发电机氢气系统文档格式.docx
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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。
2）转子通风系统
图4-20转子通风冷却方式
转子通风冷却方式如图4-20所示，分为下面两种情况：
①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。
②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。
日立所供发电机共分成15个风区（7进8出），每个风区有8个通道，共81个通风道。
转子通氢冷却通风孔个数：
进风区一个槽里面有48个孔，共有32个槽，合计32×
48=1536个；
出风区一个槽里面有56个孔，共有32个槽，合计32×
56=1792个；
用于端部冷却每一段为4个孔，两端共8个孔。
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（第7个进风区），然后从本体端部由径向风道进入气隙。
二、概述
发电机氢冷系统的功能是用于冷却发电机的定子铁芯和转子，并采用二氧化碳作为置换介质。
发电机氢冷系统采用闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。
运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量，质量越轻，损耗越小，氢气在气体中密度最小，有利于降低损耗；
另外氢气的传热系数是空气的5倍，换热能力好；
氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为成熟。
但是最大的缺点是一旦于空气混合后在一定比例内（4%～74%）具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳都设计成防爆型，气体置换采用CO2作为中间介质。
QFQS—600-2型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。
发电机内的气体转换，手动维持氢压稳定，维持氢气纯度均由外部气体控制系统保证，氢气系统为集装结构型式。
氢气系统主要由氢站的高压储氢罐、备用氢瓶，置换用的CO2钢瓶，氢气干燥器，氢气减压器，氢气过滤器，纯度分析器，液体探测，氢气露点仪组成，向发电机转子绕组和定子铁芯提供适当压力、高纯度的冷却用氢，同时还要完成对氢气的冷却、干燥及检测。
三、主要技术参数
露点：
当空气中水汽含量不变且气压一定时，如气温不断降低，空气将逐渐接近饱和，当气温降低到使空气刚好到达饱和时的温度称为露点（温度）。
露点（DewPoint）温度较高的气体其所含水蒸气也较多将此气冷却后其所含水蒸气的量即使不发生变化相对湿度增加当达到一定温度时相对rh达到100%饱和此时继续进行冷却的话其中一部分的水蒸气将凝聚成露。
此时的温度即为露点温度（DewPointTemperature）。
露点在0℃以下结冰时即为霜点（FrostPoint）。
由于空气一般是未饱和的，故露点常常比气温低，只有空气达到饱和时，露点才和气温相等。
故根据露点差可大致判断空气的饱和程度。
露点差越大，相对湿度越低。
相对湿度是指空气中实际含有的水蒸气量（绝对湿度）与当时温度下饱和水蒸气量（饱和湿度）的百分比。
湿度：
它表示在一定温度下，空气中的水蒸气距离该温度时的饱和水蒸气量的程度。
相对湿度愈大，空气越潮湿，反之，则越干燥。
因此相对湿度表示空气的干湿程度。
在仓库温湿度管理中，检查库房的湿度大小，主要是观测相对湿度的大小。
绝对湿度、饱和湿度和相对湿度三者的关系如下：
相对湿度=绝对湿度饱和湿度×
100%
在温度不变的情况下，空气绝对湿度愈大，相对湿度就愈高，绝对湿度愈小，相对湿度就愈低；
在空气中水蒸气含量不变的情况下，温度愈高，相对湿度就愈小，温度愈低，相对湿度就愈高。
绝对湿度（Absolutehumidity）单位体积（1m3）的气体中含有水蒸气的质量（g）。
表示∶D=g/m3但是即使水蒸气量相同由于温度和压力的变化气体体积也要发生变化即绝对湿度D发生变化。
D为容积基准。
相对湿度（Relativehumidity）气体中的水蒸气压（e）与其气体的饱和水蒸气压（ｅs）的比／用百分比表示。
表示∶rh=e/es×
