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发电机氢、油、水及励磁系统变压器结构和原理

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发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 发电机氢、油、水及励磁系统变压器结构和原理 发电机氢气系统 发电机密封油系统 发电机定子冷却水系统 发电机励磁系统 气体置换检测装置 油水泄漏开关 气体置换装置 置换用空气 氢气干燥装置 氢纯度分析器 供氢 供二氧化碳 氢压 表 • 氢气与空气的混合物当氢气含量在4-74.2%范围内,均为可爆性气体。与 氧接触时,极易形成具有爆炸浓度的氢、氧混合气体。因此。在向发电机内 充入氢气时,应避免氢气与空气接触。为此,必须经过中间介质进行置换。 中间介质一般为惰性气体CO2。 • 机组启动前,先向机内充入50-60kPa的压缩空气,并投入密封油系统。然 后利用CO2罐或CO2瓶提供的高压气体,从发电机机壳下部引入,驱赶发电 机内的空气,当从机壳顶部原供氢管和气体不易流动的死区取样检验CO2的 含量超过85%(均指容积比)后,停止充CO2。期间保持气体压力不变。开 始充氢,氢气经供氢装置进入机壳内顶部的汇流管向下驱赶CO2。当从底部 原CO2母管和气体不易流动的死区取样检验,氢气纯度高于96%,氧含量低 于2%时,停止排气,并升压到工作氢压。升压速度不可太快,以免引起静 电。 • 机组排氢时,降低气体压力至80-50KPa,降压速度不可太快,以免引起静 电。然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。当CO2含显超过85%时,方可 引入压缩空气驱赶CO2,当气体混合物中空气含量达到95%,氢气含最低于 1%时,才可终止向发电机内输送压缩空气。 氢 气 置 换 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. CO2置换空气流程 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. H2置换CO2流程 干燥器流程正常运行监测 发电机氢冷系统的冷却 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℃。 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 本系统在发电机的四角上布置了四组 冷却器,停运一组冷却器,机组最高 可带80%额定负荷。冷却介质为开式 水,回水母管上设一调门,通过水量 的调节可控制合适的冷氢气温度在40 -46℃。 定子冷却水管路发电机励磁碳刷间 发电机氢冷系统的干燥 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≤-50℃。 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。 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 制冷式氢气干燥装置 发电机采用氢气冷却,为防止 运行中氢气沿转子轴向外漏, 引起火灾或爆炸,机组配置了 密封油系统,向转轴与端盖交 接处的密封瓦循环供应高于氢 压的密封油。本机组的密封油 路只有一路,分别进入汽轮机 侧和励磁机侧的密封瓦,经中 间油孔沿轴向间隙流向空气侧 和氢气侧,形成了油膜起到了 密封润滑作用。然后分两路( 氢侧、空气侧)回油。 密封油系统原理简介 发电机密封油系统原理简图 油系统的装置为集装式,方便检修 。 密封瓦结构为单流环式。 主油源来自汽机轴承润滑油,润滑油回油管上装设视流窗, 以便观察回油 。 油氢差压由差压调节阀自动控制,并提供差压和压力报警信 号接点。 油温在汽机润滑油系统得到调节。  2台100%容量的交流密封油泵和1台100%容量的直流密封备用 油泵 , 1台100%容量的再循环油泵 。 