专利名称：发电机及用于操作其冷却回路的方法
技术领域：
本发明涉及发电机及用于操作其冷却回路的方法。更具体地，本发明涉及定子冷却单元，该冷却单元用于将产生并分配电功率的大型发电机的定子冷却。
背景技术：
如本领域已知的，发电机在运行期间会产生大量的热量。为了保证发电机的正确运行及其可靠性，热量必须被收集并从发电机带走。在这方面，小型和中型发电机通常配备气体冷却系统。在气体冷却系统中，发电机 的内部填充气体，在运行期间，气体冷却发电机并在热交换器中被冷却。然而，这些系统并不能保证具有较大额定电功率( >大约600MW)的发电机的正确 运行；因此，这种发电机通常设置有附加的流体冷却回路。常规附加冷却回路包括两个泵(为了必要的冗余)，泵使得流体(通常是去离子 水)在具有发电机定子内且在母线传送管处(即，将电功率从发电机引出的导体)的多个 支路的管道中循环。此外，常规发电机还具有热交换器，来自于发电机的流体在热交换器中冷却。在运行期间，流体以恒定速度(即，具有恒定的质量流率)泵送通过管道并因此也 通过在发电机定子内且在母线传送管处经过的支路。当经过发电机定子内且在母线传送管处的这些支路时，流体收集热量并增加其温度。之后，流体经过泵和其被冷却的热交换器；接着，流体再次输送到发电机。由于流体质量流率是恒定的，因此启动泵的电动机的能量消耗也是恒定的。因此如果发电机的实际功率减少，那么在全功率运行时能量消耗仍是相同的。换句话说，如果发电机以部分负载(替代全负载)运行，启动泵的电动机的能量消 耗与全负载运行的能量消耗相同。这降低了发电机部分负载的理论功率因数，并增大了工厂的运行成本。
发明内容
因此，本发明的技术目标是提供一种发电机和方法，已知本领域的所述问题通过 所述方法来消除。在技术目标的范围内，本发明的目的是提供一种发电机和方法，发电机部分负载 的理论功率因数通过所述方法来增大。本发明的另一目的是提供一种发电机和方法，工厂的运行成本通过所述方法而降低。
本发明的其它特征和优势从根据本发明的发电机和方法的优选但非独占实施例的说明将显而易见，实施例通过附图中非限制性的示例来举例描述，在附图中图1是根据本发明的发电机的示意图；和图2是示出了本发明方法的步骤的流程图。
具体实施例方式参考附图，附图示出了发电机1，发电机1包括定子2和容纳在定子2中的转子3。转子3连接到马达5的轴4，该马达是例如气体或蒸汽涡轮机。定子2设置有包括两个泵6的冷却回路；两个泵保证必要的冗余，在不同的实施例 中也可以使用一个或多于两个的泵。泵6彼此并行地连接，且泵6所连接到的支路回路具有阀25，阀25允许泵6独立 地运行，使得泵可两个均断开、两个均闭合、或者一个断开而另一个闭合。泵6连接到管道7并将冷却流体(通常是去离子水)泵送通过该管道。管道7连接到第一和第二歧管8 ；在两个歧管8之间配置经过定子2的多个支路 9 ；通常，支路9容纳在发电机定子的中空杆中。冷却回路还包括用于测量冷却流体的温度的传感器10。传感器10连接到控制单元11，控制单元11连接到泵6并驱动泵6，使得当传感器 10测得冷却流体温度比预定温度更高时，控制单元11增大冷却流体流率；且当传感器测得 冷却流体温度比预定温度更低时，控制单元11降低冷却流体流率。管道7和支路9 一起限定闭合冷却回路。由管道7和支路9限定的闭合冷却回路还包括热交换器15。有利地，传感器10位于定子2的下游，泵6位于传感器10的下游且热交换器15 位于泵6的下游。在不同的实施例中(未示出)，传感器10位于定子2的下游，热交换器15位于传 感器10的下游且泵6位于热交换器15的下游。控制单元11包括PLC或PC或不同的可编程电子装置，其连接到变频器17，变频器 17驱动启动泵6的电动机18。电动机18是三相异步电动机或三相同步电动机。此外，冷却回路还设置有脱气箱19，脱气箱19与发电机定子的支路9并行地连接； 第一旁路20，第一旁路20旁通支路9以冷却发电机母线传送管；以及第二旁路21，第二旁 路21仅旁通热交换器15。更具体地，第一旁路20具有连接到定子2上游的第一端部和连接到定子2下游的 第二端部；而且第二端部连接到传感器(10)的上游。本发明发电机的运行从所描述和说明的显而易见，且大致如下说明。在运行期间，冷却流体(去离子水)由泵6泵送到管道7中。在这方面，从发电机流出的冷却流体经过管道7并流向泵6 (在箭头F的方向上)。接着，冷却流体由泵6泵送，使得冷却流体经过热交换器15并进入第一歧管8，冷 却流体在热交换器15中冷却。冷却流体从第一歧管8经过支路9，冷却流体在支路9处冷却定子并增加其温度； 之后，冷却流体进入第二歧管8。
