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2020-08-04 09:10:34 0
一、系統(tǒng)流程及作用
流程: 發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣在發(fā)電機(jī)端部風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)下,以閉式循環(huán)方式在發(fā)電機(jī)內(nèi)作強(qiáng)制循環(huán)流動(dòng),使發(fā)電機(jī)的鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組得到冷卻。其間,氫氣流經(jīng)位于發(fā)電機(jī)四角處的氫氣冷卻器,經(jīng)氫冷器冷卻后的氫氣又重新進(jìn)入鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組作反復(fù)循環(huán)。氫冷器的冷卻水來(lái)自閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式為整體全封閉,內(nèi)部氫氣循環(huán),定子繞組水內(nèi)冷,定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)件氫氣表面冷卻,轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氣氫內(nèi)冷的冷卻方式。
作用:發(fā)電機(jī)的氫氣系統(tǒng)是為汽輪發(fā)電機(jī)組提供干燥、安全、可靠的氫氣,用以冷卻發(fā)電機(jī)的定子鐵芯及轉(zhuǎn)子。一般選擇氮?dú)庾鳛闅錃馀c空氣置換的中間介質(zhì)。氫氣冷卻器是將氫氣從發(fā)電機(jī)內(nèi)吸收的熱量通過(guò)閉式水帶走,氫氣干燥器是將氫氣中的水分吸出,保證發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣干燥,防止發(fā)電機(jī)內(nèi)結(jié)露,保證發(fā)電機(jī)在允許的溫度下正常運(yùn)行
二,發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)的通用技術(shù)要求。
(1) 發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)及氣體置換裝置能滿足發(fā)電機(jī)充氫、自動(dòng)補(bǔ)氫、排氫及中間氣體介質(zhì)置換工作的要求,能自動(dòng)監(jiān)測(cè)和保持氫氣的額定壓力、規(guī)定純度及冷氫溫度、濕度、CO2純度等。
(2) 發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)為閉式氫氣循環(huán)系統(tǒng),熱氫通過(guò)發(fā)電機(jī)的氫氣冷卻器由冷卻水冷卻。
(3) 發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器采用高性能散熱形式。
(4) 發(fā)電機(jī)設(shè)置氫氣干燥器,除了監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)用的氫氣濕度在線監(jiān)測(cè)儀外,氫氣干燥器的出口處也裝設(shè)具有遠(yuǎn)傳在線信號(hào)的非水銀氫氣濕度儀。干燥裝置能保證發(fā)電機(jī)在額定條件下機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)不高于-5℃同時(shí)又不低于-25℃。氫氣干燥器設(shè)有循環(huán)風(fēng)機(jī)。
(5) 發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)及氫氣控制裝置的所有管道、閥門、有關(guān)的設(shè)備裝置及其正反法蘭附件布置應(yīng)便于運(yùn)行操作,監(jiān)視和維護(hù)檢修。氫氣系統(tǒng)的閥門全部采用(1Cr18Ni9或0Cr18Ni9)不銹鋼波紋管截止閥。氫系統(tǒng)密封閥均為無(wú)填料密封閥門。
