供发电中使用的流体冷却负载电阻及其使用制造技术

一种用于由在流体线中的涡轮机驱动的发电机的负载电阻装置，其中该负载电阻设置有至少一个与涡轮机驱动流体导热连接的电气元件。还描述了一种使用该装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】供发电中使用的流体冷却负载电阻及其使用本专利技术涉及一种电力负载电阻装置，更具体地，本专利技术涉及一种用于由在流体线中的涡轮机驱动的发电机的电力负载电阻，其中该电力负载电阻将能量释放到流体线中。此处所述的涡轮机表示流体可在其内使一个或数个轴产生旋转运动的任何机器。这样的涡轮机可以例如包括但不限于轴向幅流式涡轮机、培尔顿式涡轮机、双击式涡轮机、阿基米德螺旋泵、斜击式涡轮机和旋桨式涡轮机。涡轮机也表示用作涡轮机的各种类型的栗。产生电能的发电机可以由涡轮机驱动。各种不同类型的介质直接或间接地驱动涡轮机。例如，水电站或潮汝电站通过水进行驱动，热电站或核电站通过蒸汽进行驱动，风力电站通过风进行驱动，或通过内燃机中的排气进行驱动。涡轮机和发电机被设计为在一定裕度内操作。发电机可以与配电网捆绑在一起。与配电网捆绑在一起的那些装置和设备当操作时使用电能，并且构成发电机的负载。涡轮 机必须通过发电机克服该负载以便使发电机转子旋转。在配电网发生故障(以下称为电网失电)时，负载突然降低。水、蒸汽或风力驱动的涡轮机因此将增高转速，即发生所谓的超速，于是该转速可能超过涡轮机和发电机的设计指标范围。有更多的方法可在电网失电时使涡轮机减速或停机。在水电站中，可以通过阀门减小水流甚至完全停止水流。在驱动发电机的内燃机中，可以通过切断燃料供应而使其停止。风力发电机可以通过刹住涡轮机轴的方法而减速。这些在电网失电时所采取的机械行动的共同点是从故障发生到发电机完全停止存在着延时。在本领域中公知的是，在电网失电时可采用所谓的负载电阻(也称为制动电阻)来使发电机保持稳定直至用其他方法使发电机停止。下文中，术语负载电阻将表示电气负载电阻。负载电阻进一步表示一种由结构部件和电气部件构成的装置。该电气部件还包括至少一个电气元件，其可能是电阻、电感或电容器。该电气元件用作发电机负载。因此负载电阻可分别表现为电阻性负载、电感性负载和电容性负载。负载电阻的负载值由该电气元件的电气特性以及构成该负载电阻的电气元件的数量决定。下文中电阻性元件与发电机的连接将表示为直接连接，而电感性元件与发电机的连接将表示为间接连接。电感性元件由线圈和芯组成。如果没有其他明确的表示，电感性元件代表线圈和芯二者。在电气元件中产生的热能用于加热气体或液体形式的流体。气体可以是空气而液体可以是水或油。电气元件的优点是当电网失电时可以迅速地将其连接。数种直接连接的电气元件在本领域中是公知的。原则上，它们由对诸如空气、淡水、海水或油这样的流体进行加热的电阻组成，其中油例如为变压器油，并且通过热交换器将热量传递到空气或水中。另一公知的优点是当负载连接到多相发电机时，每一相均有一个电气元件，如图2所示，电气元件R2A、R2B和R2C形成星形连接，而在图3中，电气元件R3A、R3B和R3C形成三角形连接。下文中，由电气元件加热并将热量传送到另一种介质例如热交换器中的流体被称为冷却流。美国专利文件(专利号US 2007/0164567)描述了阻尼负载电阻用于风力发电机以便电网失电时制动螺旋桨，从而降低风力发电机的负载。常常需要降低流体流动中的压力，一个简单且公知的解决方案是让流体流动通过阻塞部件，例如阻塞阀，其中，可调节阻塞效果以获得需要的压降。由于通过阻塞进行降压，大部分能量便因此而丢失。然而，用驱动(连接到电气负载的)发电机的涡轮机代替阻塞阀，则可以获得这些能量并将其转化为有用能量。对所获压降的调节可以通过调节发电量的电气负载而实现。