第五章氢冷及双水内冷发电机的运行.docVIP

氢冷及双水内冷发电机的运行 5.1 氢冷发电机的运行 概述 发电机的容量主要由发电机各部分的温度及温升所决定，所以发电机提高容量的方法是增大发电机的体积或改变发电机的冷却方式。 现代发电机在体积一定的情况下都尽可能提高期容量。发电机若超过额定容量长期运行，就会使发电机各部分的温度和温升超过规定值，从而引起绝缘过热而老化，直至烧坏发电机，这是不允许的。若增大发电机的体积来提高发电机的容量，则在制造、安装和运输方面均会造成困难，并使金属材料的消耗也增多，因而一般都采用改变发电机的冷却方式提高发电机的容量，这已成为电机制造方面发展的方向。 1.汽轮发电机的损耗和效率 汽轮发电机运行的时候，要产生损耗，这是由一种形态的能（机械能）转变 为另一种形态的能（电能）时所不能避免的。这些损耗变成了热能，因而使发电机各部分发热，从而温度升高。为了保证发电机能在绕组所用绝缘材料的容许温度下长时间运行，必须经常地把铜损和铁损所产生的热量排出去，因此采用气体冷却系统将发电机内部的热量带走。 由气体冷却系统排出的汽转发电机的损耗可分为电气损耗（铜损和铁损） 和通风损耗（风扇和气体系统的损耗及转子与气体相摩擦的损耗）两部分。对空冷发电机而言，通风损耗约占发电机全部损耗的35～50％，而通风损耗的大小决定于冷却介质的重量。冷却介质重量越轻，损耗也越小，氢是一切气体中最轻的气体，所以用氢作为冷却介质，可减少发电机的通风损耗和提高发电机的效率。如一台TBC－30－2型发电机由空冷改用氢冷后，通风损耗减少，电机发热降低原来的三分之一，从而发电机的容量可提高为额定容量的20～30％，发电机效率提高1.0～0.7％。效率的提高，在大型发电机上表现得尤其明显，如表5-1所示。 表5-1 汽轮发电机的损耗和效率 数据 项目 125000千伏安发电机 315000千伏安发电机 氢冷却 空气冷却 氢冷却 空气冷却 容量（千瓦） 功率因数 通风损耗（千瓦） 轴承损耗（千瓦） 铁芯损耗（千瓦） 定子铜损（千瓦） 外加短路损耗（千瓦） 励磁损耗（千瓦） 总损耗（千瓦） 效率（％） 10000 0.9 140 210 460 107 176 172 1265 98.7 10000 0.9 1250 210 460 107 176 172 2375 97.7 25000 0.8 36.6 82 132.6 56.8 79.8 77.4 465.2 98.1 25000 0.8 226.5 82 132.6 56.8 79.8 77.4 665.1 97.4 氢气的重量比空气轻14.3倍，因此使用氢作为冷却介质时，通风损耗减少，以10000千瓦发电机为例，用空气冷却时通风损耗为1250千瓦，用氢气冷却后，通风损耗为140千瓦，而其它损耗不变，这样，由于通风损耗大大减少的结果，使发电机各部分绕组的温升降低10～15℃，效率可以提高98.7-97.7%=1.0%。 2.气体的特性及分析 氢冷却汽轮发电机运行时，使用氢气作为冷却介质，在发电机事故及停机 检修状态时，则用空气作为冷却介质，而二氧化碳则作为气体置换过程中的中间介质，现在分析一下这些气体的特性，如表5-2所示，以使电气运行人员在操作时避免发生事故。 表5-2 氢气、二化碳及空气的特性比较 气 体 的 特 性 空 气 氢 气 二 氧 化 碳 热传导率 密 度 从表面到气体的传热系数 单位容积含热量 1 1 1 1 6．69 0．0696 1．51 0．996 0．638 1．52 1．132 1．29 氢气 在标准状态下，氢气的重量是89.87克／立方米，空气的重量是1293 克／立方米，比空气轻14.3倍，故发电机的通风损耗大为降低； 从表面到氢气的传热系数比空气大1.51倍。由于传热能力大大提 高，汽轮发电机的损耗变成的热量可由氢气很快地、大量地带走，因此发电机各部分的温升一般可以降低10～15℃，这样就提高了发电机的容量和效率； 氢气制造方便，一般机组总容量为40万千瓦及以下的发电厂，装 设一组容量为4立方米／时的电解制氢设备，便可供给氢冷发电机用； 氢气不会产生电晕，不会使发电机绝缘老化； 氢气的渗透力很强，故氢气很容易从轴承、法兰盘及发电机引出线 的青铜座板和瓷套管、机壳的焊缝管等处扩散出来，造成氢压和纯度的降低； 氢气是无色、无味、无臭、易燃的气体，故有着火的危险。遇电弧 及明火等时会引起燃烧。氢气和空气的混合气体（其中含氢量在4～76％范围内）在密闭容器内有产生强烈爆炸的危险。为了防止氢冷发电机的爆炸危险，在发电机机壳内应经常保持0.03～0.05表大气