一种智能化发电机氢气冷却系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种系统，尤其是涉及一种智能化发电机氢气冷却系统，它属于电力发电机系统，特别是涉及发电厂的发电机组氢气冷却系统的自动化控制技术领域。


背景技术：

2.现代的电站通常利用发电机来产生电。这些发电机在运转过程会产生大量的热必须冷却，以使发电机在最高效率下运转。传统地空气作为冷却介质来帮助散热。然而，随着发电机容量和体积的增大，由于其高热容和低密度的氢气代替了空气。另外，采用氢气比体积相比的空气更小，发电机风阻或者摩擦损耗更少。由于风阻小损失效率少，因而期望在发电机中保持尽量高的氢气纯度和氢气压力。而为了密封氢气，我们现在工艺采用密封油系统来密封发电机内部的氢气，这就造成密封油与氢气接触，造成密封油污染氢气，降低氢气纯度，对于一个800兆瓦的发电机来说，发电机中氢气纯度减少8%将使发电成本每天几乎增加4000美元。
3.在发电机运转时，氢气会溶解到密封油中造成氢气消耗，传统地，为了保持氢气的适当的压力水平和在发电机中的纯度，发电厂的操作员不断定期给发电机进行充排氢气，造成大量经济损失。而且一旦发电机出现故障相关系统检修就需要退氢置换，需要消耗大量二氧化碳和氢气，同时在置换过程中需要大量人力进行操作，费钱费力，如何减少发电机置换过程中回收氢气，减少二氧化碳消耗量，降低人员劳动强度同时在发电机正常运行过程中保证氢气纯度和压力，保证发电机时刻处于最优经济效率正是本技术设计系统及控制平台解决的难题。
4.公开日为2012年02月01日，公开号为cn101006345b的中国专利中，公开了一种名称为“保持电力发电机内氢气纯度的系统及其方法”的发明专利。该专利纯度系统包括发电机、配置成给所述发电机提供氢气的氢气发生器，以及用于检测所述发电机内的氢气纯度水平并在所述纯度降至预定的阈值以下时提供信号的纯度监控器；系统自动补偿气体损失或者污染以保持所述电力发电机期望的效率水平。该专利与本技术系统设计结构和运行方式完全不同，前者只能保证发电机氢气纯度，而本技术系统设计可以与电厂制氢站连接和储存氢气罐接通在处于回收模式中发电机排氢通过氢纯化设备进行循环再生通过氢泵回收储氢罐中、出现事故可以通过排放系统排向大气中、通过氢气控制平台几大模式、在发电机正常运行过程中实现发电机压力控制进行自动充氢，发电机投运检修的可以实现自动的置换、发电机纯度控制可以保证氢气纯度优于99%以上；根据自动化运行步骤能实现发电机氢冷系统全自动化控制与手动控制，时刻满足发电机当处于最佳运行条件。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，安全可靠，降低成本，节约置换合格时间，降低操作员工作强度，为发电厂氢系统投运及检修节约时间的智能化发电机氢气冷却系统。
6.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该智能化发电机氢气冷却系统，包括氢气供应压力控制阀、发电机氢气分流管入口阀、碳管侧二次隔离门、发电机二氧化碳分流管入口阀、发电机排空阀、二氧化碳充气门、氢气抽吸泵入口调节门、氢气抽吸泵、二氧化碳供应压力控制阀、氢气入发电机入口管线、发电机氢气分流管、发电机二氧化碳分流管、二氧化碳入发电机入口管线、送氢管线、氢气再生净化装置、制氢器、制氢器接入管线，制氢器接入管线隔离阀、储氢器，储氢器接入管线、储氢器隔离阀、氢气汇流排和二氧化碳汇流排，其特征在于：所述制氢器通过制氢器接入管线依次经过制氢器接入管线隔离阀、氢气抽吸泵入口调节门进入氢气抽吸泵升压送入氢气再生净化装置净化后，一支路储氢器接入管线经储氢器隔离阀阀门开启送入储氢器；一支路送入送氢管线与氢气汇流排汇合经氢气供应压力控制阀调压经过发电机氢气分流管入口阀送入氢气入发电机入口管线接入送入发电机氢气分流管中为发电机充氢；排放从发电机二氧化碳分流管经二氧化碳入发电机入口管线经发电机二氧化碳分流管入口阀、碳管侧二次隔离门、发电机排空阀控制排放大气；二氧化碳汇流排接入二氧化碳罐，二氧化碳气体经过二氧化碳供应压力控制阀调压后经二氧化碳充气门、发电机二氧化碳分流管入口阀进入发电机二氧化碳分流管。