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 密封瓦进油温度:25~50℃ 密封瓦出油温度:≤70℃ 密封油压大于机内氢压:0.056±0.02MPa 密封油系统具有四种运行方式,能保证各种工况下对 机内氢气的密封。 (1)正常运行时,一台主密封油泵运行,油源来 自主机润滑油。 (2)当主密封油泵均故障或交流电源失去时,运 行方式如下:油源来自主机润滑油→直流密封油泵→ 密封瓦→膨胀箱→空气析出箱→主油箱。 (3)当交直流密封油泵均故障时,应紧急停机并 排氢,降压直至主机润滑油压能够对氢气进行密封。 (4) 当主机润滑油系统停运时, 密封油系统可独 立循环运行。此时应注意保持密封油真空箱高真空, 以利于充分回油。 密封油系统的运行方式 发电机的定子绕组采用水内冷方式,水冷的效果 是氢冷的50倍。水内冷绕组的导体既是导电回路又 是通水回路,每个线棒分成若干组,每组内含有一 根空心铜管和数根实心铜线,空心铜管内通过冷却 水带走线棒产生的热量。到线棒出槽以后的末端, 空心铜管与实心铜线分开,空心铜管与其它空心铜 管汇集成型后与专用水接头焊好由一根较粗的空心 铜管与绝缘引水管连接到总的进(或出)汇流管。 冷却水由一端进入线棒,冷却后由另一端流出,循 环工作不断地带走定子线棒产生的热量。 定冷水系统原理简图 •定子水系统中水泵、冷水器、滤水器各设2 台,互为备用。冷却器为管式。 •发电机内冷却水进水管装有压力表、压力开 关和流量表及流量测量装置,为了确保断水 保护动作信号的可靠性,设置3只水流量极低 开关。定子线圈内冷却水允许断水时间在带 满负荷运行的情况下不少于30秒。 •发电机内设有漏水、漏油监测装置。 •定子水系统配有10%容量的离子交换器及其流量计、 电导仪、压力表及温度计,以提高水质。定子水箱按 压力容器设计、制造,且采用氮气加压。水箱排空管 上装有气敏元件、测氢浓度报警。 •水系统设电加热装置。 •发电机管道设计考虑定子线圈反冲洗和排水管及阀 门,能方便地对定子进行反冲洗,反冲洗管道上加装 激光打孔过滤器。 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 发电运行部培训教材 华润电力(常熟)有限公司 China Resources Power (Changshu) Co.Ltd. 本装置包括水箱、两台水泵、两台冷却 器、气动温度、压力调节装置(包括电/ 气定位器、阀门变送器等)、主过滤器 、补水过滤器及其之间的相互连接管路 、阀门及其部分就地压力表、测温元件 。装置上还设置有仪表箱,装有电导率 发送器和与内外电气接口相连的端子。 定子冷却水控制装置 定子冷却系统供发电机定子绕组冷却,采用闭式独立 水系统并采用集装式结构,冷却器冷却水进水设计温 度为38℃。 定子线圈内的冷却水的进水温度范围为40~50℃、进 水温度设有自动调节装置,冷却水温度波动范围±3℃ ,出水温度不得大于85℃。 水质应透明纯净,无机械混杂物,在水温为20℃时: -电导率 0.5~1.5μS/cm(定子线圈独立水系统 ) -PH值 7.0~9.0 -硬度 <2微克当量/L(2μgE/L) -含氨(NH3) 微量 额定流量:1530 L/min 进水压力(计算值):196kPa 进水温度:45±3℃ 最大连续出力时线圈出水温度(计算值):73℃ 水的电导率:不高于0.5μS/cm 离子交换器额定处理流量:250 L/min 进水温度高报警值:49℃ 出水温度高报警值:73℃ 出水温度高保护动作值:78℃ 进水压力低报警值:110 kPa 进水流量低报警值:1200 L/min 进水流量低保护动作值:1050 L/min 定子水中断会造成严重的过热,威胁机组的安全运行。因此, 本机组综合参考定子水压力、流量、温度,设置了完善的断水 保护。 保护触发的条件及动作程序: (1)发电机负荷>60%MCR,定子冷却水出口温度>78℃或 定子冷却水进口压力<0.089MPa且进口流量<500L/min时,汽 轮机直接跳闸; (2)发电机负荷≤60%MCR,定子冷却水出口温度>78℃或 定子冷却水进口压力<0.089MPa且进口流量<500L/min时,定 子冷却水中断启动层RUN BACK如下: ①如负荷在2分钟内降到26%MCR时,断水前导电度大于 0.5μs/cm,那么3分钟内发电机跳闸; ②在负荷安全减至26%MCR后,若定子冷却水导电度 小于0.5μs/cm,那么发电机可运行60分钟后停机。 