美国专利文件(专利号US 4496845)描述了涡轮机在供水系统中的使用，其中该涡轮机与传统的降压阀并联连接，为管道网络提供压降。当电网失电时，该涡轮机的速度在该阀门关闭对涡轮机的供水以停止该涡轮机前将会增加。这样水流将通过作为涡轮机旁路通道而连接的降压阀流过该涡轮机。 世界专利文件(专利号WO 2008/004880)描述了一种由在管道中的流体线驱动的涡轮机。该涡轮机的主要目的是在诸如用于饮用水这样的消费水的管道网络中替代传统的降压阀。由于采用了这样一种降压涡轮机，能量可以通过该涡轮机驱动发电机发电而变得可用。该发电机就可以向不同类型的用户提供电能。在一种简单的装置中，该发电机可以向负载供能，例如向加热元件供能以用于加热、向电灯或电风扇供电，以便可本地使用能量。该发电机也可以连接到配电网，该配电网主要由较大的发电厂供电，而该发电机产生的电能也可以构成可用的能量补充。这样该发电机便可以与普通配电网关联在一起。这种解决方案的优点是它不需要重建管道，因为它仅仅代替降压阀，而且它不会明显地占用比降压阀更多的空间。因此，可以在现有管道网络例如消费水网络中进行改造。与其它许多涡轮机相反，如在WO 2008/004880中所描述的，所述降压涡轮机在电网失电时不应当停止，因为电网失电将减少或者停止向诸如消费水网络等的压力供给，而这是所不希望的。更严重的问题是向受到电网失电冲击的地区供电的发电机将形成所谓的孤岛。这将对维持人们的信念构成威胁，他们会认为由于电网失电，本地区将停电，虽然该电网仍然由运行着的发电机继续在供电。在某些情况下，W02008/004880中所述的降压涡轮机与发电机一起在电网失电时作为后备电源单元。在这种情况下，可能需要该发电机能进行调节以提供需要的电能，而非更多的电能。在其它情况下，可能需要水的产生和压力控制能继续通畅无阻。所产生的能量应满足当地的能量需要，虽然任何多余的能量必须转化成非电能的其它能量形式。由降压涡轮机驱动的发电机的负载将根据降压的要求而非电能的要求来进行调节。因此发电机连接到一个备选负载上，以防可用负载中断或利用可用负载不能实现所期望的压降。使用一个或多个已知类型的负载电阻可以解决降压涡轮机运行中发生的上述问题。例如，该负载电阻可以是空气冷却式的。但是，这引起一个问题，需要就与发电机的连接进行额外的安装工作。在已知的解决方案中，负载电阻的大小是按短期运行的要求设置的，因为在进行机械制动或者减小或停止水流数秒钟后将会对该涡轮机进行制动。由于降压涡轮机在电网失电时也将供给一定量并具有一定压力的水，所以这意味着即使在电网失电的情况下能量产生也一定继续进行。这意味着孤立运行是降压涡轮机必需的模式。连接到这种涡轮机的一个或多个负载电阻所接收到的能量的典型值为20-500千瓦。因此，空气冷式负载电阻将需要一定空间且必须使用附带的风扇和风管进行广泛的通风。而液体冷却式负载电阻只需要较少的空间。已知的液体冷却式负载电阻的一个已知问题是在负载电阻平板热量交换器中或负载电阻管道束之间会形成一些凹穴，很难将它们保持干净，同时在这些凹穴上可能生成出现膜。这种负载电阻常常配备有驱动风扇和泵的电动机，这样便提高了维护要求并降低了运行可靠性，因为当在电网失电期间需要它们运行时它们却可能会停止。空气冷却式或液体冷却式负载电阻使对降压涡轮机的改造复杂化。其投资更昂贵，可能负担不起这种降压涡轮机的安装费用。因此需要向由涡轮机驱动的发电机提供一种简单的负载电阻，其能降低在流体线中的压力。流体线表示一种流体，该流体完全或部分地充斥在管道的内横断面内。该流体优选地是不可压缩的，可以包括但不限于水或油。该流体也可以是气体。本专利技术的目的是纠正或减少现有技术中的至少一个缺陷，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·H·索尔森，
申请(专利权)人：绿色能源公司，
类型：发明
国别省市：