7.作为优选，本实用新型还包括用于氢管与二氧化碳管一次隔离的氢管侧一次隔离门。
8.作为优选，本实用新型还包括用于发电机液体漏入探测及报警信号发出的发电机液位探测器。
9.作为优选，本实用新型还包括用于氢系统压力采集监视，纯度测量监视，绝缘测量监视、氢气湿度测量监视、系统逻辑控制，报警发出的氢气系统dcs监视与控制装置。
10.作为优选，本实用新型还包括氢气供应压力控制阀旁路和二氧化碳供应压力旁路控制阀，所述氢气供应压力控制阀旁路与氢气供应压力控制阀连通，二氧化碳供应压力旁路控制阀与二氧化碳供应压力控制阀连通。
11.作为优选，本实用新型还包括用于氢系统接入大气进行排空的氢气系统排空阀。
12.作为优选，本实用新型还包括用于氢气系统超压动作泄压保护的系统安全阀。
13.作为优选，本实用新型还包括氢气再生净化装置旁路阀，所述氢气再生净化装置旁路阀用于氢气再生净化装置关闭后提供旁路通道隔离与流通。
14.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过发电机压力控制模式、发电机气体纯度控制模式、发电机气体置换模式三大模式自动维持发电机内纯度、压力保证发电机安全经济运行，同时为发电机及相关系统氢气提供再生净化；在发电机需要退氢时候，能回收氢气最大限度降低发电厂制氢成本；通过置换模式控制发电机微真空，最大限度保证发电机置换需要耗材；节约置换合格时间，降低操作员工作强度；为发电厂氢系统投运及检修节约时间。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例中燃机发电与温差发电的联合系统的结构示意图。
16.图中：氢气供应压力控制阀1，发电机氢气分流管入口阀2，氢管侧一次隔离门3，碳管侧二次隔离门4，发电机二氧化碳分流管入口阀5，发电机排空阀6，二氧化碳充气门7，氢气抽吸泵入口调节门8，氢气抽吸泵9，二氧化碳供应压力控制阀10，氢气供应压力控制阀旁
路11，二氧化碳供应压力旁路控制阀12，氢气系统排空阀13，系统安全阀14，氢气再生净化装置旁路阀15；氢气入发电机入口管线101，发电机氢气分流管102，发电机二氧化碳分流管103，二氧化碳入发电机入口管线104，送氢管线106；氢气再生净化装置110，制氢器120，制氢器接入管线1201，制氢器接入管线隔离阀12011；储氢器130，储氢器接入管线1301，储氢器隔离阀13011；氢气系统dcs监视与控制装置140，氢气汇流排150，二氧化碳汇流排160，发电机液位探测器170。
具体实施方式
17.下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
18.实施例。
19.参见图1，本实施例智能化发电机氢气冷却系统包括氢气供应压力控制阀1、发电机氢气分流管入口阀2、碳管侧二次隔离门4、发电机二氧化碳分流管入口阀5、发电机排空阀6、二氧化碳充气门7、氢气抽吸泵入口调节门8、氢气抽吸泵9、二氧化碳供应压力控制阀10、氢气入发电机入口管线101、发电机氢气分流管102、发电机二氧化碳分流管103、二氧化碳入发电机入口管线104、送氢管线106、氢气再生净化装置110、制氢器120、制氢器接入管线1201、制氢器接入管线隔离阀12011、储氢器130、储氢器接入管线1301、储氢器隔离阀13011、氢气汇流排150和二氧化碳汇流排160，制氢器（120）通过制氢器接入管线1201依次经过制氢器接入管线隔离阀12011、氢气抽吸泵入口调节门8进入氢气抽吸泵9升压送入氢气再生净化装置110净化后，一支路储氢器接入管线1301经储氢器隔离阀13011阀门开启送入储氢器130；一支路送入送氢管线106与氢气汇流排150汇合经氢气供应压力控制阀1调压经过发电机氢气分流管入口阀2送入氢气入发电机入口管线101接入送入发电机氢气分流管102中为发电机充氢；排放从发电机二氧化碳分流管103经二氧化碳入发电机入口管线104经发电机二氧化碳分流管入口阀5、碳管侧二次隔离门4、发电机排空阀6控制排放大气；二氧化碳汇流排160接入二氧化碳罐，二氧化碳气体经过二氧化碳供应压力控制阀10调压后经二氧化碳充气门7、发电机二氧化碳分流管入口阀5进入发电机二氧化碳分流管103；
