第九讲_发电机冷却系统和密封油系统

上海交通大学热能工程研究所第九讲发电机冷却系统和密封油系统•发电机氢冷系统•发电机密封油系统•发电机定子水冷系统上海交通大学热能工程研究所第一节发电机氢冷系统•发电机内的氢气在发电机端部风扇的驱动下，以闭式循环方式在发电机内作强制循环流动，使发电机的铁芯和转子绕组得到冷却。其间，氢气流经位于发电机四角处的氢气冷却器(氢冷器)，经氢冷器冷却后的氢气又重新进入铁芯和转子绕组做反复循环。氢冷器的冷却水来自闭式循环冷却水系统。一、徐州彭城三期汽轮发电机氢冷系统介绍•徐州彭城电厂发电机氢冷系统如图9-1-1所示，主要由氢气汇流排（供氢系统）、二氧化碳汇流排（供二氧化碳系统）、二氧化碳蒸发器（加热器）、氢气控制装置、氢气干燥器（氢气去湿装置）、发电机绝缘过热监测装置（发电机工况监测装置）、发电机漏液检测装置和发电机漏氢检测装置（气体巡回检测仪）组成，具体描述如下：上海交通大学热能工程研究所露点仪发电机氢气流量仪氢气压力变送/显示氢气纯度变送/显示临时压缩空气来（0.5--0.8MPa）发电机绝缘过热监测仪仪用压缩空气来氢气汇流排二氧化碳汇流排MM信号至DCSPPPP信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS氢气干燥器漏液检测装置P二氧化碳蒸发器PTMKG30CP001露点仪氢气纯度变送/显示校验气体进口校验气体进口信号至DCS闭式水来至闭式水至大气集装/氢站供氢（0.6--1MPa）图9-1-1徐州彭城1000MW汽轮发电机氢冷系统图上海交通大学热能工程研究所1)氢气汇流排•发电机产生的热量通过氢气耗散，氢气的散热能力相当于空气的8倍。为了获得更加有效的冷却效果，发电机中的氢气是加压的。•氢气汇流排由10瓶组高压汇流排及2级减压阀组成。氢气瓶（电厂自备）通过软管与汇流排连接。第一级减压阀将瓶内氢压减至2-3MPa，第二级减压阀再将压力减至1-1.2MPa。减压后的氢气送到氢气控制装置再减压至发电机所需的压力（0.5MPa）。按IEC规范要求，连接在汇流排上向发电机供氢的氢瓶总容积不超过20Nm3。国内常用氢气瓶容量为6m3，即连接并打开的气瓶为3个。2)二氧化碳汇流排•为了防止氢气和空气混合成爆炸性的气体，在向发电机充入氢气之前，必须要用二氧化碳将发电机内的空气置换干净。同理，在发电机停机排氢后，也要用二氧化碳将发电机内的氢气置换干净。•二氧化碳汇流排由10瓶组汇流排和1个压力表组成。二氧化碳气瓶（电厂自备）通过软管与汇流排连接。汇流排上压力表显示瓶内气压，当瓶内压力为1MPa时即认为是空瓶。二氧化碳气瓶应为虹吸式结构，即从瓶内出来的二氧化碳应是液体状态。液态二氧化碳送入二氧化碳蒸发器，使之吸热成为气体。为了保证进入二氧化碳蒸发器中去的二氧化碳为液体型式，可将若干个气瓶并联工作。上海交通大学热能工程研究所3)二氧化碳蒸发器•由于二氧化碳在大多数情况下是以液体形式储存在气瓶内，二氧化碳蒸发器用于将来自二氧化碳汇流排的液态二氧化碳加热成气体，所需的气化热来自环境空气。•蒸发器的入口有一压力调节阀，将来自气瓶内的二氧化碳压力降到1.6MPa左右；在出口处另有一压力调节阀，将二氧化碳气体压力降至0.1MPa左右供发电机使用。蒸发器的热源来自环境空气中热量。蒸发器中组合了二套蒸发装置，各有二个风扇、二个热交换器和一个电磁阀。为了防止二氧化碳在热交换器和管道结霜或冻结，二个蒸发装置每工作8-10分钟左右相互切换一次，具体切换时间根据环境温度和实际流量来设置。切换工作由电磁阀来完成。•为了保证二氧化碳蒸发器的工作效率，蒸发器的工作环境温度最低为不得低于+5℃。4)氢气控制装置氢气控制装置是一个集装装置，它主要包含：•气体置换系统，由气体过滤器、氢气压力减压阀、置换阀门、氢气质量流量仪、补充氢气压力变送器、发电机机内压力变送器等组成。