CN1416202A - 水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机冷却技术，涉及水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，该装置是内部充有冷却介质的全封闭自循环系统，发电机定了绕组由空心导体和实心导体组合而成，定子绕组的上下两端分别通过上端和下端电液分离接头连接上绝缘引管和下绝缘引管；上绝缘引管通过集气管和冷凝器的冷凝空间相连，下绝缘引管通过集液管与回液管的下端相连，回液管的上端与冷凝器的冷凝空间相连；再通过上环管把整台发电机所需要的多台冷凝器并连，通过集液管使多根回液管并连。装置还设有冷凝器二次冷却水泄漏检测仪。本装置完全避免了因冷却介质泄漏破坏绕组线圈绝缘造成短路的重大事故，极大地提高了运行可靠性，并且节省了投资和运行费用。

Description

水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置

技术领域：

本发明属于发电机的冷却技术，提供一种水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置。

背景技术

众所周知，现有技术的水轮发电机定子绕组，一般采用空冷和水冷。空冷机组是通过绕组绝缘外部吹风冷却，所以冷却效果差，限制了机组向更大容量发展。水冷机组是通过水泵加压使水在绕组空心导体内流动，带走热量，因而冷却效果好。但是一旦冷却水泄漏往往引起短路，迫使机组停机检修，造成重大经济损失。世界上现有的大型水冷发电机组常有这类事故的报导。

显然，现在技术空冷和水冷满足不了特大型发电机组的冷却和安全要求，必须研究开发新的冷却介质和冷却技术，提高安全运行的可靠性。我国自主研究开发的蒸发冷却技术业已成熟。完全能满足大型发电机组冷却技术要求。所谓蒸发冷却，是把冷却液体灌入发电机定子线圈实心导线内，利用液体介质气化吸热的原理来冷却电机。蒸发冷却选用的冷却介质具有高绝缘、低沸点、安全、无毒、稳定的特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，该装置完全避免了因冷却介质泄漏破坏绕组线圈绝缘造成短路的重大事故，装置还提供了二次冷却水泄漏检测仪，保证装置完全可靠地运行。

本发明水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置是一个内部充有冷却介质的全封闭自循环系统。发电机定子绕组由空心导体和实心导体组合物构成，其上下两端分别通过上端电液分离接头和下端电液分离接头，连接上端绝缘引管和下端绝缘引管，上绝缘引管通过集气管和冷凝器的冷凝空间相连，下绝缘引管通过集液管和回液管的下端相连，回液管的上端与冷凝器的冷凝空间相连；再通过上环管把整台发电机所需要的多台冷凝器并连，通过集液管使多根回液管并连。

本发明水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其冷凝器由金属罐体和罐内密封金属管束构成。管束进出口在罐体上经密封接头引出罐外；金属罐体与密封金属管束之间有足够的冷凝空间。金属罐体上安装压力传感器，压力开关，减压电磁阀，二次冷却水泄漏检测仪的检测电极。

水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其密封循环系统中的回液管其中的一根通过连通管与磁性浮子式液位计相连接，液位计的下端装有一只压力传感器。

水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置密封循环系统中，每只冷凝器都安装有冷却水泄漏检测仪。其检测电极是由插入冷凝器冷凝空间底部的两根彼此隔离的金属电极组成检测电极，由密封接头引出到罐外与检测电路结合，实现冷凝器内密封金属管束内流动的二次冷却水的泄漏报警。

水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置是一个充有适量冷却介质的全封闭循环系统。其冷却介质的特征是电气绝缘性能好，不燃烧，沸点温度在28度-60度之间，对构成循环系统的组件铜导体，电液分离接头，绝缘引管及密封件无腐蚀、性能稳定符合环保要求的液体。

冷却液体的注入量可以以液位计的显示确定，液位计中冷却液高度L由下列计算公式确定：

L＝(P2-P1)/Q其中：P2为液位计下端压力传感器9所示压力，单位为g/cm²，

  P1为冷凝器冷凝空间压力传感器所示压力，单位为g/cm²，

  Q为冷却液的比重，单位为g/cm³，

  L为冷却液度高，单位为cm。

本发明水轮发电机定子绕组蒸发冷却装置运行时，冷却液在系统中密闭循环与冷凝器密封金属管束中流动的二次冷却水进行完全热交换。为保证正常运行，不允许二次冷却水漏入冷凝器的冷凝空间。为此本发明提供了二次冷却水泄漏检测仪，其电路原理下文中结合实施例说明。