第一旁路20将冷却流体引导至发电机母线传送管，其中冷却流体冷却母线传送 管并增加其温度；之后，冷却流体进入第二歧管8。冷却流体从第二歧管8进入管道7且被再次导向泵6。当流体流出定子2时(S卩，当流体流出第二歧管8时)，传感器10测量流体的温度 并将温度与控制单元11通信。发电机所产生的热量的数量取决于发电机输出的当前功率，因此在部分负载运行 中，热量的数量小于全负载运行时的数量。这导致在运行期间发电机的不同温度并因此导 致冷却流体的不同温度。控制单元11将测量温度与存储在其存储器中的预定温度进行比较。如果测量温度大于预定温度，那么控制单元11驱动变频器17，使得变频器17增加 输给电动机18的电功率的频率。当输给电动机18的电功率的频率增加时，电动机18增加其速度并因此增加在管 道7、支路9中以及在母线传送管处循环的冷却流体(去离子水)的质量流率。冷却水增大的质量流率会增加由流体带走的热量；S卩，由流体带走的热量增加而 定子的温度降低。由此，如果冷却流体的测量温度低于预定温度，那么控制单元11减少冷却流体 流，且在这方面，控制单元11驱动变频器17，使得变频器17降低输给电动机18的电功率的频率。因此，冷却流体(去离子水)的发电机出口温度被控制到固定水平，且因此发电机 的温度独立于发电机的负载状况(即，部分负载、或全负载、或其它负载状况)而被控制到 预定水平。有利地，本发明的发电机具有在水冷却回路中使用流动优化部件的可能性，以便 甚至通过后续的工厂改进来节约附加量的能量，因此，电厂操作人员不取决于在建造电厂 时的技术状态，而是可从后续的发展(例如流动优化)容易地获益。当然，在运行期间，工厂能够自动调节质量流率，以便使得冷却流体的温度(以及 因此定子的温度)独立于管道7、支路9内以及母线传送管处的压力降而接近预定值。此外，电厂操作人员具有更大的柔性来应对不可预料的运行状况(例如，一个泵 停止运行)。本发明还涉及一种用于操作发电机的冷却回路的方法。该方法包括如下步骤测量流经冷却回路的冷却流体的温度(30)；将测量温度与 预定温度进行比较(32)；如果测量温度大于预定温度，那么增加冷却回路内的冷却流体流 率，以增加冷却流体从定子带走的热量(34)；以及，如果测量温度小于预定温度，那么减少 冷却回路内的流体流体流，以减少冷却流体从定子带走的热量(36)。有利地，冷却流体流通过增大或降低启动电动机的电功率的频率而增加或减少， 电动机操作泵。此外，冷却回路还可包括用于冷却发电机母线传送管的旁路20。以此方式构想出的发电机和方法可以有许多变换和变形，所有这些变换和变形均 落入本发明概念的范围内；而且，所有的细节都可以用技术上等效元件进行置换。在实践中，所使用的材料和尺寸能够根据需要和技术状态来任意选取。附图标记 1发电机 2定子 3转子 4轴
5启动发电机的马达 6泵 7管道 8歧管
9定子内的支路 10传感器 11控制单元 15热交换器 17变频器 18泵6的电动机 19脱气箱 20第一旁路 21第二旁路 25阀
30，32，34，36方法的步骤 F冷却流体流
权利要求
一种发电机(1)，所述发电机包括定子(2)和容纳在所述定子(2)中的转子(3)，其中所述定子(2)设置有包括泵(6)的冷却回路，所述泵将冷却流体泵送通过管道(7)，所述管道设置有经过所述定子(2)的至少一个支路(9)，其特征在于，所述冷却回路还包括用于测量冷却流体的温度并连接到控制单元(11)的传感器(10)，所述控制单元连接到并驱动所述泵(6)，使得当传感器(10)测得冷却流体温度高于预定温度时，控制单元(11)增加冷却流体流率以增大冷却流体从定子(2)带走的热量，且当传感器(10)测得冷却流体温度低于所述预定温度时，控制单元减少冷却流体流率以减少冷却流体从定子(2)带走的热量。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述管道(7)与支路(9)一起限定闭合 冷却回路，所述闭合冷却回路还包括热交换器(15)。