100%但是温度和压力的变化导致饱和水蒸气压的变化rh也将随之而变化。
饱和水蒸气压（SaturationVaporPressure）气体中所含水蒸气的量是有限度的达到限度的状态即可称之为饱和此时的水蒸气压即称为饱和水蒸气压。
此物理量亦随着温度压力的变化而变化并且0℃以下即使同一湿度与水共存的饱和水蒸气压（esw）和与冰共存的饱和水蒸气压（esi）的值不同通常所采用的是与水共存的饱和水蒸气压（esw）。
各温度对应的饱和水蒸气压表JIS-Z-8806在卷末记载。
气体控制系统用来保证实现发电机内气体转换，维持机内氢气压力,纯度,温湿度的特定要求，以确保发电机安全满发运行。
设计参数为：
额定氢气压力：
0.4MPa（表压）
氢气纯度:
≥98%正常,≤95%报警
氢气湿度（露点）：
－5℃～－25℃氢气压力在0.4MPa。
本系统提供氢气经双母管（其中之一用来装氢气瓶），由制氢站经
过滤器过滤后进入发电机的供氢方式。
氢气母管上装有压力表，以监视气气压力。
发电机漏氢量：
≤10Nm3/24h
最大氢气压力（发电机壳内）0.42MPa（g）
压力允许变化范围0.38~0.42MPa（g）
发电机机壳内氢气纯度
额定98%
最小95%
发电机补氢纯度99%
发电机补氢湿度-50℃
置换的气体容积和时间（包括发电机机壳和管路）
需要的气体
置换运行
需要的气体容积
估计需要的时间（小时）
盘车状态
停止状态
二氧化碳
用二氧化碳（机内达到纯度85%）驱除空气
V=180
V=120
4
氢气
用氢气（机内纯度达到96%）驱除二氧化碳
V=320
V=240
3
氢气压力提高到0.4MPa（g）
V=440
V=330
用二氧化碳（机内纯度达到96%）驱除氢气
2
发电机氢气系统充气体积110m3（电机容积）
氢气总补充量（在0.4MPa（g）额定氢压时）
保证值（双流环）≤10Nm3/24h
氢系统控制盘制造厂哈尔滨电机厂有限责任公司型式集装式
四、技术要求
发电机内空气和氢气不允许直接置换，以免形成具有爆炸浓度的混合气体。
通常应采用CO2气体作为中间介质实现机内空气和氢气的置换。
本氢气控制系统设置专用管路、CO2控制排、置换控制阀和气体置换盘用以实现机内气体间接置换。
发电机内氢气不可避免地会混合在密封油中，并随着密封油回油被带出发电机，有时还可能出现其它泄漏点。
因此机内氢压总是呈下降趋势，氢压下降可能引起机内温度上升，故机内氢压必须保持在规定范围之内，氢气中的含水量过高对发电机将造成多方面的影响，通常均在机外设置专用的氢气干燥器，它的进氢管路接至转子风扇的高压侧，它的回氢管路接至风扇的低压侧，从而使机内部分氢气不断的流进干燥器得到干燥。
1）发电机氢冷系统及氢气压力自动控制装置应能满足发电机充氢、自动补氢、排氢及中间气体介质置换工作的要求，应能自动监测和保持氢气的额定压力、规定纯度及冷氢温度、湿度等。
（现为手动补氢）
2）发电机氢冷系统为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。
氢气冷却器冷却水入口温度为33℃。
3）当一个冷却器因故障停用时，发电机至少能输出80%额定负荷。
发电机应设置氢气干燥器（采用分子筛式），其出口氢气应设非水银湿度指示器，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℃。
4）发电机氢冷系统及氢气控制装置的所有管道、阀门、有关的设备装置及其正、反法兰附件材质为不锈钢，并应使布置便于运行操作，监视和维护检修。
5）发电机每组氢冷却器应设置冷却进、出水双金属温度计与流量指示。
6）氢系统氢气纯度、压力、湿度、温度除设有防爆型就地指示和报警装置外，还应设置输出4-20mADC远传信号及继电器干接点线号，数量满足控制要求。
7）氢气直接冷却的冷氢温度不超过46℃。
8）氢气纯度不低于95％时，应能在额定条件下发出额定功率。
但计算和测定效率时的基准氢气的纯度应为98％。
氢气纯度低，一是影响冷却效果，二是增加通风损耗。
9）发电机输出额定容量时，机壳内氢气压力为0.4MPa（g）。
机壳和端盖，应能承受压力为1.0MPa（g）历时15分钟的水压试验，应保证运行时内部氢爆不危及人身安全。
10）氢气冷却器工作水压为0.25~0.35MPa（g），试验水压不低于工作水压的2倍，历时15分钟无泄漏。
氢气冷却器按单边承受1.0MPa（g）压力进行设计。
11）氢气冷却水进口设计水温为33℃。
发电机内氢气纯度、压力、温度、湿度是必须进行经常性监视的运行参数，机内是否出现油水也是应当定期监视的。