20.本实施例氢管侧一次隔离门3用于氢管与二氧化碳管一次隔离的。
21.本实施例发电机液位探测器170用于发电机液体漏入探测及报警信号发出。
22.本实施例氢气系统dcs监视与控制装置140用于氢系统压力采集监视，纯度测量监视，绝缘测量监视、氢气湿度测量监视、系统逻辑控制，报警发出的。
23.本实施例氢气供应压力控制阀旁路11与氢气供应压力控制阀1连通，二氧化碳供应压力旁路控制阀12与二氧化碳供应压力控制阀10连通。
24.本实施例氢气系统排空阀13用于氢系统接入大气进行排空的；系统安全阀14用于氢气系统超压动作泄压保护的。
25.本实施例氢气再生净化装置旁路阀15用于氢气再生净化装置110关闭后提供旁路通道隔离与流通。
26.本实施例系统功能包括:
27.1)监测所述氢气系统内：发电机内的氢气纯度、氢站供应来氢纯度、供应二氧化氮来纯度、储氢罐内氢气纯度、氢气再生净化装置110出口氢气纯度；
28.2)响应所述纯度降至预定阂值以下，产生信号；提供给氢气控制盘自动维持发电机气体纯度在正常范围98%以上；
29.3) 监测所述氢气系统内：发电机内的氢气压力、供应来氢压力、供应二氧化氮压力、储氢罐内氢气压力、氢气再生净化装置110出口氢气压力；
30.氢气输送泵出口压力，氢气输送泵入口压力；响应所述信号提供给氢气控制盘自动维持发电机气体压力在操作员要求定值；
31.4）监测发电机内湿度响应所述湿度降至预定阂值以下，产生信号;便于发电机运行提供依据；
32.5)监测发电机内绝缘过热在线监测、响应所述过热度高至预定阂值以上，产生信号;便于发电机运行提供依据；
33.6) 监测发电机内液位探测，响应所述发电机进密封油至预定阂值以上，产生信号;便于发电机运行及发电机置换时候真空度提供依据；
34.7)自动完成发电机以下发电机二氧化碳置换空气再置换成为氢气控制过程，自动完成氢气回收到储氢器130过程，自动完成二氧化碳置换氢气再置换成空气控制过程；
35.氢气系统控制模式包括发电机压力控制模式、发电机气体纯度控制模式和发电机气体置换模式；
36.本实施例智能化发电机氢气冷却系统的控制过程如下：
37.（s1）发电机压力控制模式：该模式自动维持发电机内气体压力，通过压力设定、自动控制发电机补气或排气，从而控制发电机内压力；发电机气体压力是由氢气供应压力控制阀1、二氧化碳供应压力控制阀10装置中压力调节阀来保持；如果该压力调节阀功能失常不能调节，要将其隔离并进行修理，发电机应通过氢气供应压力控制阀旁路11、二氧化碳供应压力旁路控制阀12手动进行控制；氢气的气源由制氢器120或者备用氢气汇流排150提供；如果发电机充入是二氧化碳，二氧化碳的气源由二氧化碳汇流排160提供。
38.发电机正常运行后如果发电机的气压比额定气压低，会导致转子绕组温升升高；因此在发电机气压低报警后，系统自动维持补氢保持额定氢压；发电机压力低报警应该设置在比正常气压低5%之内；发电机正常运行后如果发电机的气压比设定压力高；因此在发电机气压高报警后，需操作员检查确认方可排氢保持额定氢压。
39.（s2）发电机气体纯度控制模式包括氢气纯度控制模式与二氧化碳纯度控制模式；发电机该模式自动维持发电机内气体纯度为控制目标；氢气纯度模式中当发电机运行其中氢气纯度的所述预定设定值小于90%，停氢气系统运行、提示停发电机运行，报纯度低危险故障；提示是否进行二氧化碳置换模式。
