用塞子塞住，该孔位置应正对放气管口部。

如果放气管被异物堵塞，即可将塞子拔掉，用前端磨成锥形的直杆插入管中清理，如果放气管取走，该孔也可作紧急放气孔使用。

如需将放气管取出，则拆除下水箱，转动放气管，即可取出，拆卸方便。

六、氢气的置换

气体置换有两种方法：

抽真空置换法，中间气体置换法。

（一）抽真空置换法

利用汽轮机的真空泵直接将发电机内的空气抽出来（排氢时是把氢气抽出来），使发电机及气体管路内形成真空，然后再充入氢气。

这种方法简单、方便省时节省氢气。

充氢时先将发电机内空气抽出，当机壳内真空度达到90%时，可以开始向发电机内引入纯度为98%以上的氢气。

同时停止抽真空，待机内压力升高至0.02MPa（表压）时，停止充氢，然后化验取样。

当氢气纯度大于90%时，可以继续提高氢压直至0.3Mpa，机内氢气纯度将升至96%以上，如果化验结果达不到90%，但高于80%，可以再次抽真空，然后充氢，假如化验结果低于80%，应该查找原因，并进行有效处理后方可继续进行气体置换。

排氢时，抽出机内氢气，当真空度达到90%—95%时，可以向发电机内引入压缩空气或空气。

抽真空方法只允许在发电机静止（或盘车转速）不带电的情况下进行，所以也是安全的，此方法可能对发电机结构有不良影响，工程实践中一般不采用。

（二）中间介质置换法

利用惰性气体（一般用二氧化碳或氮气）驱赶发电机内的空气（或氢气），然后又用氢气（或空气）驱赶惰性气体，使发电机内的气体置换过程中氢气和空气不直接接触，因而不会形成具有爆炸浓度的空气，待机内二氧化碳含量超过85%（氮气含量超过95%）以后，再充入氢气驱赶二氧化碳（或氢气）最后置换为氢气状态；

排氢时，先向发电机内引入二氧化碳或氮气，用以驱赶机内氢气，当二氧化碳含量超过95%（氮气超过97%）以后，才可以引进压缩空气驱赶二氧化碳或氮气，当二氧化碳或氮气低于15%以后，可以终止向发电机内送压缩空气。

这种方法安全性最高，推荐采用。

机组启动前，先向机内充入15-20kPa的压缩空气，并投入密封油系统。

然后利用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95％（均指容积比）后，停止充CO2。

期间保持气体压力不变。

开始充氢，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95％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。