2006年12月27日QR/HNQD-06-043
设备名称
分析项目
控制标准
测试数据
结论
1#发电机
纯度%
≥96
96.4
合格
露点℃
－5┄－25
-29
不合格
氧含量%
≤2.0%
1.0
2#发电机
98.2
露点℃
-31.9
0.3
五、主要设备
1、氢气干燥器：
发电机采用冷凝式氢气干燥器，设有氢气湿度在线检测仪。
干燥装置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℃，发电机充、补氢气的露点≤－21℃。
干燥器氢气处理量不小于100Nm3/h，发电机设液位检测报警装置。
XQG--II
型吸附式氢气干燥器
型吸附式氢气干燥器主要特点如下：
1.采用计算机和可编和程控制器组成计算机监控系统。
2.采用高可靠的工业控制组态软件,保证了程序运行的可靠性。
3.双塔交替工作,又可单独工作。
4.提供了详细的操作帮助界面,正确地完成所有调试和运行控制操作。
5.温度控制仪实现了对温度的自动控制,保证了加热温度的稳定性。
6.采用电机起动保护器和过流断路器对内部风机进行保护。
7.对开关故障、加热器故障、电机故障、防爆电磁阀等故障具有自诊断和显示功能及报警。
8.“吸湿”与“再生”过程在一个塔内交替运行，两个干燥塔自动“重复”，不间断吸湿，提高了处理氢气的工作效率。
9.自备内部风机形成独立的循环气流,无论发电机是否运行,都能产生工作气流,使干燥器保持正常的工作状态。
10.封闭的环路使再生过程不产生气体泄漏。
型吸附式氢气干燥器的工作原理：
XQG-II型吸附式氢气干燥器设备主要由吸附塔、油气分离器、冷凝器、气水分离器、强制循环风机和控制系统等组成。
是清除发电机内部冷却用氢气氢所含水蒸汽的专用设备。
它广泛用于电力、石油、化工、气体制造、净化业、以及干燥剂生产和污水处理等领域。
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稆的吸湿能力。
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。
水蒸气的清除是靠带有水蒸气的氢气通过装满活性铝的吸收层而完成的。
特殊的高疏松度使单位重量的活性铝有很大的表面积和吸收能力，在活性铝吸收水蒸气达到饱和以后靠加热驱除水蒸气来完成再生作用，重复再生后的活性铝的性能及除湿效率不受影响。
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。
本设备有两个吸收塔，因此能够对氢气进行不间断的干燥除湿，当其中一个吸收塔工作在吸湿状态时，而另一个吸收塔则工作在再生状态。
在正常情况下，靠氧化铝及其由加热作用完成的再生分离水蒸气的交替过程可以一直继续下去。
由于该型式干燥器有两个吸收塔，所以它是一种能够进行连续干燥的装置，当其中一个吸收塔清除发电机内来的氢气中的水蒸气时，另一个吸收塔进行干燥剂的再生过程。
在预定的工作周期周中，先进的工业控制机应用于设备中控制氢气流向，把氢气流从已饱和的吸湿塔中转移到刚完成再生过程的吸湿塔中，这个转换过程将已饱和的吸湿塔中置于再生循环中再生，周而复始，反复循环。
因而这套装置完全实现了自动化运行，而无须用人置守控制。
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
。
氢气干燥器是一个装有活性氧化铝干燥剂的容器，有鼓风机可自动再生，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。
由于该干燥器内部设有风扇，因而亦可在发电机停机状态下使用，以便对发电机内气体进行干燥。
运行过程
∙如图一：
从发电机来的氢气由入口经过油气分离器过滤，流经四通阀STV1（1-2）进入吸附塔A，由吸附塔内干燥剂13x分子筛干燥，然后从四通阀STV2（1-2）排出。
同时吸附塔B内置的电加热器工作，使干燥剂中的水分汽化成水蒸气，小部分氢气经阀门V3通过四通阀STV1（3-4）进入吸附塔B带出释放的水蒸气。
该水蒸气经四通阀STV2（3-4）进入冷凝器凝结成水，再通过气水分离器把凝结水由排污阀排出，氢气经吸附塔B等形成再循环。
如图二：
PLC控制四通阀自动定时切换，STV1由（1-2）、（3-4）通改变为（1-4）、（2-3）通；
STV2由（1-2）、（3-4）通改变为（1-4）、（2-3）通。
由此改变了氢气的流经通路，使氢气的干燥过程和再生过程在两个吸附塔间交替进行。
∙
#3、#4机组氢气干燥器效果差原因分析
