[发明专利]一种智能化发电机氢气冷却系统及控制方法

权利要求书

1.一种智能化发电机氢气冷却系统，包括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）、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），其特征在于：所述制氢器（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）；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；氢气系统排空阀（13）用于氢系统接入大气进行排空。

2.根据权利要求1所述的智能化发电机氢气冷却系统，其特征在于：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（3）。

3.根据权利要求1所述的智能化发电机氢气冷却系统，其特征在于：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（170）。

4.根据权利要求1所述的智能化发电机氢气冷却系统，其特征在于：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（140）。

5.根据权利要求1所述的智能化发电机氢气冷却系统，其特征在于：还包括用于氢气系统超压动作泄压保护的系统安全阀（14）。

6.根据权利要求1所述的智能化发电机氢气冷却系统，其特征在于：还包括氢气再生净化装置旁路阀（15），所述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。

7.一种智能化发电机氢气冷却系统的控制方法，采用权利要求1-6任意一项所述的智能化发电机氢气冷却系统，所述系统功能包括：

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、供应二氧化碳来纯度、储氢罐内氢气纯度、氢气再生净化装置（110）出口氢气纯度；

2)响应所述纯度降至预定阈值以下，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；

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、供应二氧化碳压力、储氢罐内氢气压力、氢气再生净化装置（110）出口氢气压力；

氢气抽吸泵出口压力，氢气抽吸泵入口压力；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；

4）监测发电机内湿度响应所述湿度降至预定阈值以下，产生信号;便于发电机运行提供依据；

5)监测发电机内绝缘过热在线监测、响应过热度高至预定阈值以上，产生信号；便于发电机运行提供依据；

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阈值以上，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；

7) 自动完成发电机以下过程：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；

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；

其特征在于：具体步骤如下：

（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；

发电机正常运行后如果发电机的气压比额定气压低，会导致转子绕组温度升高；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；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；

（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；

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抽吸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）；

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；

（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；氢纯度合格提示是否切入压力控制模式提升氢气压力额定；

系统启动顺序：确认系统启动前关闭状态；

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；

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；

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；

（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；

系统启动顺序：确认系统具备退氢条件；

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；

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；

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。