Контроль влажности водорода при охлаждении электрогенераторов

02.04.2018

При функционировании генератора нагревается корпус и конструктивные элементы агрегата, вследствие этого преждевременно изнашивается электроизоляция. Электроизоляционные материалы различаются по классу нагревостойкости. Так, для класса нагревостойкости электроизоляции «В» максимальная температура: статорной обмотки – не более 105 °С, ротора - менее 130 °С. Для предупреждения чрезмерного перегрева производят охлаждение генераторов.

Способы охлаждения электрогенераторов

Для охлаждения генераторов используют: воздух, водород, жидкости (подготовленная вода и масло).

В зависимости от мощности и конструкции электрогенератора применяют несколько способов его охлаждения:

Косвенное охлаждение (проточное и замкнутое). Охлаждающее вещество при помощи входящих в хладосистему вентиляторов прогоняется через немагнитные и вентиляционные отверстия агрегата. Тепло проходит через электроизоляцию, а охладитель не контактирует с токоведущими частями.
Проточную систему воздухоохлаждения используют только для турбогенераторов устаревших моделей мощностью не более 2 МВА и гидрогенераторов мощностью менее 4 МВА. Воздух в установку поступает из машинного отделения, по этой причине очень быстро загрязняется электроизоляция роторных и статорных обмоток, далее нагретый воздух подаётся обратно в рабочее помещение.
При замкнутой системе воздухоохлаждения одинаковый объем воздуха перемещается по замкнутой траектории, и охлаждается в воздухоохладителе, внутри которого циркулирует дистиллированная вода. Отводимое тепло поступает в отделение с горячим воздухом, и после охлаждения посредством вентиляторов опять подаётся в агрегат. Турбогенераторы с замкнутой охлаждающей системой производятся мощностью не более 12 МВт.
Непосредственное охлаждение (водородное, жидкостное, комбинированное), когда охлаждающий состав контактирует с проводниками обмоток.

Водородное охлаждение электрогенераторов

На сегодняшний день водородное охлаждение является наиболее востребованным методом газоохлаждения электрогенераторов. Теплопроводность водорода примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха, а коэффициент теплоотдачи от поверхности к водороду при параллельном потоке больше чем у воздуха в полтора раза. Плотность Н2 составляет лишь 0,07 плотности воздуха, также водород не вызывает окисления деталей электрогенератора.

Плюсы использование Н2 в качестве газоохладителя:

сокращаются вентиляционные потери в генераторе и потери на трение ротора об охладитель;
исключается угроза возникновения пожара;
улучшается теплоотвод от генератора (по сравнению с воздухоохлаждением), при этом увеличивается мощность установки при неизменных электромагнитных нагрузках;
электрогенератор функционирует практически бесшумно, так как плотность Н2 невелика.

В тоже время существуют и отрицательные аспекты применения водородного газоохлаждения, а именно: повышенная взрывоопасность водородно-воздушной смеси. Заполнение корпуса генератора водородом или воздухом выполняют только путём полного вытеснения воздуха и водорода 3-им промежуточным газом – чаще всего, углекислотой. Категорически запрещается долговременное функционирование генератора на двуокиси углерода, который вступая в соединение с влагой (присутствует всегда в корпусе установки), оседает на составных частях оборудования, и загрязняет конструктивные элементы, нарушая теплоотвод от генератора. Ввиду этого оксид углерода используют только для вытеснения воздуха и водорода из корпуса, когда запускают и отключают электрогенератор.

Измерители микровлажности ИВГ-1 – для измерения микровлажности Н2 в системах газоохлаждения электрогенераторов

Для предотвращения образования конденсата на стенках газоохладителей температура точки росы Н2 в корпусе электрогенератора при рабочем давлении должна быть ниже, чем температура жидкости на входе в газоохладитель, но не выше 15 °С. Последнее требование фактически определяет влагосодержание газа не более 12,8 г/м3.

Увеличение влажности Н2 приводит к негативным последствиям в функционировании электрогенераторов:

нарушается механическая прочность роторных бандажей;
становится невозможным производить понижение температуры холодного водорода в осенне-зимний период из-за угрозы появления влаги на стенках газоохладителя;
повышение влагосодержания в газе на 1 г/м3 увеличивает плотность газовой смеси, что влечет за собой возрастание вентиляционных потерь в электрогенераторе на 0,8-1%.

Обычно анализ содержания влаги в водороде осуществляют на выходе из осушителя, тем самым обеспечивая контроль микровлажности поступающего газа в систему газоохлаждения электрогенератора. При необходимости, также осуществляется диагностика влажности водорода до его поступления в осушитель, что позволяет проанализировать эффективность работы системы осушки.

Для выполнения вышеперечисленных задач ОАО «Практик-НЦ» разрабатывает и выпускает стационарные измерители микровлажности ИВГ-1, обеспечивающие измерения температуры и содержания влаги в неагрессивных газовых средах в диапазоне точки росы от -80 до 0 °С.