近期#3、#4机组的氢气干燥器效果极其不好，发电机内的氢气露点长期不合格，经检修多次检查，干燥器排污门通畅，并没有堵塞。
这说明干燥器内并没有水排出，也就是说明是干燥器内部出现异常，不能将经过干燥器氢气内部的水分离出来，从而达不到干燥的目的。
故障分析:
1、油气分离器效果不好，使氢气中的杂质或油气没有分离出来，带到干燥器内，使干燥介质失效，起不到干燥效果。
再一个油气分离器从没有排污。
2、干燥器加热温度不足，不能使干燥介质内的水分蒸发出来，也就不能将氢气中的水分分离出来。
通过这几天的观察，干燥器的加热温度确实达不到设计要求，设计加热温度为163±
28℃，而#3、#4机组干燥器加热最高温度也就是147℃，0.35Mpa下水的饱和温度是138.9℃，低于这个温度的水是蒸发不出来的，满足低限的只有3B干燥器的B塔和4A干燥器的A塔，这就是说干燥器加热温度是影响干燥效果的主要原因。
3、通过再生塔的氢气流量过大，使干燥器加热温度提升不上来。
现在#3、#4机组再生塔出口温度都偏高，与加热器温度、冷却器出口气体温度不平衡。
这应该是造成干燥器加热温度上不去的原因之一。
4、干燥器冷却后的最终温度都在36℃左右，这说明冷却水系统应该是正常的，开冷水温度为33℃，是能满足冷却要求的。
处理办法：
1、定期进行油气分离器的排污或增加自动排污门，使分离出来的杂质及时排走，延长干燥介质的使用寿命。
2、联系厂家更换干燥器期内的干燥介质。
3、检查干燥器中的电加热器运行情况，查出加热温度上不去的原因。
正常运行中可以将氢气干燥器隔绝出来，也可以用中间气体将氢气置换出去，可以进行彻底检修。
4、调整运行中通过再生塔的氢气流量，使加热器温度、冷却器出口气体温度、再生塔出口温度达到平衡。
163℃、38℃、82℃。
通过调整指定一个干燥器的再生流量进行这几处温度进行对比，找出最佳开度。
来观察干燥器内温度是否上升。
进行氢气干燥器运行程序的调整，检查程序的正确性。
2、氢气减压器：
（YQQG-140）
在氢气控制站中装有氢气减压器，保持机内氢气压力恒定，氢气减压器于供氢管路上，相当于减压阀，使用时将氢气减压器出口压力整定在0.4MPa，装于氢气减压器后的排空阀门用于调试减压器的出口压力为整定值0.4MPa,装于氢气减压器后的排空阀门用于调试减压器出口压力为整定值0.4MPa.
3、氢气过滤器
滤除氢气中的杂质，由于过滤元件是多孔粉沫冶金材料，强度太低，在正常使用情况下，过滤元件两端压差值一般不超过0.2Mpa,否则对过滤元件起破坏作用。
4、纯度分析器
氢纯度检测装置是用以测量机内氢气纯度的分析器（量程80％～100％氢气），使用前还须进行2h（小时）通电预热，其反馈的数据和信号才准确。
该检测装置出厂时，下限报警点已设置在92％，下下限报警点设置在90％。
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，1/6HP，进出风差压变送器整定在0～76cm水柱，压差4～20mA直流输出。
5、液体探测器
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。
相同的油水探测报警器氢气系统中设置有两件。
另外在密封油系统中设置一件，用于探测密封油扩大槽的油位是否超限。
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。
6、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。
7、发电机的氢冷却器
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。
为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。
发电机氢气冷却器采用绕片式结构。
冷却器按单边承受0.8MPa压力设计。
氢冷却器冷却水直接冷却的冷氢温度一般不超过46℃。
氢冷却器冷却水进水设计温度38℃。
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：
①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。
②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
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