机组排氢时，降低气体压力至15-20KPa，降压速度不可太快，以免引起静电。

然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。

当CO2含显超过95％时，方可引入压缩空气驱赶CO2，当气体混合物中空气含量达到95%,才可终止向发电机内输送压缩空气。

（三）氢气置换过程中的注意事项

1.密封油系统必须保证供油的可靠性，且油—氢压差维持在0.085MPa左右，发电机转子处于静止状态。

（盘车状态也可进行气体置换，但耗气量将大幅增加）。

2.油水检漏器在气体置换过程中应定时手动排气。

每次连续5min（分钟）左右。

操作人员在排气完毕后，应确认排气阀门已关严之后才能离开。

3.氢气干燥装置排空管路上的阀门、氢气系统中的有关阀门应定时手动操作排污，排污完毕应关严这些阀门之后操作人员才能离开。

4.气体置换之前，应对气体置换盘中的分析仪表进行校验，仪表指示的CO2和H2纯度值应与化验结果相对照，误差不超过1％。

5.气体置换期间，系统装设的氢气湿度仪必须切除。

因为该仪器的传感器不能接触CO2气体，否则传感器将“中毒”，导致不能正常工作

6.开关阀门应使用铜制工具，如无铜制工具时，应在使用的工具上涂黄甘油，防止碰撞时产生火花。

7.开关阀门一定要缓慢进行，特别是补氢、充氢、排氢时，更要严加注意，防止氢气与阀门、管道剧烈摩擦而产生火花。

8.在对外排氢时，一定要首先检查氢气排出地点20米以内有无明火和可燃物，严禁向室内排氢。

9.气体置换期间，机房内行车应停止运行，并严禁在附近进行测绝缘等电气操作。

第二节定子冷却水系统

一、定冷水系统概述

QFSN-300-2型汽轮发电机定子绕组采用水内冷方式，因而相应有一套定子线圈冷却水供水系统，简称定子冷却水系统，其作用是用以保证向定子线圈不间断地供水，监视水温、水压、流量和电导率等参数，以满足定子线圈冷却用水的需要。

系统设置有一只定子水箱、两台100%容量的定子冷却水泵、两台100%容量的定子水冷却器（水-水冷却器）、一台离子交换器、压力调节阀、温度调节阀、滤网等设备和部件，以及连接各设备、部件的管道及阀门。

在发电机定子线圈冷却水进、出口管路上增设旁路和阀门，以便电厂在机组停运后进行反向冲洗。

定子绕组冷却水系统自成一独立封闭自循环系统，水泵从水箱中吸水，升压后送入水冷却器降温，再经过滤水器滤出机械杂质，然后进入发电机定子绕组，出水流回水箱，如此不断循环，以带走定子绕组运行中产生的热量。

图8-7定子冷却水系统流程图

定子线圈冷却水通过外部进水管进入发电机励端定子机座内的环形总进水管，其中一路通过聚四氟乙烯绝缘水管流入定子线棒中的空心导线，然后从线圈的另一端（汽端）经绝缘引水管汇入环形出水管；

另一路经绝缘引水管流入定子线圈主引线，出主引线后经绝缘引水管汇入安置在出线盒内的出水管，然后也经外管道汇入汽端环形出水管。

双路水流最后从汽端机座上部流出发电机，经总出水管返回到水箱。

图8-8发电机内定子冷却水工艺流程图

环形进水管和出水管的顶部通过一根排气管相互连接，排气管直接与水箱相通，用以排除定子线圈中的气体。

该排气管还可在水系统断水时起防止虹吸的作用。

总进、出水管之间装有压差表计和一系列压差开关，用于指示冷却水通过定子线圈的水流压降，并对不正常的压降发出报警信号。

外部总进、出水管上各装有一个热电偶和一个温度开关，用于进、出水温的监测和报警。

此外，总进水管上还装有锥形过滤器，用于防止较大尺寸的杂质进入定子空心导线。

总进水管上装有压力表用于指示进水压力。

在总进水管和发电机定子机座之间还装有压差开关。

压差开关的高压端接至定子机座内部（氢压），低压端与总进水管（水压）相连。

正常运行时，发电机内的氢压应高于定子线圈进水压力。

当发电机内氢压下降到仅高于进水水压35Kpa时，该压差开关将动作并发出“氢-水压差低”报警信号。

定子冷却水系统的特点如下：

1．采用冷却水通过定子线圈空心导线，将定子线圈损耗产生的热量带出发电机。

2．用水冷却器带走冷却水从定子线圈吸取的热量。

3．系统中设有过滤器以除去水中的杂质。

4．用旁路式离子交换器对冷却水进行软化，控制其电导率。

5．使用监测仪表及报警器件等设备对冷却水的电导率、流量、压力及温度等进行连续的监控。

6．具有定子线圈反冲洗功能，提高定子线圈冲洗效果。

7．水系统中的所有管道及与线圈冷却水接触的元器件均采用抗腐蚀材料。

二．主要技术参数

1.定子绕组冷却水：

进水压力为0.1—0.2MPa，进水温度为45℃±

3℃.回水温度小于等于80摄氏度，水量为45t/h;