40.氢气纯度低于95%，发电机进行排补氢气置换，发电机二氧化碳分流管入口阀5开起、发电机排空阀6根据排氢规定氢气流速开起开度进行排氢，氢气压力低于设计氢气压力5%，氢气系统中制氢器120、制氢器接入管线隔离阀12011开起，氢气抽吸泵9启动、氢气供应压力控制阀1开起，发电机氢气分流管入口阀2开起氢气进入发电机顶部补氢维持发电机压力在正常范围；氢气在管道流速通过供应泵变频转速进行流量控制，保证补氢流速在规定范围；当氢气纯度达到100%，停止发电机氢气纯度低排补置换；关闭发电机排空阀6、关闭制氢器接入管线隔离阀12011。
41.氢气纯度低于96%，需要就地检查氢气再生净化装置110是否正常工作；发电机正
常充氢气正常以后，氢气再生净化循环模式一直处于运行状态，不间断从发电机底部抽出氢气进行净化再生；控制氢气纯度：在100%-96%间；氢气再生净化装置110停止需人为控制停止。
42.（s3-1）发电机气体置换模式：该模式应用于氢气系统投运及停运检修及紧急事故情况，该模式中当发电机内部处于空气状态，先把发电机空气通过抽吸泵，抽真空；再充入二氧化碳，反复充排直至二氧化碳纯度合格，充入氢气置换二氧化碳，反复充排直至氢气纯度合格；停止置换模式；氢纯度合同提示是否切入压力控制模式提升氢气压力额定；
43.系统启动顺序：确认系统启动前关闭状态。
44.第一步：检查发电机二氧化碳分流管入口阀5开启，碳管侧二次隔离门4开起、氢气抽吸泵入口调节门8开起、氢气再生净化装置旁路阀15开起、氢气系统排空阀13开起、启动氢气抽吸泵9、发电机抽空气至真空状态，系统阀门全部关闭、停止排空气状态。
45.第二步：确认二氧化碳汇流排压力正常，有足够二氧化碳气体接入，二氧化碳充气门7开起、发电机二氧化碳分流管入口阀5开起、二氧化碳供应压力控制阀10自动开启控制二氧化碳进气量；发电机内压力至0.05mpa，开启发电机氢气管道排气门向厂房外排气；当压力降到0.03mpa时，关闭发电机氢气管道排气门；待发电机内压力升高到0.05mpa时，继续开启发电机氢气管道排气门向厂房外排气；当压力降到0.02mpa时，关闭发电机氢气管道排气门，如此反复进行；发电机内二氧化碳纯度达86%时，开启发电机和氢气干燥器、各油水报警器、绝缘过热监测装置、浮子油箱气侧排污门，纯度仪排污门进行各死角排污，化验各死角二氧化碳纯度在96%以上；发电机内及各死角二氧化碳纯度在96%以上，二氧化碳充气门7关闭、发电机二氧化碳分流管入口阀5关闭、二氧化碳供应压力控制阀10关闭停止充入二氧化碳。
46.第三步：氢气置换二氧化碳；发电机准备充氢，制氢器接入管线隔离阀12011开起、发电机氢气分流管入口阀2、氢气供应压力控制阀1开起、启动氢气抽吸泵9、从发电机顶部充入氢气；发电机二氧化碳分流管入口阀5开起、碳管侧二次隔离门4开起，开启发电机底部发电机排空阀6开起维持发电机内压力在0.05mpa，开启发电机二氧化碳管道排污门进行排污，当压力当压力降到0.02mpa时，关闭二氧化碳管道排气门；压力升高到0.05mpa时再开，设置循环次数如此反复进行；监视发电机内氢气纯度在98%以上时，开启发电机和氢气干燥器、油水报警器、绝缘过热监测装置、纯度仪和湿度仪排污门进行各死角排污，化验各死角氢气纯度在98%以上；当发电机内氢气纯度在98%以上时；氢纯度合格提示是否切入压力控制模式提升氢气压力到额定压力。
47.（s3-2）发电机气体置换模式：该模式中当发电机内部处于氢气状态，先把发电机氢气通过抽吸泵输送进入储气器，发电机压力降低到0.05mpa，停止回收；打开氢气系统排空阀13发电机进行抽真空；再充入二氧化碳，反复充排直至二氧化碳纯度合格，充入空气气置换二氧化碳，反复充排直至空气纯度合格；停止置换模式；停运氢气系统及相关设备；
48.系统启动顺序：确认系统具备退氢条件。
49.第一步：检查发电机氢气分流管入口阀2开起、氢管侧一次隔离门3开起、氢气抽吸泵入口调节门8开起、氢气再生净化装置旁路阀15开起、储氢器隔离阀13011开起、启动氢气抽吸泵9，将发电机内部氢气导入储氢器130，发电机压力降低到0.05mpa，停止回收，储氢器隔离阀13011关闭；氢气系统排空阀13开起、发电机进入抽真空排空气状态；发电机有一定