(6) 氫系統(tǒng)氫氣純度、壓力、濕度,除設(shè)有防爆型就地指示和報(bào)警裝置外,還應(yīng)設(shè)置輸出模擬量到遠(yuǎn)方DCS顯示參數(shù)及報(bào)警輸出接點(diǎn)。
(7) 發(fā)電機(jī)冷氫溫度最高不超過(guò)49.5℃。氫冷卻器冷卻水設(shè)計(jì)溫度為38℃。
(8) 氫氣純度不低于95%時(shí),不影響發(fā)電機(jī)的保證出力。當(dāng)計(jì)算和測(cè)定發(fā)電機(jī)效率時(shí)的基準(zhǔn)氫氣的純度應(yīng)為98%。
(9) 發(fā)電機(jī)機(jī)殼和端蓋,能承受壓力為2倍額定氫壓時(shí)歷時(shí)15分鐘的水壓試驗(yàn),以保證運(yùn)行時(shí)內(nèi)部氫爆不危及人身安全。
(10) 采用閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),水源為化學(xué)除鹽水,氫氣冷卻器水側(cè)設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa,試驗(yàn)水壓為1.5MPa。但供給氫氣冷卻器的水壓不得高于0.4MPa。
(11) 氫氣冷卻器的設(shè)計(jì)能在一個(gè)冷卻器因故停止使用時(shí),至少能承擔(dān)發(fā)電機(jī)80%額定容量連續(xù)運(yùn)行,且發(fā)電機(jī)不超過(guò)允許溫升。
(12) 發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速、額定氫壓和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下漏氫量不大于: 12Nm3/24h (注:標(biāo)準(zhǔn)氣壓下,氫氣的密度是0.09千克/立方米)
三、氫氣系統(tǒng)的組成。
氫冷系統(tǒng)主要由氫氣匯流排(供氫系統(tǒng))、二氧化碳匯流排(供二氧化碳系統(tǒng))、二氧化碳蒸發(fā)器(加熱器)、氫氣控制裝置、氫氣干燥器(氫氣去濕裝置)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)裝置(發(fā)電機(jī)工況監(jiān)測(cè)裝置)、發(fā)電機(jī)漏液檢測(cè)裝置和發(fā)電機(jī)漏氫檢測(cè)裝置(氣體巡回檢測(cè)儀)組成 。
四、氫氣系統(tǒng)的功能及優(yōu)缺點(diǎn)。
氫氣系統(tǒng)的功能是利用干燥的氫氣對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯進(jìn)行冷卻;在機(jī)組起動(dòng)前或停止運(yùn)行后利用中間介質(zhì)置換機(jī)內(nèi)氣體。其作用為:
提供對(duì)發(fā)電機(jī)安全充、排氫的措施和設(shè)備,用二氧化碳作為中間置換介質(zhì);
維持機(jī)內(nèi)正常運(yùn)行時(shí)所需氣體壓力;
監(jiān)測(cè)補(bǔ)充氫氣的流量;
在線監(jiān)測(cè)機(jī)內(nèi)氣體的壓力、純度及濕度;
干燥氫氣,排去可能從密封油進(jìn)入機(jī)內(nèi)的水汽;
監(jiān)測(cè)漏入機(jī)內(nèi)的液體(油或水);
監(jiān)測(cè)機(jī)內(nèi)絕緣部件是否過(guò)熱;
在線監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的局部漏氫。
氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)如下:
(1)、電機(jī)內(nèi)維持氫的純度為97%時(shí),其密度只有空氣的十分之一,所以電機(jī)的通風(fēng)損耗及轉(zhuǎn)子表面對(duì)氣體的摩擦損耗都大大減小。
(2)、氫的導(dǎo)熱系數(shù)為空氣的6.69倍,它可以使絕緣內(nèi)間隙及其它間隙的導(dǎo)熱能力改善,從而有利于加強(qiáng)發(fā)電機(jī)的冷卻。
(3)、由于氫氣的表面散熱能力強(qiáng)(純度為97%的氫氣表面散熱系數(shù)約為空氣的1.35倍),發(fā)電機(jī)的損耗可由氫氣很快帶走。因此,能使發(fā)電機(jī)的出入口風(fēng)溫差降低10~15℃左右。增加氫壓還可使散熱能力按壓力的0.8次方增加。
