CN110601408A - 基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，所述系统包括用于采集冷却水实现与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统内的氢气完成热量交换的水轮发电机组水冷却开式循环系统、以氢气为冷却介质与水轮发电机组中心线进行热量交换的水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统和为水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统提供氢气源的氢气补充系统。本发明提出的基于氢气冷却技术的水轮发电机组定子绕组内冷却系统以氢气为冷却介质，由于氢气的传热系数是空气的5倍，换热和绝缘性能均较好，可有效降低发电机通风损耗和结构尺寸，提高发电机材料有效利用率和发电机运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，具体地指一种基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统。
背景技术
水电站的冷却供水对象主要是水轮发电机组，其主要作用是对水轮发电机组进行冷却和润滑，冷却供水设备主要包括发电机空气冷却器、发电机推力轴承及导轴承、水轮机导轴承、水轮机主轴密封等。目前水轮发电机组常用的冷却方式主要有风冷、水内冷以及蒸发冷却等三种方式，其冷却介质分别为空气和清洁水。采用水冷技术可提高水轮发电机的极限容量，有效降低定子绕组温度，但是运行维护较为复杂，且存在线圈股线锈蚀、结构漏水和纯水系统水污染等问题，影响机组运行安全和使用寿命；空气冷却目前在水轮发电机组中应用较多，其安装调试和维护简便，但其冷却效果和材料利用率不如水冷，且容易导致定子线棒轴向温度分布不均匀，进而诱发定子叠片翘曲并产生机械内应力集中等问题。因此，亟需设计一种新型水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足之处，而提出了一种基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，能有效解决大型风冷水轮发电机组换热效果较差、材料利用率低、机组热交换器容易结垢、线棒轴向温度分布不均等问题，并可有效保证水轮发电机组安全稳定运行，大幅度降低水资源的消耗，可以广泛应用于水利水电工程技术领域。
为实现上述目的，本发明所设计的基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特殊之处在于，包括水轮发电机组水冷却开式循环系统、水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统和氢气补充系统：
所述水轮发电机组水冷却开式循环系统用于采集冷却水实现与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统内的氢气完成热量交换；
所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统以氢气为冷却介质与水轮发电机组中心线进行热量交换；
所述氢气补充系统为水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统提供氢气源。
进一步地，所述水轮发电机组水冷却开式循环系统包括控制阀组、滤水器、减压阀、热交换器，通过从水轮发电机组的取水口取得的冷却水实现与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统完成热量交换后，排向水轮发电机组尾水管或水电站下游尾水。
更进一步地，所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统包括氢气监测稳压装置、循环加压装置、热交换器、氢气干燥装置、水轮发电机组定子绕组冷却器。
更进一步地，所述氢气监测稳压装置沿信号走向包含依次相连的氢气监测装置、信号反馈器、PLC和开度调节器；所述氢气监测装置监测所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统中氢气的纯度和压力传输至PLC，所述信号反馈器的信号输入端与PLC的信号输出端相连，所述信号反馈器的信号输出端与开度调节器的信号输入端相连。
更进一步地，所述循环加压装置包括一个工作风机加压系统和备用风机加压系统，两套加压系统择一切换互为备用。
更进一步地，所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统设置有CO2进气口和CO2排气口，用于对管路中的氢气进行排空和置换。
更进一步地，所述氢气补充系统包括减压阀组、稳压储气罐、智能补气装置，所述减压阀组与氢气站连通，所述稳压储气罐与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统连通。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：
(1)本发明提出的基于氢气冷却技术的水轮发电机组定子绕组内冷却系统以氢气为冷却介质，由于氢气的传热系数是空气的5倍，换热和绝缘性能均较好，可有效降低发电机通风损耗和结构尺寸，提高发电机材料有效利用率和发电机运行效率。
(2)本发明能有效解决大型风冷水轮发电机组换热效果较差、机组热交换器容易结垢、定子线棒轴向温度分布不均匀、定子叠片翘曲等问题，以及水内冷水轮发电机组线圈股线锈蚀、结构漏水等问题，提高机组运行安全和使用寿命，大幅度降低水资源的消耗，可以广泛应用于水利水电工程技术领域。
附图说明
图1为本发明基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统的结构示意图。
图中：水轮发电机组水冷却开式循环系统1，压力钢管1.1，取水口1.2，控制阀组1.3，滤水器1.4，减压阀1.5，热交换器1.6，水轮发电机组尾水管或水电站下游尾水1.7，水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2，氢气监测稳压装置2.1，氢气监测装置2.1.1，信号反馈器2.1.2，开度调节器2.1.3，循环加压装置2.2，氢气干燥装置2.3，水轮发电机组定子绕组冷却器2.4，CO2进气口2.5，CO2排气口2.6，氢气补充系统3，减压阀组3.1，稳压储气罐3.2，智能补气装置3.3。
具体实施方式
为了使本发明技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明提出的一种基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，包括水轮发电机组水冷却开式循环系统1、水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2和氢气补充系统3。
