發(fā)電機的發(fā)熱與冷卻及氫氣系統(tǒng)簡介

1、發(fā)電機的發(fā)熱與冷卻及氫氣系統(tǒng)簡介l主要包括主要包括 鐵損鐵損 定子定子 銅損銅損 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 機械損耗機械損耗 附加損耗附加損耗 l電機的冷卻方式分為氣冷和液冷兩大類電機的冷卻方式分為氣冷和液冷兩大類 空氣空氣 氣冷氣冷 氫氣氫氣 水水 液冷液冷 油油 蒸發(fā)冷卻介質(zhì)（氟里昂類、氟碳）蒸發(fā)冷卻介質(zhì)（氟里昂類、氟碳）介質(zhì)介質(zhì)比熱比熱密度密度所需流量所需流量 冷卻效果冷卻效果空氣空氣1.01.01.01.0氫氣（氫氣（0.414MPa）14.350.351.05.0油油2.090.8480.01221.0水水4.161.0000.01250.0鐵芯鐵芯機座機座端蓋端蓋定子線圈定子線圈護環(huán)護環(huán)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子氫

2、冷器氫冷器碳刷架碳刷架軸承軸承出線端子出線端子端端蓋蓋l發(fā)電機以氫氣作為主要冷卻介質(zhì)，發(fā)電機以氫氣作為主要冷卻介質(zhì)，采用徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng)方采用徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng)方式運行，定子繞組采用單獨的水式運行，定子繞組采用單獨的水冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng) l發(fā)電機氫冷系統(tǒng)的功能是用于冷卻發(fā)發(fā)電機氫冷系統(tǒng)的功能是用于冷卻發(fā)電機的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子，并采用二氧電機的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子，并采用二氧化碳作為置換介質(zhì)。發(fā)電機氫冷系統(tǒng)化碳作為置換介質(zhì)。發(fā)電機氫冷系統(tǒng)采用閉式氫氣循環(huán)系統(tǒng)，熱氫通過發(fā)采用閉式氫氣循環(huán)系統(tǒng)，熱氫通過發(fā)電機的氫氣冷卻器由冷卻水冷卻。電機的氫氣冷卻器由冷卻水冷卻。 l轉(zhuǎn)子與鐵芯的冷卻通道為多進多出轉(zhuǎn)

3、子與鐵芯的冷卻通道為多進多出結(jié)構(gòu)，采用徑向和軸向氣隙隔板，結(jié)構(gòu)，采用徑向和軸向氣隙隔板，從而使氣體分為不同的冷熱區(qū)域，從而使氣體分為不同的冷熱區(qū)域，可以有效的遏止冷熱風(fēng)的混合，沿可以有效的遏止冷熱風(fēng)的混合，沿轉(zhuǎn)子軸向溫度分布比較均勻。轉(zhuǎn)子軸向溫度分布比較均勻。 采用采用徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng)，定子鐵芯沿軸向徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng)，定子鐵芯沿軸向分為分為13個風(fēng)區(qū)，個風(fēng)區(qū)，6個進風(fēng)區(qū)和個進風(fēng)區(qū)和7個出風(fēng)區(qū)相間布置。個出風(fēng)區(qū)相間布置。轉(zhuǎn)子采用氣隙取氣斜流式。采用該通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)轉(zhuǎn)子采用氣隙取氣斜流式。采用該通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點：溫度均勻，不需高壓風(fēng)扇，通風(fēng)損耗小。點：溫度均勻，不需高壓風(fēng)扇，通風(fēng)損耗小。l