3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，所述传感器(10)位于所述定子(2)的 下游，所述泵(6)位于所述传感器(10)的下游，且所述热交换器(15)位于所述泵(6)的下 游。
4.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，所述传感器(10)位于所述定子(2)的 下游，所述热交换器(15)位于所述传感器(10)的下游，且所述泵(6)位于所述热交换器 (15)的下游。
5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述控制单元(11)包括PLC或PC或不 同的可编程电子装置。
6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述控制单元连接到驱动电动机的变 频器，所述电动机启动所述泵。
7.根据权利要求6所述的发电机，其特征在于，所述电动机是三相异步电动机或三相 同步电动机。
8.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述泵(6)增大或降低流体质量流率。
9.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述冷却回路包括用于冷却发电机母 线传送管的旁路(20)。
10.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于，所述旁路(20)具有连接到定子(2) 上游的第一端部和连接到定子(2)下游的第二端部，所述第二端部连接到传感器(10)的上 游。
11.一种用于操作发电机(1)的冷却回路的方法，所述发电机包括定子(2)和容纳在所 述定子(2)中的转子(3)，其中所述定子(2)设置有包括泵(6)和传感器(10)的冷却回路， 所述泵将冷却流体泵送通过管道(7)，所述管道设置有经过所述定子(2)的至少一个支路 (9)，且所述传感器用于测量冷却流体的温度并连接到控制单元(11)，所述控制单元连接到 并驱动所述泵(6)，所述方法包括以下步骤测量流经冷却回路的冷却流体的温度(30)；将测量温度与预定温度进行比较(32)；如果测量温度高于预定温度，那么增加冷却回路内的冷却流体流率，以增加冷却流体 从定子⑵带走的热量(34)；以及如果测量温度低于预定温度，那么减少冷却回路内的流体流体流率，以减少冷却流体 从定子⑵带走的热量(36)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，冷却流体流通过增大或降低启动电动机(18)的电功率的频率而增加或减少，所述电动机操作泵(6)。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却回路包括用于冷却发电机母 线传送管的旁路(20)。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述电动机是三相异步电动机或三相 同步电动机。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，泵(6)增大或降低流体质量流率。
全文摘要
本发明涉及发电机及用于操作其冷却回路的方法。发电机(1)包括定子(2)和容纳在定子(2)中的转子(3)。定子(2)设置有包括泵(6)的冷却回路，泵将冷却流体泵送通过管道(7)，管道配置经过定子(2)的至少一个支路(9)。冷却回路包括用于测量冷却流体的温度并连接到控制单元(11)的传感器(10)，控制单元连接并驱动泵(6)。当传感器(10)测得冷却流体温度高于预定温度时，控制单元(11)增加冷却流体流率以增大冷却流体从定子(2)带走的热量，且当传感器(10)测得冷却流体温度低于预定温度时，控制单元减少冷却流体流率以减少冷却流体从定子(2)带走的热量。本发明还涉及用于操作发电机的冷却回路的方法。
文档编号H02K9/197GK101860121SQ201010154850
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月30日 优先权日2009年4月6日
发明者K·朗根巴赫尔, R·胡格 申请人:阿尔斯通技术有限公司