第八章 发电机氢水油系统
发电机在运行中的铁芯和绕组都要发热，所产生的热量和发电机的输出功率有着密切的关系，发电机的输出功率越大，其发热量也越大，这将导致发电机温度过高，影响其内部的绝缘，如果这一部分热量不能迅速排出，将造成发电机的绝缘材料超过最高温度而老化和烧毁。这就要求必须采用合适的冷却方式有效地带走发电机内部各项损耗所产生的热能，将发电机各部分的温升控制在允许范围内，保证发电机安全可靠地运行。
发电机通常采用的冷却介质有：空气、水、氢气等。空气冷却效率低、效果差和损耗大，通常用在小容量的发电机中；水冷却效果较好，但对水质要求高，水中不应携带有机械杂质，对导电度要求高，导电度过大增加了发电机的泄露损失，而且有可能引发发电机接地事故的发生，并且水冷却需要良好精密的机械密封装置造价高、可靠性差；氢气冷却通风损耗小、冷却效果好，但是氢气具有爆炸特性，一旦空气混合后在一定比例内（4%～76%）具有强烈的爆炸特性。因此，工程实践中广泛采用的是氢气与水组合冷却方式，我公司机组采用水氢氢冷却方式，即用水冷却定子绕组，氢气冷却定子铁芯和转子绕组，因采用氢气冷却为防止漏氢，并且不使氢气系统中漏入空气，同时必须配备发电机密封油系统。
第一节 氢气冷却系统
一、系统概述
发电机氢冷系统是用于冷却发电机的定子铁芯和转子，其中转子绕组为氢气内冷，铁芯为氢气外部冷却，氢冷系统采用闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却，氢气系统主要由氢站的高压储氢罐、备用氢瓶，置换用的CO2钢瓶，氢气干燥器，氢气减压器，氢气过滤器，纯度分析器，液体探测，氢气露点仪等组成，向发电机转子绕组和定子铁芯提供适当压力、高纯度的冷却用氢，同时还要完成对氢气的冷却、干燥及检测。 二、氢气冷却系统流程介绍
氢站储氢罐→供氢管道→氢压调节器→发电机内部→氢气冷却器→发电机内部。由制氢站制备的纯度、湿度合格的氢气由储氢罐通过管路输送至主厂房，
经过氢气减压器由发电机顶部管路进入发电机供冷却使用；发电机底部布置排污口用于排出发电机内不合格的氢气及污染物。氢气进入发电机依靠安装在发电机大轴上的风扇提供循环动力构成定子通风冷却循环及转子通风系统，热氢通过氢气冷却器进行冷却。氢气系统同时设置氢气干燥系统、纯度分析装置及湿度分析装置用以保障氢气品质的合格。
图8-1氢气冷却系统图
三、氢冷系统的冷却方式
发电机以氢气作为主要冷却介质，采用径向多流式密闭循环通风方式运行，定子绕组采用单独的水冷却系统，而氢气冷却系统，包括风扇、氢气冷却器部置于发电机内部。发电机的通风系统包括定子通风系统和转子通风系统两个组成部分。
定子通风系统，发电机定子铁芯沿轴向分为15个风区，7个进风区和8个出风区相间布置。装在转子上的两个轴流风扇（汽、励侧各一个）将冷却后的氢气分别鼓入气隙和铁芯背部，进入背部的气流沿铁芯径向风道冷却进风区铁芯后进入气隙；少部分风进入转子槽内风道，冷却转子绕组；其它大部分再折回铁芯，冷却出风区的铁芯，最后从机座风道进入冷却器；被冷却器冷却后的氢气进入风扇前再循环。这种交替进出的径向多流通风保证了发电机铁芯和绕组的均匀冷却，
减少了结构件热应力和局部过热。为了防止风路的短路，常在定转子之间气隙中冷热风区间的定子铁芯上加装气隙隔环，以避免由转子抛出的热风吸入转子再循环。
图8-2发电机定子、转子通风系统
转子通风系统，如图8-2所示，转子本体段的导体冷却采用的气隙取气径向斜流式通风系统：在转子线棒凿了两排不同方向的斜流孔至槽底，于是，沿转子本体轴向就形成了若干个平行的斜流通道。通过这些通道，冷却用氢气交替的进入和流出转子绕组进风口的风斗，迫使冷却氢气以与转子转速相匹配的速度通过斜流通道到达导体槽的底部，然后拐向另一侧同样沿斜流通道流出导体。从每个进风口鼓进的冷风是分成两条斜流通道向两个方向流进导体，同样，有两条出风通道汇流在一起从出风口流出进入气隙。因此，每个通道从平行线棒纵向切面看成“V”形，而垂直线棒横断面投视图为“U”形。