4、發(fā)電機采用徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng)，定子鐵發(fā)電機采用徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng)，定子鐵芯沿軸向分為十三個風(fēng)區(qū)，六個進風(fēng)區(qū)和七個芯沿軸向分為十三個風(fēng)區(qū)，六個進風(fēng)區(qū)和七個出風(fēng)區(qū)相間布置。安裝在轉(zhuǎn)軸上的兩個軸流式出風(fēng)區(qū)相間布置。安裝在轉(zhuǎn)軸上的兩個軸流式風(fēng)扇風(fēng)扇( (汽、勵端各一個汽、勵端各一個) )將氫氣分別鼓入氣隙和鐵將氫氣分別鼓入氣隙和鐵芯背部；進入鐵芯背部的氫氣，沿鐵芯徑向風(fēng)道冷芯背部；進入鐵芯背部的氫氣，沿鐵芯徑向風(fēng)道冷卻進風(fēng)區(qū)鐵芯后，進入氣隙；少部分氫氣進入轉(zhuǎn)子卻進風(fēng)區(qū)鐵芯后，進入氣隙；少部分氫氣進入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)風(fēng)道，冷卻轉(zhuǎn)子繞組；其他大部分氫氣再折回槽內(nèi)風(fēng)道，冷卻轉(zhuǎn)子繞組；其他大部分氫氣再折回鐵芯

5、，冷卻出風(fēng)區(qū)鐵芯，最后從機座風(fēng)道進入冷卻鐵芯，冷卻出風(fēng)區(qū)鐵芯，最后從機座風(fēng)道進入冷卻器；被冷卻器冷卻后的氫氣進入風(fēng)扇前，進行再循器；被冷卻器冷卻后的氫氣進入風(fēng)扇前，進行再循環(huán)。為了防止風(fēng)路的短路，常在定轉(zhuǎn)子之間氣隙中環(huán)。為了防止風(fēng)路的短路，常在定轉(zhuǎn)子之間氣隙中冷熱風(fēng)區(qū)間的定子鐵芯上加裝氣隙隔環(huán)，以避免由冷熱風(fēng)區(qū)間的定子鐵芯上加裝氣隙隔環(huán)，以避免由轉(zhuǎn)子拋出的熱風(fēng)吸入轉(zhuǎn)子再循環(huán)。轉(zhuǎn)子拋出的熱風(fēng)吸入轉(zhuǎn)子再循環(huán)。l機殼和定子鐵芯之間的空間是發(fā)電機通風(fēng)機殼和定子鐵芯之間的空間是發(fā)電機通風(fēng)（氫氣）系統(tǒng)的一部分。（氫氣）系統(tǒng)的一部分。 l發(fā)電機定子采用徑向通風(fēng)，將機殼和鐵芯背部發(fā)電機定子采用徑向通風(fēng)，將機殼

6、和鐵芯背部之間的空間沿軸向分隔成若干段，每段形成一之間的空間沿軸向分隔成若干段，每段形成一個環(huán)形小風(fēng)室，各小風(fēng)室相互交替分為進風(fēng)區(qū)個環(huán)形小風(fēng)室，各小風(fēng)室相互交替分為進風(fēng)區(qū)和出風(fēng)區(qū)。這些小室用管子相互連通，并能交和出風(fēng)區(qū)。這些小室用管子相互連通，并能交替進行通風(fēng)。氫氣交替地通過鐵芯的外側(cè)和內(nèi)替進行通風(fēng)。氫氣交替地通過鐵芯的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，再集中起來通過冷卻器，從而有效地防止側(cè)，再集中起來通過冷卻器，從而有效地防止熱應(yīng)力和局部過熱。熱應(yīng)力和局部過熱。l定子線棒由絕緣空心股線和實心股線混定子線棒由絕緣空心股線和實心股線混合編織換位組合而成。合編織換位組合而成。 l定子線棒是通過空心股線中的水介質(zhì)來定子線