(4)、經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理的冷卻用氫氣可以保證發(fā)電機(jī)內(nèi)部清潔,通風(fēng)散熱效果穩(wěn)定,而且不會(huì)產(chǎn)生由于臟污引起的事故。
(5)、氫氣中含氧量很少,低于2%,不助燃,即使發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障,也不會(huì)有著火的危險(xiǎn),從而可使故障損壞程度大為減輕。
(6)、在氫氣中,噪音較小,而且絕緣材料不易受氧化和電暈的損害。
(7)、最大的缺點(diǎn)是一旦于空氣混合后在一定比例內(nèi)(4%~74.2%)具有強(qiáng)烈的爆炸特性,所以發(fā)電機(jī)外殼都設(shè)計(jì)成防爆型,氣體置換采用C02作為中間介質(zhì)。
五、氫氣系統(tǒng)主要設(shè)備及功能。
發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)主要由氫氣匯流排(供氫系統(tǒng))、二氧化碳匯流排(供二氧化碳系統(tǒng))、二氧化碳蒸發(fā)器(加熱器)、氫氣控制裝置、氫氣干燥器(氫氣去濕裝置)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)裝置(發(fā)電機(jī)工況監(jiān)測(cè)裝置)、發(fā)電機(jī)漏液檢測(cè)裝置和發(fā)電機(jī)漏氫檢測(cè)裝置(氣體巡回檢測(cè)儀)組成。
各部分功能如下:
1)、 氫氣匯流排
發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量通過(guò)氫氣耗散,氫氣的散熱能力相當(dāng)于空氣的8倍。為了獲得更加有效的冷卻效果,發(fā)電機(jī)中的氫氣是加壓的。
氫氣來(lái)自中央制氫站,通過(guò)軟管與匯流排連接。減壓閥將氫壓減至所需壓力,然后送到氫氣控制裝置再減壓至發(fā)電機(jī)所需的壓力。
2) 二氧化碳匯流排
為了防止氫氣和空氣混合成爆炸性的氣體,在向發(fā)電機(jī)充入氫氣之前,必須要用二氧化碳將發(fā)電機(jī)內(nèi)的空氣置換干凈。同理,在發(fā)電機(jī)停機(jī)排氫后,也要用二氧化碳將發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣置換干凈 。
3) 、二氧化碳加熱器。
由于二氧化碳在大多數(shù)情況下是以液體形式儲(chǔ)存在氣瓶?jī)?nèi),二氧化碳加熱器用于將來(lái)之二氧化碳匯流排的液態(tài)二氧化碳加熱成氣體,所需的氣化熱來(lái)自電加熱。
4)、氫氣干燥器系統(tǒng)。
氫氣干燥器用于干燥發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣,以防機(jī)內(nèi)水分過(guò)高時(shí),對(duì)發(fā)電機(jī)的高壓絕緣件或高應(yīng)力金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生危害。
干燥器由二個(gè)干燥塔組成,塔內(nèi)裝填有高性能干燥劑和加熱元件,一個(gè)工作時(shí),另一個(gè)加熱再生。每個(gè)塔內(nèi)都裝有一臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī),連續(xù)工作。工作塔內(nèi)的風(fēng)機(jī)用以加大氣體循環(huán)量并使氣體在干燥劑內(nèi)分布均勻;再生塔內(nèi)的風(fēng)機(jī)用以循環(huán)再生氣體,迫使再生氣體經(jīng)過(guò)冷凝器、氣水分離器等,使干燥劑內(nèi)吸附的水分分離出來(lái)。氫氣干燥器的工作和再生過(guò)程由內(nèi)建PLC控制,完全自動(dòng)進(jìn)行。由于是閉式循環(huán),所以不消耗氫氣,也不會(huì)引入空氣。為提高可靠性,干燥器從氫氣中分離出出來(lái)的水分需人工排放。
5)、發(fā)電機(jī)氫氣檢漏裝置。
發(fā)電機(jī) 漏液檢測(cè)裝置用以檢測(cè)發(fā)電機(jī)水冷定子線圈或氫氣冷卻器因泄漏而積累在發(fā)電機(jī)底部的液體,同時(shí)也用以檢測(cè)滲漏到發(fā)電機(jī)內(nèi)的密封油或軸承油 。
6)、發(fā)電機(jī)絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)裝置
