电厂发电机氢气冷却系统.ppt

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 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 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 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 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 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 端部线圈为轴向氢内冷 由二根冷拉成型的 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 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 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 循环吸附式氢气干燥器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 冷凝式氢气干燥器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 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 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 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 s t p 24h合格 发电机充风压步骤 1 确认压缩空气压力正常 将其与氢气系统管道接通 2 检查关闭发电机排气总门 发电机排CO2门 发电机排氢门 3 投入压缩空气干燥器运行 4 开启压缩空气到氢管道隔离门 开启发电机充氢门 5 发电机内压力达0 50MPa后 关闭压缩空气到氢管道隔离门 由维护人员查漏 6 充风压至0 50MPa时 记录停止时间 以后每隔30分钟记录一次风压 大气压 风温 7 风压试验合格后 将压缩空气与氢气系统连接管道拆除 8 开启发电机排气总门 发电机排CO2门 9 发电机内压力达0 1MPa后 关闭发电机排气总门 发电机排CO2门 漏点检测 如果泄露量超过规定的限值 就应该用肥皂液 拉开粉溶液或者卤素捡漏仪进行系统检查 一般肥皂液或拉开粉溶液用于初检 而卤素仪用于精检 重点检测部位和修补措施 1 发电机几座 含端盖 和出线盒这部分的检测部位有机座和端盖的接合面 机座与主出线盒的接合面 还有端盖与密封支座之间 出线盒月出线套管之间和冷却器与机座之间的接合面 另外 还有测温元件引出接线板和各连接法兰等等 2 阀门和管道发电机各系统中 凡是通气体的阀门和管道 在装配前后都是要分别做气密捡漏 阀门的捡漏包括内漏和外漏 在阀门管道装配完成后 一一查漏 3 排气回路和排油烟装置发电机和排油烟装置的排气管处泄露情况 可通过检查电厂厂房屋顶处的排气口来确定 检查排气管时 仪器探头处应加装活性炭滤除去油雾 通常发电机排气管不应泄露 而排烟装置的排气管在正常工作情况下 可能会排出一些混在空侧密封油中的氢气 4 氢气干燥器检测亲戚干燥器所有法兰接口 包括电加热引出线 温度 阀门控制开关 5 氢气纯度检测装置检查所有的螺纹连接口 及焊接接口 在所有的电气引线处都不允许采用溶液捡漏 6 密封油系统的气密部件对氢侧回油管法兰 浮子式液位开关法兰接口 油位计和顶针结合面等 密封油压过低造成泄漏 或者密封瓦磨损量过大造成泄漏的 7 发电机氢冷器泄漏此亦为常见漏点 但查找亦最为繁琐 一般 每组氢冷器上部均有排空门 将此组氢冷器冷却水隔离 隔离氢冷器需要机组降负荷 应和发电部门一道协商妥当方可进行 否则可能引起发电机线圈温度过高跳机 打开排空门 用测氢仪器对着排污口 即可查出此组氢冷器是否漏氢 氢气系统的运行维护 1机组正常运行中 氢气减压器能维持机内压力在0 49 0 52MPa范围内 当减压器不能正常运行时 用旁路门进行补氢 2检查各油水探测器无油水 3正常运行中四台氢冷器全部投入运行 一台氢冷器退出运行 在冷氢温度不大于48 时 发电机允许带80 负荷 4检查氢气干燥器运行良好 氢气湿度 2g m3 5发电机氢气压力低于额定值运行时 其负荷应控制在相应的出力曲线允许值内 并监视发电机各测点温度 6氢气纯度正常维持98 以上 纯度下降时 应进行排污 同时补氢 保持氢气纯度 7发电机轴承室及主油箱或发电机轴承回油中氢气含量超过1 时 必须尽快停机 消除漏氢 8发电机机内冷氢湿度在2g m3以上但不超过2 5g m3的情况下运行 每年只允许3次 每次运行的持续时间不得超过3天 9定子冷却水 氢气 密封油运行时 应保持油压 氢压 水压 10运行中保持定子冷却水温 氢温2 氢压 水压0 035MPa 11检查冷氢温度在45 12不得采用降低氢压的方法来减少漏氢和长期运行 13停机后将氢冷器冷却水调门切手动 保持3 5 的开度 维持氢冷器小流量运行 14定期检查各检漏仪液位 无高报警 若发现有油水出现时 应及时排尽 并迅速查找原因 予以消除 气体置换原则1发电机在置换气体过程中 必须用CO2作为中间介质 严禁空气与氢气直接接触置换 2气体置换必须在发电机静止或盘车时进行 也可在发电机转速 1000rpm时进行 3气体置换过程 