7、棒是通過空心股線中的水介質(zhì)來冷卻的。冷卻水從勵端的匯流管和絕緣冷卻的。冷卻水從勵端的匯流管和絕緣引水管并通過線棒端頭的水接頭進入線引水管并通過線棒端頭的水接頭進入線圈，冷卻線圈后再經(jīng)過汽端的絕緣引水圈，冷卻線圈后再經(jīng)過汽端的絕緣引水管和匯流管排入外部水系統(tǒng)。冷卻水流管和匯流管排入外部水系統(tǒng)。冷卻水流通道為單向型通道為單向型 l對于大型汽輪發(fā)電機主要采用三相雙層繞組，對于大型汽輪發(fā)電機主要采用三相雙層繞組，并采用短距疊繞組，雙層繞組構(gòu)成如左圖。并采用短距疊繞組，雙層繞組構(gòu)成如左圖。在每個槽內(nèi)有上下兩個線圈邊，線圈的一個在每個槽內(nèi)有上下兩個線圈邊，線圈的一個邊嵌在某個槽的下層，則另一邊則嵌在相隔邊

8、嵌在某個槽的下層，則另一邊則嵌在相隔y1y1槽（節(jié)距：一個線圈的有效邊在定子槽（節(jié)距：一個線圈的有效邊在定子鐵芯上跨的槽數(shù)）的上層。采用雙層繞鐵芯上跨的槽數(shù)）的上層。采用雙層繞組可以很方便地把繞組型式設(shè)計成短距組可以很方便地把繞組型式設(shè)計成短距繞組。短距繞組具有改善電勢波形和節(jié)繞組。短距繞組具有改善電勢波形和節(jié)約材料的優(yōu)點。約材料的優(yōu)點。在實際的電機中，由于磁極磁場是不可能完全按在實際的電機中，由于磁極磁場是不可能完全按正弦規(guī)律分布，因此，在定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢正弦規(guī)律分布，因此，在定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的基波外，也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的基波外，還包

9、含著一系列的諧波。諧波的次數(shù)越高，它的還包含著一系列的諧波。諧波的次數(shù)越高，它的幅值越小，對電勢波形的影響越小。高次諧波的幅值越小，對電勢波形的影響越小。高次諧波的存在，對發(fā)電機會產(chǎn)生許多不良的影響：存在，對發(fā)電機會產(chǎn)生許多不良的影響： 1 1）發(fā)電機本身的損耗增加，效率降低，溫升增）發(fā)電機本身的損耗增加，效率降低，溫升增高。高。 2 2）可能引起輸電線路的電感和電容產(chǎn)生諧）可能引起輸電線路的電感和電容產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生過電壓。振，產(chǎn)生過電壓。 3 3）對鄰近的通訊線路產(chǎn)生干擾。）對鄰近的通訊線路產(chǎn)生干擾。 削弱諧波的常用方法如下：削弱諧波的常用方法如下：1 1）隱極汽輪發(fā)電機的氣隙是均勻的，因此

10、只要把每）隱極汽輪發(fā)電機的氣隙是均勻的，因此只要把每極范圍內(nèi)安放的勵磁繞組與極距之比設(shè)計在極范圍內(nèi)安放的勵磁繞組與極距之比設(shè)計在0.70.70.80.8范圍內(nèi)，就可使發(fā)電機磁極磁場的波形比較接近于范圍內(nèi)，就可使發(fā)電機磁極磁場的波形比較接近于正弦形。正弦形。2 2）采用）采用Y Y形連接，由于形連接，由于3 3次諧波及其倍數(shù)奇次諧波是同次諧波及其倍數(shù)奇次諧波是同大小、同相位的，采用這種接線可把這些諧波抵消掉。大小、同相位的，采用這種接線可把這些諧波抵消掉。3 3）采用短距繞組，可削弱）采用短距繞組，可削弱5 5、7 7次諧波。次諧波。4 4）采用分布繞組，即增大每極每相槽數(shù)）采用分布繞組，即增大