真空度后停止泵关闭全部系统阀门。
50.第二步：确认二氧化碳汇流排压力正常，有足够二氧化碳气体接入，二氧化碳充气门7开起、发电机二氧化碳分流管入口阀5开起、二氧化碳供应压力控制阀10自动开启控制二氧化碳进气量；发电机内压力至0.05mpa，开启发电机排空阀6向厂房外排气；当压力降到0.03mpa时，关闭发电机排空阀6；待发电机内压力升高到0.05mpa时，继续开启发电机排空阀6向厂房外排气；当压力降到0.02mpa时，关闭发电机排空阀6，如此反复进行；发电机内二氧化碳纯度达86%时，开启发电机和氢气干燥器、各油水报警器、绝缘过热监测装置、浮子油箱气侧排污门，纯度仪排污门进行各死角排污，化验各死角二氧化碳纯度在96%以上；发电机内及各死角二氧化碳纯度在96%以上，二氧化碳充气门7关闭、发电机二氧化碳分流管入口阀5关闭、二氧化碳供应压力控制阀10关闭停止充入二氧化碳。
51.第三步：空气置换二氧化碳；发电机准备充入空气，接入管道临时压缩空气，开起维持发电机内压力在0.05mpa，开启发电机二氧化碳管道排污门进行排污，当压力当压力降到0.02mpa时，关闭二氧化碳管道排气门；压力升高到0.05mpa时再开，反复进行；监视发电机内空气氧量正常后，开启发电机和氢气干燥器、油水报警器、绝缘过热监测装置、纯度仪和湿度仪排污门进行各死角排污，化验各死角空气中氧量合格；停运氢气系统；关闭系统各阀门。
52.本实施例各个部件名称的作用及说明如下：
53.氢气入发电机入口管线101用于到发电机内部接入管线；发电机氢气分流管102用于发电机内上部氢气分散进入流出管道；发电机二氧化碳分流管103用于发电机内下部二氧化碳分散进入流出管道；二氧化碳入发电机入口管线104用于到发电机内部接入管线；送氢管线106汇集氢站和氢气汇流排至发电机送氢管线；氢气再生净化装置110用于氢气系统污染的氢气净化提纯、除去氢气中的油，干燥氢气除去水分。
54.制氢器120为发电机生产合格氢气；制氢器接入管线1201制造氢气器至抽吸泵进口接通管线；制氢器接入管线隔离阀12011制造氢气器至抽吸泵进口接通管线隔离阀；储氢器130用于氢系统氢气储存，为系统提供备用氢气源；储氢器接入管线1301用于储氢器至氢气系统接通管线；氢气系统dcs监视与控制装置140用于氢系统压力采集监视，纯度测量监视，绝缘测量监视、氢气湿度测量监视、系统逻辑控制，报警发出。模式选择。提供人机界面交流控制；氢气汇流排150用于罐装氢气接入；二氧化碳汇流排160用于罐装二氧化碳接入；发电机液位探测器170用于发电机液体漏入探测及报警信号发出。
55.氢气供应压力控制阀1用于控制进入发电机氢气压力及控制流量；发电机氢气分流管入口阀2用于隔离氢气进入或者流出发电机；氢管侧一次隔离门3用于氢管与二氧化碳管一次隔离；碳管侧二次隔离门4用于氢管与二氧化碳管二次隔离；发电机二氧化碳分流管入口阀5用于隔离二氧化碳气体进入或者流出发电机；发电机排空阀6用于发电机内部与大气接通隔离与接通排放气体；二氧化碳充气门7用于隔离二氧化碳进气；氢气抽吸泵入口调节门8用于控制进入泵的入口流量；氢气抽吸泵9用于气体抽吸输送；二氧化碳供应压力控制阀10用于控制进入发电机二氧化碳压力及控制流量；氢气供应压力控制阀旁路11当氢气供应压力控制阀1故障提供旁路接通与隔离；二氧化碳供应压力旁路控制阀12当二氧化碳供应压力控制阀（10）故障提供旁路接通与隔离；氢气系统排空阀13用于氢系统接入大气进行排空；系统安全阀14当氢气系统超压动作泄压保护；氢气再生净化装置旁路阀15用于氢
气再生净化装置关闭后提供旁路通道隔离与流通。
56.本实施例中氢冷发电机组用于电厂发电；发电机排空管线用于发电机内部与大气接通排放管线。
57.通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
58.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。