由于任何数量的斜流段都可以沿轴向排列，因而转子绕组的这种结构设计方式与转子长度无关，具有很方便的灵活性。如图8-3所示，沿转子长度方向，高温出风区和低温进风区交替分布。同时定子的进出风区与转子的进风区相匹配，并采用静止挡风板以限制热风在转子中的再循环，另外，从定子流进气隙的气流量比进入转子的气流量大，进一步降低转子热气量的再循环。因此转子铜线温度比较均匀。
对于转子两端绕组，斜流气隙取气系统所冷却不到的部分，冷却气体由风
扇压迫进入护环下的轴向风道，然后从本体端部由径向风道进入气隙。
图8-3转子通风冷却方式
四、氢气系统主要参数
额定氢压：0.3MPa（表压） 允许最大氢压：0.35MPa
氢气纯度：大于96%，（容积比） 氢气密度：小于或者等于4g/m3 发电机及氢气管路充氢容积：71m3
发电机及氢气管路系统（不包括制氢站储氢设备及氢母管）漏氢量：8m3/24h 五、氢气系统主要设备 （一）供气装置
氢气供气装置提供必须的阀门、压力表、调节器和其他设备将氢气送进发电机内，还提供用来自动调节机内氢气压力或手动阀门，或者是借助于压力调节器手动调节机内所需氢气压力值。在供氢管道中设置有两套自动补氢装置：一是电磁阀，它和压力控制器中的常开开关串联在一个电器回路中，当发电机内氢压降至低限时，压力控制器中的开关闭合，电磁阀带电开启，氢气通过电磁阀进入发电机内，当机内氢气压力升至高限整定值，压力控制器开关断开，电磁阀断电关闭，补氢停止。二是减压器，它的输出压力值整定在发电机额定氢气压力值，只要机内氢气压力降低，减压器输出端就会有氢气输出，直至机内氢压恢复到额定值为止。 （二）氢气干燥器
氢气干燥器大体可分为冷凝式和吸附式两种。
冷凝式氢气干燥器利用制冷系统和换热系统将流过氢气干燥器的氢气冷却，使其温度降到“露点”以下，而其中的水蒸气以结露或结霜的形式分离出来，再经过加热（热冲霜）过程将霜化成水排出，从而达到降低氢气湿度的目的。被冷却的氢气再经换热系统升温后返回电机。在单一台机器运行工作过程中有一个化霜期，在化霜期内无除湿效果，因此使除湿效率受到影响。为了提高除湿效率可以采取两台设备联合运行交替除湿，其中当一台设备制冷除湿，另一台设备化霜，交替工作，不间断除湿。这样既提高了除湿效率，又增加了压缩机休息时间。冷凝式氢气干燥器结构简单、但除湿效率较低，对压缩机工作稳定性依赖性大，另外制冷剂氟利昂对环境有一定影响，近年来新投产机组较少采用。
吸附式氢气干燥器对氢气进行干燥处理的原理是利用固态干燥剂活性铝的吸湿能力。将发电机中冷却用氢气通过填充满高疏松活性氧化铝的吸湿塔而实现的。活性铝的重要性是其具有的化学惰性，并且无毒，当它吸收水分达到饱和后，可通过加热来驱除水分，从而恢复吸湿性能。活性铝具有再生还原的性能，不受重复再生的影响。干燥器再生是由埋置在活性铝中的电加热装置定时对干燥器加热，使饱和的活性铝中的水分汽化，同时让附加封装的氢气流过吸湿层，从而带走加热释放出来的水蒸汽，然后将氢气冷却，冷凝出的水分将通过分离器和疏水阀将水排出系统。
考虑到氢气中含有雾化油问题，氢气在进入吸湿塔时对活性铝的吸湿性能有影响，该设备在氢气中进入吸湿塔前端附加有油气分离和气雾分离器两个装置，氢气在经过两个罐体时，能够将氢气中的雾化油分离出来。当油气分离器中的液位达到浮子继电器控制点时，设备将发出报警信号，同时启动防爆电磁阀，将氢气进口隔断，而旁路电磁阀打开。这样能够有效地控制吸湿塔中进油而造成活性铝失效或加热损坏。气雾分离器中有过滤网和活性碳。可有效地减少氢气中的雾化油进入吸湿塔中而降低活性铝的吸湿性能，大大提高了活性铝和加热器的使用寿命。减少了干燥器的污染。 （三）油水检测仪
如果发电机内部漏进油或水，油水将流入报警器内。报警器内设置有一只