2.水质要求：

电导率为0.5—1.5微西每厘米（20摄氏度时），PH值为6.5—8，硬度小于或等于每升2微克当量

3.系统充水容量：

2.5—3m3

4.所需循环水量：

大约160t/h

5.所需循环水压：

0.15—0.3MPa

三．系统主要设备

（一）水箱

水箱是闭式水系统中的一个储水容器采用不锈钢制造，定子线圈出水首先进入水箱，回水中如含有微量氢气可在水箱内释放，当水箱内气压高于一定值时，可通过水箱上的安全阀自动排气，水箱上装有补水装置和液位信号器，当水箱水位下降至报警水位时，液位信号器触点动作，通过电气控制回路操作电磁阀向水箱进行补水，水位过高时通过溢流管自动溢流，一台水箱包括电加热器、管道和阀门及其他零部件。

（二）水泵

系统中设置两台100%交流电动离心水泵，一台工作一台备用。

泵的出口处装有单向止回阀以隔离两个水泵，两台水泵要求具有联动功能，即一台水泵退出运行时，备用水泵能立即启动。

本装置提供泵组故障信号，即由跨接于水泵进出口管道上的压差开关来实现：

当一台运行中的水泵发生故障，使得泵两端的压差下降到140Kpa时，压差开关动作，在发出报警信号的同时自动启动备用泵以维持水系统的正常运行。

定子冷却水泵主要由泵体、泵盖、叶轮、轴、密封环、悬架轴承部件、机械密封等构成。

泵为卧式安装，水平轴向吸入，向上径向吐出。

泵采用悬架式结构，检修时不需拆卸进、出口管路，即可退出转子部件进行检修。

通过弹性柱销式联轴器与电动机联结，采用散装式机械密封。

泵壳、叶轮等为不锈钢材质。

（三）定子冷却水冷却器

冷却器采用管壳式水-水冷却器，采用开式水进行冷却，冷却器壳体与换热材料均为不锈钢材料，单台冷却面积为40m3，本系统设置两台100%容量的冷却器，一运一备

（四）滤网

定冷水系统中装有两台并联的水过滤器，正常情况下一台运行，另一台备用。

过滤器的两端跨接着压差开关。

当过滤器两端压差增大到一定值时，压差开关动作并发出“过滤器压差高”报警信号，此时应及时将备用过滤器投入运行，清理或更换被堵塞的过滤器滤芯。

（五）离子交换器

因为定子绝缘引水管须承受定子线圈对地电压。

所以要求进入定子线圈的冷却水处于合适的低电导率值。

一般要求：

PH值＞7，电导率＜2μs/cm，铜离子＜40ug/L，由于水中含有溶解的CO2和溶解O2，而系统运行一段时间后，尤其是在未采取适当防腐措施的情况下，发电机空芯铜导线不可避免的产生腐蚀，水质会下降，腐蚀产物会淤积并堵塞冷却水路影响冷却效果使得发电机线棒过热甚至损坏绝缘，同时使得定冷水呈酸性，使水的导电能力增强进而影响发电机的对地绝缘严重时引起发电机短路，烧毁发电机。

离子交换器是专为提高系统水质而设置的，水系统运行时，从冷却水路中旁路一小部分冷却水，使之流经一台混床式离子交换器来实现冷却水的低电导率。

流经离子交换器的冷却水水量通过流量表计指示，并由手动阀门控制通过离子交换器的水量。

在正常情况下，只需要少量的冷却水，流经离子交换器即可保证主循环水路中冷却水的电导率处于规定的范围内。

只有当电导率居高不下时，才有必要增大流经离子交换器的水量。

离子交换器不允许直接处理生水其进水压力控制在0.35MPa以下，离子交换器为混合床，即阳树脂和阴树脂以2：

1的比例装填在同意床内，其过流量占系统流量的10%，其树脂一般采用强酸性阳离子和强碱性阴离子，再生采用体外再生方式。

离子交换器的原理：

采用微碱化处理原理，将树脂、强碱阴性树脂和Na型数