11、每極每相槽數(shù)q q，可顯著削弱高，可顯著削弱高次諧波電勢。但隨著次諧波電勢。但隨著q q值的增大，電樞槽數(shù)增多，這將引值的增大，電樞槽數(shù)增多，這將引起沖剪工作和絕緣材料的消耗量增加，使成本上升。所起沖剪工作和絕緣材料的消耗量增加，使成本上升。所以，一般隱極汽輪發(fā)電機的以，一般隱極汽輪發(fā)電機的q q取取6 61212之間。之間。l轉(zhuǎn)子繞組槽部采用氣隙取氣斜流內(nèi)冷方式。利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組槽部采用氣隙取氣斜流內(nèi)冷方式。利用轉(zhuǎn)子自泵風(fēng)作用，從進風(fēng)區(qū)氣隙吸入氫氣。通過轉(zhuǎn)子槽楔自泵風(fēng)作用，從進風(fēng)區(qū)氣隙吸入氫氣。通過轉(zhuǎn)子槽楔后，進入兩排斜流風(fēng)道，以冷卻轉(zhuǎn)子銅線。氫氣到達(dá)后，進入兩排斜流風(fēng)道，以冷卻轉(zhuǎn)子銅線。氫

12、氣到達(dá)底匝銅線后，轉(zhuǎn)向進入另一排風(fēng)道，冷卻轉(zhuǎn)子銅線后底匝銅線后，轉(zhuǎn)向進入另一排風(fēng)道，冷卻轉(zhuǎn)子銅線后再通過轉(zhuǎn)子槽楔，從出風(fēng)區(qū)排入氣隙。在轉(zhuǎn)子線棒鑿再通過轉(zhuǎn)子槽楔，從出風(fēng)區(qū)排入氣隙。在轉(zhuǎn)子線棒鑿了兩排不同方向的斜流孔至槽底，于是，沿轉(zhuǎn)子本體了兩排不同方向的斜流孔至槽底，于是，沿轉(zhuǎn)子本體軸向就形成了若干個平行的斜流通道。通過這些通道，軸向就形成了若干個平行的斜流通道。通過這些通道，冷卻用氫氣交替的進入和流出轉(zhuǎn)子繞組進風(fēng)口的風(fēng)斗，冷卻用氫氣交替的進入和流出轉(zhuǎn)子繞組進風(fēng)口的風(fēng)斗，迫使冷卻氫氣以與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相匹配的速度通過斜流通迫使冷卻氫氣以與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相匹配的速度通過斜流通道到達(dá)導(dǎo)體槽的底部，然后拐向另一側(cè)

13、同樣沿斜流通道到達(dá)導(dǎo)體槽的底部，然后拐向另一側(cè)同樣沿斜流通道流出導(dǎo)體。從每個進風(fēng)口鼓進的冷風(fēng)是分成兩條斜道流出導(dǎo)體。從每個進風(fēng)口鼓進的冷風(fēng)是分成兩條斜流通道向兩個方向流進導(dǎo)體，同樣，有兩條出風(fēng)通道流通道向兩個方向流進導(dǎo)體，同樣，有兩條出風(fēng)通道匯流在一起從出風(fēng)口流出進入氣隙。匯流在一起從出風(fēng)口流出進入氣隙。l一路風(fēng)從下線槽底部的副槽進入轉(zhuǎn)一路風(fēng)從下線槽底部的副槽進入轉(zhuǎn)子本體部分的端部風(fēng)路，另一路風(fēng)子本體部分的端部風(fēng)路，另一路風(fēng)從轉(zhuǎn)子線圈端部的中部進入銅線風(fēng)從轉(zhuǎn)子線圈端部的中部進入銅線風(fēng)道，再從轉(zhuǎn)子本體端部排入氣隙。道，再從轉(zhuǎn)子本體端部排入氣隙。為了加強后一路風(fēng)的冷卻效果，在為了加強后一路風(fēng)的冷卻