发电机定子水系统的保护: 励磁系统在电能生产诸环节中的位置 发电机的同步转矩和功角 我厂发电机励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统(全套进口瑞士 ABB公司原装产品)。主要由励磁功率放大单元和励磁调节器(AVR)两 大部分组成。 发电机静态励磁系统原理图 AVRAVR 直流灭磁开关直流灭磁开关 GG CTCT PTPT 三相励磁变三相励磁变 H H 没有旋转部件。运行可靠没有旋转部件。运行可靠 性高,性高,调整、维护简单,调整、维护简单, 检修方便。检修方便。 H H 可缩短机组的轴系长度,可缩短机组的轴系长度, 缩短缩短电厂厂房长度。缩短电厂厂房长度。缩短 了的汽轮机了的汽轮机 发电机轴系发电机轴系 长度可长度可提高机组轴系的稳提高机组轴系的稳 定性、提高机组安全运行定性、提高机组安全运行 的水平。的水平。 H H 没有主励磁机时滞环节,没有主励磁机时滞环节, 属高起始快速响应励磁系属高起始快速响应励磁系 统,技术指标高,响应快统,技术指标高,响应快 ,性能参数好。,性能参数好。 起励装置 励磁调节器(AVR)采用数字微机型, AVR中装设无功功率、 功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有过励磁限制、过励磁 保护、低励磁限制、电力系统稳定器、V/H限制及转子过电压保 护和PT断线闭锁保护等单元;其附加功能包括转子一点接地保护 、转子温度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴电 压毛刺吸收装置等。 采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行,两路通道 间能相互自动跟踪,当一路调节器通道出现故障时,能自动无扰 切换到另一通道运行。手动、自动电路应能相互自动跟踪;当自 动回路故障时能自动无扰切换到手动。CT、PT均为两路独立的输 入回路。 采用220V DC电源起励方式。 当发电机电压上升到规定值时,起励回路自动脱开。 自动灭磁装置装在励磁回路直流侧。灭磁开关的额定 参数按励磁系统强励工况(机端电压为80%额定电压 时,强励倍数2倍额定励磁电压)选择。灭磁开关型 号为HPB60M-81S额定电压1000V,开断电压3000V, 设计开断电压1900V,短路电流开断能力100KA以上。 •当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电 流和电压的1.1倍时,励磁系统能连续运行。 •励磁系统具有短时过载能力,励磁系统强励倍数 不小于2(静止励磁系统即使定子电压降到80%额定 值时),允许强励时间为20秒。 •励磁系统具备高起始响应特性,在 0.05秒内励磁 电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%。 励磁系统响应比(V)即电压上升速度,不低于 3.58倍/秒 •励磁调节器的调压范围:发电机空载时能在20- 110%额定电压范围内稳定平滑调节,整定电压的分 辨率不大于额定电压的0.2%。发电机空载时手动调 压范围为10%-130%UN。如果励磁电源采用6300V的 厂用电时,手动调节的范围可以从0%-130%,可满 足发电机零起升压试验的要求。 •功率整流装置的一个功率柜退出运行时满足发电 机强励和1.1倍额定励磁电流运行的要求。当有2个 功率柜退出运行时,能提供发电机额定工况所需的 励磁容量。 •整流装置的每个功率元件都设有快速熔断器保护 ,以便及时切除短路故障元件。并可检测熔断器熔 断并给出信号。 •整流装置冷却风机有100%的备用容量,在风压或 风量不足时,备用风机应能自动投入。整流装置的 通风电源设有两路,并可自动切换。任一台整流柜 故障或冷却电源故障,发出报警信号。 谢谢大家
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