•气体监测系统，由二台并联的三范围气体纯度分析仪和一台机内压力分析仪组成：仪器为三范围热导式气体分析仪（空气-二氧化碳；氢气-二氧化碳；氢气-空气）上海交通大学热能工程研究所5)氢气干燥器•氢气干燥器用于干燥发电机内的氢气，以防机内水分过高时，对发电机的高压绝缘件或高应力金属结构件产生危害。•干燥器由二个干燥塔组成，塔内装填有高性能干燥剂和加热元件，一个工作时，另一个加热再生。每个塔内都装有一台循环风机，连续工作。工作塔内的风机用以加大气体循环量并使气体在干燥剂内分布均匀；再生塔内的风机用以循环再生气体，迫使再生气体经过冷凝器、气水分离器等，使干燥剂内吸附的水分分离出来。氢气干燥器的工作和再生过程由内建PLC控制，完全自动进行。由于是闭式循环，所以不消耗氢气，也不会引入空气。为提高可靠性，干燥器从氢气中分离出出来的水分需人工排放。•氢气干燥器的入口和出口分别装有一台露点仪。入口湿度仪用以监测干燥器入口即发电机内的氢气湿度；出口湿度仪用以监测干燥器的干燥效果。上海交通大学热能工程研究所6)发电机绝缘过热监测装置•发电机绝缘过热监测装置用以监测发电机内部绝缘材料是否有过热现象，以便在早期及时采取必要的措施，防止酿成大事故。•其原理是：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，此电流经处理后，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，这些粒子随氢气进入到监测装置后，将引起装置的电流减少。当电流减少到一定程度时，装置经自检确认装置本身无误后将发出报警信号，提示发电机内绝缘部件有过热现象。7)发电机漏液检测装置•发电机漏液检测装置用以检测发电机水冷定子线圈或氢气冷却器因泄漏而积累在发电机底部的液体，同时也用以检测渗漏到发电机内的密封油或轴承油。•漏液检测装置由数个高可靠性、高灵敏度的防爆音叉开关组成。开关输出为DPDT。装置上设有窥流器以观察漏液情况，装置下有排污阀以排除装置中积液。8)发电机漏氢检测装置•漏氢检测装置为一台可燃气体巡回检测仪。装置上设有八个通道，最多可监测八个部位的漏氢情况。装置与氢敏传感器之间用电缆连接，传感器为防爆设计。根据工程需要，传感器可配置1～8个。漏氢检测装置有三个SPDT输出，报警点可人工设定。也可把二个信号设置成同一报警值，其功能相当于DPDT信号。上海交通大学热能工程研究所二、氢冷系统的主要参数•发电机氢冷系统的主要技术参数如下：-发电机内的空间容积（Nm3）100-氢气的正常压力（kPa）500-氢冷系统的泄漏量（正常压力下，标准m3/d）18+19.6=37.6•发电机氢冷器（每个）和励磁机空冷器（每个）的主要技术参数如下：表9-1-1发电机氢冷器和励磁机空冷器的主要技术参数技术参数氢冷器空冷器数量425%250%热负荷(kW)6742500冷却面积(m2)2213660气体流量(m3/s)33(氢气)15.5(空气)气体温度（热/冷）（oC）76/4472/43气侧压降（Pa）998500冷却水流量（m3/h）500110冷却水压降(kPa)5040上海交通大学热能工程研究所三、氢冷系统的运行控制•为了保证发电机能正常运行，其氢冷系统的运行参数必须遵从一定的限额，表9-1-2列出了发电机氢冷系统主要参数及报警整定值。•机组运行时，发现发电机内的氢压降低，应立即查明原因。若属正常降压，则应进行补氢；若属不正常降压，则应查明泄漏原因，待缺陷消除后再补氢。