采用本发明的水轮发电机定子绕组蒸发冷却装置，具有水冷机组一样冷却效果好的优点，而由于蒸发冷却自循环系统内的冷却介质具有高绝缘性能，又避免了水冷机组那种因定子绕组水泄漏发生短路事故的危险。从而极大地提高了运行可靠性。再者，定子绕组蒸发冷却介质循环动力是利用液相和气液两相的比重差，在重力作用下实现无泵自循环的。这个过程随电机负荷大小而自动调节，使绕组的温升近似恒定，减小了绕组铜导体和绝缘之间的热应力，有利于提高电机绕组的使用寿命。另外采用电机绕组蒸发冷却不需要水内冷机组运行所需的水处理和循环泵设备，节省了投资和运行费用，简化了运行管理。

此外，本发明提供的二次冷却水泄漏检测仪确保本装置安全可靠地运行，当冷凝器中的二次冷却水有微量泄漏时，检测仪将给出报警信号。

附图说明

图1是水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置结构原理图。

图2是冷凝器二次冷却水泄漏检测仪的电路原理图。

具体实施方式

图1所示为一立式水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置。由空心导体和实心导体组合构成定子绕组1，其上端通过电液分离接头2，和上绝缘引管3相连。电液分离接头是一种使绝缘引管和定子绕组密封连接的固定件。上绝缘引管3通过密封接头4与集气管5相连，集气管5再和冷凝器6的冷凝空间相连。冷凝器6的冷凝空间与回液管7相连，回液管7通过连通管与磁性浮子式液位计8相连接。液位计下端安装下压力传感器9。回液管7的下端连接集液管10，集液管10通过密封接头11连接下绝缘引管12。下绝缘引管12与下电液分离接头13相连，下电液分离接头13与定子绕组1的下端相连。冷凝器6的上部冷凝空间外安装上压力传感器14，另一引出接管安装压力开关15和减压电磁阀16。还装有二次冷却水泄漏检测仪的检测电极17，即伸进冷凝器的一对电极T1、T2。冷凝器6的内部装有密封金属管束18，其中流通二次冷却水，管束18的进出口经密封引出罐外。上环管19使多台冷凝器并联。绕组1中的空心导体，回液管7，以及与其连通的部件中注入适量的冷却液体。

在本实施例中，选用的冷却介质具有高绝缘、低佛点、安全、无毒、稳定的特性，例如氟碳化合物，其分子式为(C₂F₅)₃N，或HCFC-225或C₃F₅HCl₂或HFC-4310或C₅H₂F₁₀。

本发明二次冷却水泄漏检测仪电路的一个实例，如图2所示。由冷凝器中引出的检测电极T1经电阻R1接直流电源Vcc正端，检测电极T2接电源负端(即地端)。检测电极T1和电阻R1的接点接运算放大器LM的反相输入端。电阻R2与电阻R3串联后，电阻R2接电源正端，电阻R3接电源负端；电阻R2和R3的接点接运算放大器LM的正相输入端；运算放大器LM的正电源端和负电源端分别接电源正端和电源负端，电阻R4接在运算放大器的正相输入端与输出端之间。运算放大器LM的输出端接晶体三极管TR1的基板；晶体三极管TR1的集电极接电源正端，发射极通过电阻R5接电源负端。晶体三极管TR1的发射极接信号输出端D，又通过电阻R6接晶体三极管TR2的基极；晶体三极管TR2的发射极通过电阻R7接电源负端，集电极通过指示灯L1接电源正端。

本发明冷凝器二次冷却水泄漏仪电路的工作原理是：当冷凝器中流通二次冷却水的密封管束漏水时，冷凝器下部冷凝空间中的检测电极T1与T2之间的绝缘电阻变低，当运算放大器LM反相输入端的电位低于由电阻R2和R3分压所设定的正相输入端上的电压时，运往放大器的输出由低电平转为为高电平。电阻R4起加速作用，通过信号输出端D把漏水信号远传到发电机组监控中心，同时晶体三极管TR2导通，报警指示灯L1点亮。