14、效果，在這路風(fēng)的中途再補入半路風(fēng)，即形這路風(fēng)的中途再補入半路風(fēng)，即形成成“兩路半兩路半”的風(fēng)路結(jié)構(gòu)。的風(fēng)路結(jié)構(gòu)。 l氫氣控制系統(tǒng)設(shè)置專用管路、氫氣控制系統(tǒng)設(shè)置專用管路、CO2CO2控制排、置換控制排、置換控制閥和氣體置換盤用以實現(xiàn)機內(nèi)氣體間接置控制閥和氣體置換盤用以實現(xiàn)機內(nèi)氣體間接置換。換。 l為使機內(nèi)氫壓保持在規(guī)定范圍之內(nèi)，控制系統(tǒng)在為使機內(nèi)氫壓保持在規(guī)定范圍之內(nèi)，控制系統(tǒng)在氫氣的控制排中設(shè)置有兩套氫氣減壓器。用以實氫氣的控制排中設(shè)置有兩套氫氣減壓器。用以實現(xiàn)機內(nèi)氫氣壓力的自動調(diào)節(jié)?，F(xiàn)機內(nèi)氫氣壓力的自動調(diào)節(jié)。l氫氣中的含水量過高對發(fā)電機將造成多方面的氫氣中的含水量過高對發(fā)電機將造成多方面的影

15、響，通常在機外設(shè)置專用的氫氣干燥器，它影響，通常在機外設(shè)置專用的氫氣干燥器，它的進氫管路接至轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的高壓側(cè)，它的回氫的進氫管路接至轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的高壓側(cè)，它的回氫管路接至風(fēng)扇的低壓側(cè)，從而使機內(nèi)部分氫氣管路接至風(fēng)扇的低壓側(cè)，從而使機內(nèi)部分氫氣不斷的流進干燥器得到干燥。不斷的流進干燥器得到干燥。 序號 名 稱 型式 數(shù) 量 單 位 備 注 1 發(fā)電機機殼內(nèi)最大氫氣壓力 0.45 MPa(g) 2 氫氣壓力允許變化范圍 0.20.45 MPa(g) 3 發(fā)電機機殼內(nèi)額定氫氣純度 98 % 4 發(fā)電機機殼內(nèi)最小氫氣純度 92 % 報警值 5 氫氣總補充量保證值（在額定氫壓下） 10 Nm3/24h 6

16、氫系統(tǒng)裝置制造廠/國別 東電 7 氫系統(tǒng)裝置型式 集裝 8 氫系統(tǒng)裝置尺寸（長寬高） 10801050480 mm l1 1）每天均應(yīng)檢查監(jiān)視項目：）每天均應(yīng)檢查監(jiān)視項目：l 監(jiān)視油水探測報警器內(nèi)是否有油水，如發(fā)現(xiàn)則應(yīng)監(jiān)視油水探測報警器內(nèi)是否有油水，如發(fā)現(xiàn)則應(yīng)及時排放；及時排放；l 氫氣干燥裝置是否正常運行；氫氣干燥裝置是否正常運行；l 氫氣純度、壓力、溫度指示是否正常。氫氣純度、壓力、溫度指示是否正常。l2 2）每周檢查項目：）每周檢查項目：l 氫氣純度檢測裝置過濾干燥器中的干燥劑更換；氫氣純度檢測裝置過濾干燥器中的干燥劑更換；l 氫氣系統(tǒng)管路中的排污閥門，尤其是氫氣純度檢氫氣系統(tǒng)管路中的排

17、污閥門，尤其是氫氣純度檢測裝置和氫氣干燥裝置管路中的排污閥門。測裝置和氫氣干燥裝置管路中的排污閥門。l3 3）每月檢查項目：排污（排放）閥門開啟，排）每月檢查項目：排污（排放）閥門開啟，排除油污和水分。除油污和水分。l4 4）每）每3 36 6個月的檢查監(jiān)視事項：個月的檢查監(jiān)視事項：l 報警用開關(guān)、繼電器類的動作試驗；報警用開關(guān)、繼電器類的動作試驗；l 安全閥動作試驗；安全閥動作試驗；l 氫氣純度檢測裝置校驗；氫氣純度檢測裝置校驗；l 氣體置換盤通電，以及分析器校驗。氣體置換盤通電，以及分析器校驗。l5 5）每）每6 61212個月的檢查項目：壓力表等指示表個月的檢查項目：壓力表等指示表計校驗。計校驗。l6 6）每）每1212