Хидrogenно охлаждане на синхронен генератор
Хидrogenно охлаждане на синхронни генератори
Хидрогенът се използва като охлаждаща среда в обвивките на генераторите поради неговите изключителни охлаждащи свойства. Важно е да се отбележи, че определени смеси от хидроген и въздух са силно взривоопасни. Взривна реакция може да се случи, когато смесата хидроген-въздух съдържа от 6% хидроген и 94% въздух до 71% хидроген и 29% въздух. Смесите с повече от 71% хидроген не са горими. В практически приложения, се използва соотношение 9:1 хидроген към въздух в много големи турбо-алтернатори.
Основни аспекти на хидрогенното охлаждане
Преимущества пред въздушното охлаждане
Подобряване на охлаждащата ефективност: Хидрогенът има значително по-висока теплопроводимост в сравнение с въздуха. Той разполага с 1,5 пъти по-голяма способност за преход на топлина, което позволява много по-бързо охлаждане на компонентите на генератора. Това бързо разсейване на топлината помага за поддържане на оптимални температури на работа и намалява риска от прекомерно затопляне.
Подобряване на въздушните загуби, ефективност и намаляване на шума: При същата температура и налягане, плътността на хидрогена е приблизително 1/14 от тази на въздуха. Когато вращащите се части на генератора работят в тази среда с ниска плътност, въздушните загуби са минимизирани. Резултатът е увеличаване на общата ефективност на машината и намаляване на шума, произвеждан по време на работа, водещо до по-ефективен и тих генератор.
Предотвратяване на корона: Когато се използва въздух като охлаждаща среда, в генератора може да се появи корона. Тя произвежда вещества като озон, оксиди на азот и азотна киселина, които могат сериозно да повредят изолацията на генератора. В противовес, хидрогенното охлаждане ефективно предотвратява ефекта на корона, продължавайки живота на изолацията и намалявайки необходимостта от често поддръжка и замяна.
Ограничения
Скъпа конструкция: Хидрогенно-охладени алтернатори изискват по-скъпи рамки. Това е поради необходимостта от изпълнение на взривобезопасна конструкция и газово-плътни осеви уплътнения, за да се предотврати утечка на хидроген и потенциални взривове. Тези допълнителни мерки за безопасност добавят към общата производствена цена на генератора.
Комплексен процес на въвеждане на газ: Особени предпазни мерки трябва да се вземат при въвеждането на хидроген в алтернатора, за да се избегнат взривоопасни смеси. Две общи метода се използват:
Заместване на газ: Първо, въздухът в алтернатора се заменя с въглероден диоксид (CO2), след което се въвежда хидроген. Този стъпков процес гарантира, че взривоопасният диапазон на смесите хидроген-въздух се избягва.
Евакуация с вакуумна помпа: Единичната система на алтернатора се евакуира до 1/5 от атмосферното налягане, преди да се въведе хидроген. Това намалява наличието на въздух и минимизира риска от взривна реакция по време на въвеждането на хидроген.
Допълнителни изисквания за охлаждане: За ефективно извличане на топлина от хидрогена, в обвивката на генератора трябва да се инсталират охлаждащи спирали, носещи масло или вода. Тези спирали са необходими за поддържане на правилната температура на хидрогена, докато той циркулира през машината.
Ограничения на капацитета: Въпреки своите много преимущества, хидрогенното охлаждане е недостатъчно за големи алтернатори с капацитет над 500 МВт. Топлината, произвеждана от тези машини с висока мощност, изисква по-продвинати решения за охлаждане, като пряко водно охлаждане, за да се гарантира надеждна работа.
Експлуатационни детайли
За предотвратяване на формирането на взривоопасни смеси хидроген-въздух, хидрогенът в генератора се поддържа при налягане, по-високо от атмосферното. Това положително налягане предотвратява проникването на въздух, който може да контаминира хидрогена и да създаде опасна ситуация. Хидрогенното охлаждане при налягане 1, 2 и 3 пъти по-високо от атмосферното може да увеличи рейтинга на генератора съответно с 15%, 30% и 40% в сравнение с неговия рейтинг при въздушно охлаждане.
Системите за хидрогенно охлаждане изискват напълно герметизирана и ефективна циркулираща система. Специални уплътнения с масло се инсталират между вала и обвивката. Тези уплътнения играят ключова роля в предотвратяването на утечки на хидроген и проникване на въздух. Тъй като маслото в тези уплътнения абсорбира както утеклите хидроген, така и проникнал въздух, то трябва редовно да се очиства, за да се поддържа ефективността му.
Хидрогенът се циркулира през ротора и статора на генератора чрез вентилатори и вентилатори. След преминаването през компонентите на генератора, затопленият хидроген се насочва към охлаждащи спирали, разположени в обвивката. Тези спирали, които могат да бъдат напълнени с масло или вода, абсорбират топлината от хидрогена, охлаждайки го, преди да бъде рециркулиран обратно през генератора.
Общо взето, хидрогенното охлаждане предлага няколко значителни преимущества в сравнение с въздушното охлаждане, включително подобрена охлаждаща ефективност, подобрена производителност на машината и удължен живот на изолацията. Но то също така има свои собствени предизвикателства и ограничения, които трябва внимателно да се управляват, за да се гарантира безопасна и надеждна работа на генератора.