水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置其工作过程是：当绕组内空心导体中的冷却液体吸收导体损耗所产生的热量而逐渐汽化，形成气相和液相流体混合物，其密度低于回液管中单相液体的密度，在重力作用下产生流动压头，克服回路阻力，维持系统循环。气相和液相混合的两相流体流向冷凝器的冷凝空间与冷凝器内部密封管束中流动的二次冷却水进行热交换，冷却液气体被冷凝成液体重新流入回液管。这个过程随电机负荷大小自动调节，即电机负荷增大时损耗加大，冷却液气化量也随着增大，使气液两相混合物的密度变得更低，致使流动压头增大，循环加快，带走更多的热量，从而保持绕组温度近似恒定。冷凝器上安装的压力传感器14反映冷凝器冷凝空间压力。用它控制减压电磁阀16以调节冷却介质蒸发温度，压力开关15检测报警压力，直接控制减压电磁阀降低冷凝器冷凝空间压力，确保安全运行。回液管7上连接的磁性浮子式液位计8能直观地显示密闭冷却循环系统中冷却介质的液位。液位计8下端安装的下压力传感器9与安装在冷凝器上部冷凝空间的上压力传感器14共同把液位变成电信号远传至机组监控中心。

Claims (8)

1.一种水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征在于蒸发冷却装置是内部充有冷却介质的全封闭自循环系统，发电机定子绕组由空心导体和实心导体组合而成，定子绕组的上下两端分别通过上端电液分离接头和下端电液分离接头连接上绝缘引管和下绝缘引管；上绝缘引管通过集气管和冷凝器的冷凝空间相连，下绝缘引管通过集液管与回液管的下端相连，回液管的上端与冷凝器的冷凝空间相连；再通过上环管把整台发电机所需要的多台冷凝器并连，通过集液管使多根回液管并连。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征是所述的冷凝器是由金属罐体和装在罐内的密封金属管束构成，管束进出口在罐体上经密封接头引出罐外。金属罐体与密封管束之间留有足够的冷凝空间，其中一台冷凝器金属罐体上安装上压力传感器，压力开关，减压电磁阀，二次冷却水泄漏检测仪的检测电极。

3.根据权利要求1所述的水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征是所述回液管其中一根通过连通管与磁性浮子式液位计相连接，液计的下端装有一只下压力传感器。

4.根据权利要求2所述的水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征是其中的二次冷却水泄漏检测仪的两根彼此隔离的检测电极一端插入冷凝器金属罐体内部冷凝空间底部并用密封接头引出到罐外，与外部电路连接。

5.根据权利要求1所述的水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征是密封系统内所充的冷却介质具有电气绝缘性能好，不燃烧，沸点温度在26度-60度之间，对铜导体，电液分离接头，绝缘引管及密封件无腐蚀，性能稳定，符合环保要求的液体。

6.根据权利要求5所述的水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征是冷却介质采用氟碳化合物，其分子式为(C₂F₅)₃N，或HCFC-225或C₃F₅HCl₂或HFC-4310或C₅H₂F₁₀。

7.根据权利要求3所述的水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征是液位计中冷却液的高度L由下列计算公式确定：

L＝(P2-P1)/Q式中：P2为液位计下端压力传感器所示压力，单位为g/cm²，

  P1为冷凝器冷凝空间压力传感器所示压力，单位为g/cm²，

  Q为冷却液的比重，单位为g/cm³，

  L为冷却液高度，单位为cm。

8.根据权利要求2或4所述的水轮发电机定子绕组的蒸发冷却装置，其特征是二次冷却水泄漏检测仪的电路是这样的，由冷凝器中引出的检测电极T1经电阻R1接直流电源Vcc正端，检测电极T2接电源负端，即地端，检测电极T1和电阻R1的接点接运算放大器LM的反相输入端；电阻R2与电阻R3串联后，电阻R2接电源正端，电阻R3接电源负端；电阻R2和R3的接点接运算放大器LM的正相输入端；运算放大器LM的正电源端和负电源端分别接电源正端和电源负端，电阻R4接在运算放大器的正相输入端与输出端之间，运算放大器LM的输出端接晶体三极管TR1的基板；晶体三极管TR1的集电极接电源正端，发射极通过电阻R5接电源负端；晶体三极管TR1的发射极接信号输出端D，又通过电阻R6接晶体三极管TR2的基极；晶体三极管TR2的发射极通过电阻R7接电源负端，集电极通过指示灯L1接电源正端。