水轮发电机组水冷却开式循环系统1用于采集冷却水实现与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2内的氢气完成热量交换。水轮发电机组水冷却开式循环系统1包括控制阀组1.3、滤水器1.4、减压阀1.5、热交换器1.6，通过从水轮发电机组在压力钢管1.1上设置的取水口1.2取得的冷却水通过管路依次与操作阀组1.3、滤水器1.4、减压阀1.5、热交换器1.6、水轮发电机组尾水管或水电站下游尾水1.7相联，与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2完成热量交换后，排向水轮发电机组尾水管或水电站下游尾水1.7。
水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2以氢气为冷却介质与水轮发电机组中心线进行热量交换。水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2是由氢气监测稳压装置2.1、循环加压装置2.2、热交换器1.6、氢气干燥装置2.3、水轮发电机组定子绕组冷却器2.4组成的封闭的循环冷却回路。氢气监测稳压装置2.1沿信号走向包含依次相连的氢气监测装置2.1.1、信号反馈器2.1.2、PLC和开度调节器2.1.3；氢气监测装置2.1.1监测水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2中氢气的纯度和压力传输至PLC，信号反馈器2.1.2的信号输入端与PLC的信号输出端相连，信号反馈器2.1.2的信号输出端与开度调节器2.1.3的信号输入端相连。氢气监测装置2.1.1可实时监视氢气压力、温度、纯度，当氢气纯度低于95％时通过信号反馈器2.1.2的信号输入端与PLC的信号输出端相连，信号反馈器2.1.2的信号输出端与开度调节器2.1.3的信号输入端相连，通过调整开度调节器2.1.3的开度进行补氢操作，直至水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2内氢气纯度合格为止。
循环加压装置2.2包括一个工作风机加压系统和备用风机加压系统，两套加压系统择一切换互为备用。水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2还设置有CO2进气口2.5和CO2排气口2.6，用于对管路中的氢气进行排空和置换。
氢气补充系统3为水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2提供氢气源。氢气补充系统3包括减压阀组3.1、稳压储气罐3.2、智能补气装置3.3，减压阀组3.1与氢气站连通，稳压储气罐3.2与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统2连通。智能补气装置3.3通过监测稳压储气罐3.2内氢气的压力，当稳压储气罐3.2内氢气压力低于整定值时，通过智能补气装置3.3通过打开电动阀门，将稳压储气罐3.2与电站厂内氢气站相连同实现补气；当稳压储气罐3.2内氢气压力达到整定值时通过智能补气装置3.3关闭电动阀门。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特征在于：包括水轮发电机组水冷却开式循环系统(1)、水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)和氢气补充系统(3)：
所述水轮发电机组水冷却开式循环系统(1)用于采集冷却水实现与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)内的氢气完成热量交换；
所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)以氢气为冷却介质与水轮发电机组中心线进行热量交换；
所述氢气补充系统(3)为水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)提供氢气源。
2.根据权利要求1所述的基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特征在于：所述水轮发电机组水冷却开式循环系统(1)包括控制阀组(1.3)、滤水器(1.4)、减压阀(1.5)、热交换器(1.6)，通过从水轮发电机组的取水口(1.2)取得的冷却水实现与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)完成热量交换后，排向水轮发电机组尾水管或水电站下游尾水(1.7)。
3.根据权利要求1所述的基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特征在于：所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)包括氢气监测稳压装置(2.1)、循环加压装置(2.2)、热交换器(1.6)、氢气干燥装置(2.3)、水轮发电机组定子绕组冷却器(2.4)。
4.根据权利要求1所述的基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特征在于：所述氢气监测稳压装置(2.1)沿信号走向包含依次相连的氢气监测装置(2.1.1)、信号反馈器(2.1.2)、PLC和开度调节器(2.1.3)；所述氢气监测装置(2.1.1)监测所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)中氢气的纯度和压力传输至PLC，所述信号反馈器(2.1.2)的信号输入端与PLC的信号输出端相连，所述信号反馈器(2.1.2)的信号输出端与开度调节器(2.1.3)的信号输入端相连。
5.根据权利要求1所述的基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特征在于：所述循环加压装置(2.2)包括一个工作风机加压系统和备用风机加压系统，两套加压系统择一切换互为备用。
6.根据权利要求1所述的基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特征在于：所述水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)设置有CO2进气口(2.5)和CO2排气口(2.6)，用于对管路中的氢气进行排空和置换。
7.根据权利要求1所述的基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统，其特征在于：所述氢气补充系统(3)包括减压阀组(3.1)、稳压储气罐(3.2)、智能补气装置(3.3)，所述减压阀组(3.1)与氢气站连通，所述稳压储气罐(3.2)与水轮发电机组定子绕组氢气内冷却闭式循环系统(2)连通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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