必须保持发电机内气体压力0 01 0 03MPa 4发电机内留存CO2不允许超过24小时 最好在6小时内排出 因为发电机中的微量水和二氧化碳产生碳酸 铜在干燥的空气中很稳定 但在潮湿的空气中表面容易被腐蚀 生成一层绿色的物质 俗称 铜绿 Cu2 OH 2CO3 其主要成分是 碱式碳酸铜 铜绿会使发电机内部脏污 5当氢气系统严密性不佳时 不可置换至氢气运行 6每次进行气体置换前必须进行气体分析仪校验 7气体置换前必须投入密封油系统运行 8气体置换过程中 必须控制气体流速 9测量发电机氢气纯度应从发电机底部取样 测量CO2纯度应从发电机顶部取样 10置换时应禁止一切明火作业并通知相邻机组 4发电机气体置换 气体置换标准 CO2置换空气 1开启发电机排氢手动门 关闭发电机排CO2手动门 将排气管连接到顶部汇集管 2开启气体纯度仪顶部取样门 关闭气体纯度仪底部取样门 将采样管路连接到顶部汇集管 3开启氢气干燥器进 出口门 4开启发电机绝缘监测装置进 出口门 5检查关闭 1 2供氢母管至氢压控制装置手动门 关闭供氢管路至氢压控制装置手动门 关闭发电机补氢手动门和发电机补氢调节阀后手动门 联系维护在补氢管路上加装堵板 隔离氢气源 6关闭发电机充压缩空气手动门 拆开并取下可移动的连接管 隔离压缩空气源 7开启发电机充CO2手动门 将二氧化碳气源连接到底部汇集管 8投入CO2加热器 控制出口温度为35 9打开CO2汇流排上的所有阀门 逐渐开启发电机排气管道手动总门 维持发电机内压力0 005 0 02MPa 10根据化学化验 发电机内CO2纯度达80 以上时 开启下列阀门排放死角 2分钟后关闭 1 各检漏计底部排污门及管道排放门 2 发电机绝缘监测柜排污门 3 气体纯度仪柜排污门 4 氢气干燥装置排污门 11切换氢气干燥器 以排尽干燥器内积存的空气 12当发电机内二氧化碳含量达85 以上时 可停止充CO2 13关闭发电机排氢手动门 关闭发电机充CO2手动门 关闭CO2汇流排出口手动门及CO2汇流排上的所有阀门 将二氧化碳隔断 14停止CO2加热器并停电 氢气置换CO21开启发电机排CO2手动门 关闭发电机排氢手动门 将排气管接通到底部汇集管 2开启气体纯度仪底部取样门 关闭气体纯度仪顶部取样门 将采样管路连接到底部汇集管 3拆除补氢管路上堵板 开启 1或 2供氢母管至氢压控制装置手动门 开启供氢管路至氢压控制装置手动门 开启发电机补氢压力调节阀前手动门 关闭补氢压力调节阀旁路门 4联系氢站维持氢母管压力在0 63 0 7Mpa之间 开启发电机补氢压力调节阀后手动门 开启发电机补氢手动门 5开启发电机排气管道手动总门 开启发电机补氢压力调节阀旁路门或发电机补氢压力调节阀将氢气充入发电机内 控制机内气体压力不超过0 02Mpa 最大不超过0 035Mpa 6当发电机内氢气纯度大于96 时开启下列阀门排放死角 2分钟后关闭 1 各检漏计底部排污门及管道排放门和发电机出线盒排气手动门 2 发电机绝缘监测柜排污门 3 气体纯度仪柜排污门 4 氢气干燥装置排污门 7切换氢气干燥器 以排尽干燥器内积存的CO2 8当发电机氢纯度大于96 时 关闭发电机排CO2手动门和发电机排气管道手动总门 然后开始提高发电机内氢压力 9逐渐提高发电机氢压到0 32MPa 10氢压正常后 停止补氢 联系氢站停止供氢 11在充氢的过程中注意调整密封油压力 维持发电机氢油差压保持在额定值0 084MPa附近 投入发电机氢气湿度仪 纯度仪运行 5投入氢气干燥器运行 6投运氢冷器 1发电机充氢完毕且盘车投运后 投入氢冷器运行 2开启氢冷器排空门 稍开氢冷器入口门 排空门有稳定水流后关闭 3全开氢冷器出入口门 4开启氢冷器冷却水调门前后手动门 5将氢冷器冷却水调门手动开启3 5 汽轮机冲转前将其投自动 7发电机并网带负荷后 逐渐提高发电机氢压到0 5MPa 8根据需要投入发电机自动补氢 氢气系统的报警 联锁与保护氢气系统的报警 氢气系统的停运以下情况 必须进行气体置换 1密封油系统退出运行 2氢气系统进行焊接工作 3发电机进行工作 停用步骤 降低发电机氢压到大气压力 1确认发电机处于盘车状态或已停转 2关闭供氢减压阀前后隔离门 旁路门 3关闭1路供氢一二次门 2路供氢一二次门 4关闭发电机充氢门 5开启发电机排气总门 6缓慢开启排氢门 降低发电机氢压到0 1MPa 关闭排氢门 CO2置换氢气空气置换CO2 氢气系统的异常及事故处理发电机内氢压低现象 1 发电机内氢压指示低于0 48Mpa 2 画面发氢压低报警 原因 1 表计失灵 2 密封油压失常 3 供氢母管压力低或供氢减压阀失灵或排氢门误开 4 排污门误开或关闭不严 5 氢气系统存在泄漏处理 1 确认表计失灵 指示不准时 联系热工处理 2 若密封油压失常 则查找原因 并采取措施消除 3 确认供氢母管压力过低时 应联系制氢站恢复母管压力 若供氢减压阀调节失灵 则改为手动补氢 维持额定氢压运行 4 排污门误开或关闭不严 应迅速查找并加以处理 5 如油压正常 查找泄漏点 如果泄漏量大 自动补氢不能维持氢压时 应打闸停机 保证汽机房充分通风 若故障不能立即修复 应进行事故排氢 氢气温度高现象 1 画面上冷氢温度上升至48 2 热氢温度高于80 原因 1 冷却水温高 2 冷却水量不足 3 氢气冷却器局部故障停运 4 冷却水中断 处理 1 若为冷却水温高 应降低冷却水温 2 如流量调节装置失灵 应手动打开调节旁路门 保持冷却水流量 使冷氢温度降至46 以下 并通知维护处理 3 一台氢气冷却器停运 允许带80 额定负荷 监视冷氢温度不超过48 4 若冷却水中断不能立即恢复 应降负荷停机 5 进行氢冷器排空 谢谢大家