[发明专利]基于氢冷技术的水轮发电机组定子绕组内冷却循环系统

说明书

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。

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。