Hidrogensko hlađenje sinhronog generatora

Hidrogensko hlađenje sinhronih generatora

Hidrogen se koristi kao sredstvo za hlađenje unutar oštitnika generatora zbog svojih izvrsnih hlađećih osobina. Međutim, važno je napomenuti da određene smjesa hidrogena i zraka vrlo su eksplozivne. Eksplozivna reakcija može nastati kada smjesa hidrogen - zrak sadrži bilo gdje od 6% hidrogena i 94% zraka do 71% hidrogena i 29% zraka. Smjesa s više od 71% hidrogena nije sagoriva. U praktičnim primjenama, omjer od 9:1 hidrogena prema zraku često se koristi u veoma velikim turbo - alternatorima.

Ključni aspekti hidrogenskog hlađenja

Prednosti nad hlađenjem zrakom

• Poboljšana performansa hlađenja: Plin hidrogen ima znatno veću toplinsku provodljivost u usporedbi s zrakom. On ima 1,5 puta veću sposobnost prijenosa topline od zraka, što omogućuje puno brže hlađenje komponenti generatora. Ova brza disipacija topline pomaže održanju optimalnih radnih temperature i smanjuje rizik od prehlađivanja.

• Poboljšani gubitci od vijesti, učinkovitost i smanjen buka: Pri istoj temperaturi i tlaku, gustoća hidrogena je otprilike 1/14 gustoće zraka. Kada se rotirajući dijelovi generatora okreću u ovom okruženju plina hidrogena niske gustoće, gubitci od vijesti su minimalni. To rezultira ukupnom učinkovitošću stroja, a buka generirana tijekom rada je smanjena, što dovodi do učinkovitijeg i tiheg generatora.

• Prevencija korone: Kada se zrak koristi kao sredstvo za hlađenje, u generatoru može doći do koronske razrade. Ova razrada proizvodi tvari poput ozona, oksida dušika i azeno-kiselice, koje mogu teško oštetiti izolaciju generatora. U suprotnosti, hidrogensko hlađenje učinkovito sprečava efekt korone, čime se produžuje životni vijek izolacije i smanjuje potreba za čestim održavanjem i zamjenom.

Ograničenja

• Skupa konstrukcija: Hidrogenski hlađeni alternatori zahtijevaju skuplje okvire. To je posljedica potrebe za implementacijom eksplozije otporne konstrukcije i gasotight sigurnosnih preslenica na vratu kako bi se spriječili curenja hidrogena i potencijalne eksplozije. Ovi dodatni sigurnosni značajki dodaju ukupnu troškovu proizvodnje generatora.

• Kompleksan proces upuštanja plina: Posebne oprezne mjere moraju se poduzeti prilikom uvodenja hidrogena u alternator kako bi se izbjegla stvaranje eksplozivnih smjesa. Dva uobičajena metoda su:

• Zamjena plina: Prvo, zrak unutar alternatora zamjenjuje se ugljičnim dioksidom (CO2), a zatim se uvede hidrogen. Taj postupak korak po korak osigurava da se izbjegne eksplozivni raspon smjesa hidrogen - zrak.

• Vakuumiranje: Jedinka alternatora vakumira se na 1/5 atmosferskog tlaka prije nego što se uvede hidrogen. To smanjuje prisutnost zraka i minimizira rizik od eksplozivne reakcije tijekom uvođenja hidrogena.

• Dodatni zahtjevi za hlađenjem: Za učinkovitu ekstrakciju topline iz hidrogena, unutar oštitnika generatora moraju biti instalirane hlađeće bobine s uljem ili vodom. Ove bobine su ključne za održavanje pravilne temperature hidrogena tijekom cirkulacije kroz stroj.

• Ograničenja kapaciteta: Unatoč svim prednostima, hidrogensko hlađenje nije dovoljno za velike alternatore s kapacitetom preko 500 MW. Toplina generirana tim visokosnopnim strojevima zahtijeva naprednije rješenja za hlađenje, poput direktnog hlađenja vodom, kako bi se osigurala pouzdana operacija.

Operativni detalji

Da bi se spriječila formiranje eksplozivnih smjesa hidrogen - zrak, plin hidrogen unutar generatora održava se pod tlakom većim od atmosferskog tlaka. Taj pozitivni tlak sprečava unutrašnje prodrljavanje zraka, što bi moglo kontaminirati hidrogen i stvoriti opasnu situaciju. Hidrogensko hlađenje pod tlacima 1, 2 i 3 puta većim od atmosferskog tlaka može povećati ocjenu generatora za 15%, 30% i 40% redom, u usporedbi s njegovom ocjenom hlađenjem zrakom.

Sustavi hidrogenskog hlađenja zahtijevaju potpuno zapečaćeni i učinkovit sustav cirkulacije. Posebne masele utapljeni su između vratila i oštitnika. Ove masele igraju ključnu ulogu u sprečavanju curenja hidrogena i prolaska zraka. Budući da ulje u tim maselama apsorbira kako curenje hidrogena tako i dolazni zrak, treba regularno čistiti kako bi se održala njegova učinkovitost.

Plin hidrogen cirkulira kroz rotor i stator generatora pomoću ventilatora i ventilatora. Nakon prolaska kroz komponente generatora, zagrijani hidrogen preusmjerava se preko hlađećih bobina smještenih unutar oštitnika. Ove bobine, koje mogu biti ispunjene s uljem ili vodom, apsorbiraju toplinu iz hidrogena, hlađeći ga prije nego što se ponovno cirkulira kroz generator.

Ukupno, hidrogensko hlađenje nudi nekoliko značajnih prednosti nad hlađenjem zrakom, uključujući poboljšanu učinkovitost hlađenja, poboljšano performanse stroja i produženi životni vijek izolacije. Međutim, donosi i svoje izazove i ograničenja koja moraju pažljivo upravljati kako bi se osigurala sigurna i pouzdana operacija generatora.