發(fā)電機(jī)絕緣過(guò)熱監(jiān)測(cè)裝置用以監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)內(nèi)部絕緣材料是否有過(guò)熱現(xiàn)象,以便在早期及時(shí)采取必要的措施,防止釀成大事故。
工作原理:
在發(fā)電機(jī)正常工作時(shí),流經(jīng)裝置的干凈氣體導(dǎo)致裝置產(chǎn)生一定的微電流,此電流經(jīng)處理后,在裝置上顯示出來(lái)。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)絕緣有過(guò)熱現(xiàn)象時(shí),絕緣材料因過(guò)熱而揮發(fā)出過(guò)熱粒子,這些粒子隨氫氣進(jìn)入到監(jiān)測(cè)裝置后,將引起裝置的電流減少。當(dāng)電流減少到一定程度時(shí),裝置經(jīng)自檢確認(rèn)裝置本身無(wú)誤后將發(fā)出報(bào)警信號(hào),提示發(fā)電機(jī)內(nèi)絕緣部件有過(guò)熱現(xiàn)象。
7)、循環(huán)風(fēng)機(jī)
循環(huán)風(fēng)機(jī)主要用于氫冷發(fā)電機(jī)冷凝式氫氣去濕裝置的除濕系統(tǒng)中,在發(fā)電機(jī)停機(jī)或盤車狀態(tài)下,開啟循環(huán)風(fēng)機(jī),使氫氣去濕裝置能正常工作。
8)、氫氣純度分析儀
可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣、CO2的純度。氣體置換時(shí)主要通過(guò)氣體純度監(jiān)測(cè)裝置的樣氣進(jìn)口來(lái)監(jiān)控氣體純度;量程氣進(jìn)口只在置換時(shí)用,可實(shí)時(shí)調(diào)看供氫純度或供CO2純度。參比空氣進(jìn)口為調(diào)試時(shí)用。純度儀回氣排空
工作原理:
儀器由特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī),壓差交送器及壓差計(jì)組成,實(shí)際則是風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓差,但由于此壓差值與氣體的密度有關(guān),而氣體密度又直接與氣體的成分成比例,故只要測(cè)出風(fēng)機(jī)壓差就等于測(cè)出了氣體密度,實(shí)際上兩只壓差計(jì)是直接按密度和純度標(biāo)注的。
純度要求:
氫氣是易燃易爆性氣體。在密閉容器中,當(dāng)氫氣與空氣混合,氫的含量為4%~75%,即形成易爆炸的混合氣體。我國(guó)發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定:“一般要求發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度保持在96%以上。低于此值時(shí),應(yīng)進(jìn)行排污”
大容量氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)要求保持高純度的氧氣,其主要目的是提高發(fā)電的效率,從經(jīng)濟(jì)方面考慮。因?yàn)闅錃饣烊肟諝饣蚣兌认陆禃r(shí),混合氣體的密度隨氫氣純度的下降而增大,使發(fā)電機(jī)的通風(fēng)摩擦損耗也隨著氫氣純度的下降而上升。據(jù)美國(guó)GE公司介紹,一臺(tái)運(yùn)行氫壓為0.5MPa、容量為907MW的氫冷發(fā)電機(jī),其氫氣純度從98%降到95%時(shí),摩擦相和通風(fēng)損耗大約增加32%,即相當(dāng)于損失685kW。一般情況下,當(dāng)機(jī)殼內(nèi)的氫氣壓力不變時(shí),氫氣純度每降低1%,其通風(fēng)摩擦損耗約增加11%。
9)、濕度儀(露點(diǎn)儀)
氫氣露點(diǎn)儀裝在發(fā)電機(jī)氫氣干燥器的進(jìn)氫管路上,
對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣的溫度和濕度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),氫氣露
點(diǎn)儀的工作電源為交流220V,并有4~20mA的輸出信