项目技术规范正常运行氢气压力500kPa（正常）；470kPa（报警）发电机的容积(气体容积）100m3发电机内气体流量33m3/s发电机机座内的露点温度＜-10℃发电机H2/减压门1出口压力0.8–0.95MPa发电机H2/减压门2出口压力0.5MPa油氢差压120kPa（正常）；60kPa（报警并关闭发电机/防火门）氢气纯度97％（正常）；95％（报警）最大允许漏氢量18＋19.6＝37.6m3/d（0℃，1.013bar）发电机CO2/减压门1出口压力1.8MPa发电机CO2/减压门2出口压力100kPa排氢风机进口真空-1.5～-0.5kPa（正常）；-0.3（报警，切至备用风机）冷氢温度44℃（正常）；48℃或5℃（报警）；53℃或0℃（汽机跳闸）励磁机热风温度43～60℃（正常）；75℃（报警）；80℃（汽机跳闸）励磁机冷风温度25～40℃（正常）；42℃（报警）表9-1-2发电机氢冷系统正常运行时的主要参数及报警整定值上海交通大学热能工程研究所四、氢冷系统的气体置换•发电机和氢系统的气密试验合格后，且密封油系统也可正常运行，则具备了向发电机充氢的条件。•为了防止氢气和空气混合成爆炸性的气体，在向发电机充入氢气之前，必须要用惰性气体将发电机内的空气置换干净。同理，在发电机排氢后，要用惰性气体将发电机内的氢气置换干净。目前在国内，惰性气体普遍采用二氧化碳。•发电机启动前，必须先将发电机内的空气置换为二氧化碳，然后再将二氧化碳置换为氢气，最后对发电机内的氢气加压，以达到其要求的工作压力。•在进行气体置换前需注意：(1)汽轮机处于静止或盘车状态。(2)有关表计和报警装置经校验合格，控制电源投入。(3)发电机已全部封闭，气密性试验合格。(4)密封油系统已投用。(5)通知制氢站，准备足够的氢气，检查现场有足够的CO2气体。(6)确认H2/CO2气体纯度合格。(7)通知检修对发电机H2／制氢站总门后滤网进行清洗。(8)系统按检查卡检查无误。上海交通大学热能工程研究所第二节发电机密封油系统•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。一、徐州彭城电厂发电机密封油系统•徐州彭城电厂发电机密封油系统主要由密封油供油装置、排油烟风机和密封油贮油箱（空侧回油箱）组成，如图9-2-1所示，具体描述如下：上海交通大学热能工程研究所排大气排油烟风机至汽机主油箱密封油供油装置PPTTM信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCSLFFFF信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS真空泵密封油空侧回油箱密封油真空油箱密封油氢侧回油箱信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS信号至DCS#1密封油交流油泵#2密封油交流油泵密封油直流油泵图9-2-1徐州彭城1000MW汽轮发电机密封油系统图上海交通大学热能工程研究所1、密封油供油装置•发电机轴密封所用的密封油来自密封油供油装置，密封油供油装置由下列主要设备构成：真空油箱（密封油箱），包括真空泵；氢侧回油控制箱（氢侧回油箱或中间油箱）；主密封油泵（3100%）；油泵下游压力控制阀；密封油冷却器（2100%）；密封油过滤器（2100%）；压差调节阀（2100%）。1）密封油回路•正常运行期间，主密封油泵1从密封油真空油箱中抽出密封油，然后通过冷却器和滤油器把密封油送到轴封。向轴封提供的密封油分别以大约相同的数量通过轴与密封环间的间隙流向轴封的氢气侧和空气侧。从轴封的空气侧排出的密封油直接流入轴承油回流管路，再返回到密封油真空油箱；流向氢气侧的密封油则首先汇聚到发电机消泡室（前室），然后到氢侧回油箱。•提供3台密封油泵用于油的循环。如果主密封油泵1因机械故障或电气故障不能运行，则主密封油泵2就会自动工作。如果两台泵都出现故障不能工作，则密封油的供应由备用密封油泵完成而不会间断，因而密封油的供应是按独立系统设计的。上海交通大学热能工程研究所图9-2-2轴密封示意图1—密封环支架（空侧）2—密封环支架（氢侧）3—密封环室4—挡油环（空侧）5—浮动油油槽6—钨金7—密封油环槽8—密封油进油孔9—密封环10—二次密封11—迷宫式密封条12—发电机转子13—迷宫密封环14—密封槽15—绝缘垫片16—端盖上海交通大学热能工程研究所2）真空油箱•真空油箱的油取自发