號(hào)。
露點(diǎn):是指氣體在水蒸氣含量和氣壓不變條件下,
冷卻到水汽飽和(出現(xiàn)結(jié)露)時(shí)的溫度。氣體中的水蒸氣
含量愈少,使其飽和而結(jié)露所要求的溫度越低。反之,
水蒸氣含量愈多,降溫不多就可出現(xiàn)結(jié)露。因此,露點(diǎn)
的高低是衡量氣體中水蒸氣含量的一個(gè)尺度。
六、氫氣濕度過(guò)高的影響及原因。
1、影響:
機(jī)內(nèi)氫氣濕度過(guò)高時(shí),一方面會(huì)降低氫氣純度,使通風(fēng)摩擦損耗增大。效率降低:另一方面,不僅會(huì)降低繞組絕緣的電氣強(qiáng)度(特別是達(dá)到結(jié)露時(shí)),而且還會(huì)加速轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的應(yīng)力腐蝕。特別是在較高的工作溫度下,濕度又很大時(shí),應(yīng)力腐蝕會(huì)使轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)出現(xiàn)裂紋,而且會(huì)很快地發(fā)展。
2、機(jī)內(nèi)氫氣濕度過(guò)高的主要原因有以下2種:
1 可能是制氫站出口的氫氣濕度過(guò)高;
2 可能是氫氣冷卻器漏水;
3 對(duì)于水氫氫冷卻方式或水水氫冷卻方式的發(fā)電機(jī),還有可能是定、轉(zhuǎn)子繞組的直接冷卻系統(tǒng)漏水。
4 密封油的含水量過(guò)大或氫側(cè)回油量過(guò)大。如果軸封系統(tǒng)中氫側(cè)回油量大,再加上油中含水量大(要求含水量控制在500ppm以下),從密封瓦的氫側(cè)回油中出來(lái)的水蒸氣就會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)殼內(nèi)氫氣的濕度。
七、運(yùn)行注意事項(xiàng)
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)機(jī)內(nèi)氫壓應(yīng)保持在250~350kPa(就地控制盤指示)之間,高于350kPa 或低于260kPa,將發(fā)出報(bào)警。氫壓過(guò)高時(shí)可開啟排氣閥來(lái)排去部分H2,降壓到正常值,發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓必須高于定子冷卻水壓,氫壓低于265kPa(LCD指示),應(yīng)向發(fā)電機(jī)內(nèi)補(bǔ)氫,最大補(bǔ)氫率10m3/天,超過(guò)此限值,應(yīng)進(jìn)行檢漏。
發(fā)電機(jī)運(yùn)行中H2純度最低限值96%,露點(diǎn)溫度0℃,純度、濕度不合格時(shí)應(yīng)進(jìn)行排污,并向機(jī)內(nèi)補(bǔ)充H2,來(lái)提高純度,減小濕度。
發(fā)機(jī)正常運(yùn)行中應(yīng)投入H2去濕裝置運(yùn)行。
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),要使氫冷系統(tǒng)良好運(yùn)行,必須保持密封油系統(tǒng)正常運(yùn)行,應(yīng)特別注意密封油壓恒定地大于機(jī)內(nèi)H2壓力36~76kPa(LCD指示)。
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行,四臺(tái)氫冷卻器全部投入運(yùn)行,一臺(tái)氫冷器退出運(yùn)行,發(fā)電機(jī)負(fù)荷限制為80%額定負(fù)荷。
正常運(yùn)行中,必須保證發(fā)電機(jī)進(jìn)氫溫度低于發(fā)電機(jī)定子冷卻水入口溫度,保持氫冷器出口所有溫度測(cè)點(diǎn)均低于發(fā)電機(jī)定子冷卻水入口溫度。
氫冷器出口溫度測(cè)點(diǎn)中任一測(cè)點(diǎn)偏差大時(shí),及時(shí)聯(lián)系檢修人員處理。
發(fā)電機(jī)氫冷器出口測(cè)點(diǎn)中任一測(cè)點(diǎn)溫度高于發(fā)電機(jī)定子冷卻水入口溫度,應(yīng)及時(shí)檢查并調(diào)節(jié)氫溫或定子冷卻水溫度至正常范圍。若為測(cè)點(diǎn)指示不準(zhǔn)引起,應(yīng)及時(shí)聯(lián)系檢修人員處理。