摘要：发电机氢气露点温度过高,会造成发电机转子护环应力腐蚀，对发电机转子和线圈绝缘不利,易发生相间短路。根据对发电机氢气露点不合格原因分析及处理过程，提出了防止发电机氢气露点不合格的防范措施。
关键词：发电机、氢气、露点温度、防范措施
一、概况：
我厂#3、#4机组为1000MW超超临界机组，发电机为上海电机厂生产，型号为THDF125/67，水—氢—氢冷却，即发电机的定子绕组采用定冷水直接冷却，转子绕组及定子铁芯采用氢气冷却。
每台机组配备一套发电机氢气干燥装置，其厂家为扬州电力设备修造厂，型号为XQS-DA（B）吸附式氢气干燥器（由2只干燥塔、2只内置式循环风机、2只加热器等组成），工作原理是潮湿的氢气经过干燥塔时其水份被“活性氧化铝”吸收，使发电机内氢气保持合格的露点温度，氢气干燥装置两个干燥塔可以连续进行干燥工作，一个干燥塔处于吸附去湿状态时，另一个干燥塔进行脱附再生以备重新利用，干燥塔运行模式为8小时吸附，8小时再生。
机组正常运行期间发电机内氢气压力维持480～500kPa，为防止发电机内氢气漏入大气特采用密封油进行隔绝，控制油氢差压在120～140 kPa，并控制发电机内氢气纯度＞96%，氢气露点温度-25～-5℃。
二、发电机氢气露点不合格的危害：
氢气露点就是指氢气处于饱和状态下,当气温下降,出现氢气液珠的温度值。
发电机氢气露点温度过高时,会造成发电机转子护环应力腐蚀，对发电机转子和线圈绝缘不利,易发生相间短路，造成发电机异常或损坏。
发电机氢气露点温度过低时，可导致对发电机某些部件产生不利影响，如可导致定子端部垫块收缩和支撑环裂纹，同样造成发电机绝缘下降。
发电机氢气露点不合格时严重时影响氢气纯度，需进行大量换氢，影响机组的安全经济运行，且氢气置换过程中容易造成发电机进密封油。
三、发电机氢气露点异常经过：
#4机组于2017年5月13日启动后，发电机氢气露点温度随着环境温度的升高及负荷率的升高在不断升高，#4发电机氢气露点温度由刚启机时的-13℃缓慢升高至0℃以上，尤其是5月29日～31日机组负荷一直带1000MW期间，氢气露点温度最高升至7.3℃，期间进行大量换氢，换氢量达500标方，但氢气露点温度仍居高不下。
图一：5月13日～6月5日#4发电机氢气露点变化曲线
四、发电机氢气露点异常分析：
为查明#4发电机氢气露点不合格的原因，尽快恢复氢气露点至合格值，保证机组的安全稳定运行，特从以下几点可能引起氢气露点温度升高的原因着手进行深入细致的分析验证：
1、发电机补充的新氢本身露点不合格：
如是此原因引起则#3发电机氢气露点是合格的温度在-9℃左右，为进一步验证，特在#4发电机补氢入口处进行在线取样测量，测出补氢露点为-20℃，在合格范围内，并对化学制氢站内各个氢罐内氢气进行露点、纯度测量，均在合格范围内，且制氢设备均运行正常，故排除发电机补充的新氢本身露点、纯度不合格的原因。
2、氢冷器泄漏，造成氢气湿度增大，氢气露点不合格：
氢冷器如发生泄漏，水汽会扩散到氢气系统造成氢气湿度增大。由于发电机内氢压（0.5MPa）大于冷却水压力（0.2MPa），如氢冷器发生泄漏氢气会漏至水侧，则水侧会有气体积聚，对氢冷器排空门进行排气未排出气体，说明不漏。且氢冷器泄漏后补氢量会增大，氢气严密性试验会不合格，#4机组补氢量未发生明显增大趋势，且氢气严密性试验为8.5m³/天在合格范围内，故排除氢冷器泄漏。
3、发电机定冷水系统机内接头等处发生泄漏，造成氢气露点不合格：
发电机内氢压＞定冷水压力，如定冷水系统有泄漏点，氢气会漏至定冷水系统，对发电机定冷水箱顶部氢气检漏计进行检查，未发现报警，手动测量定冷水箱顶部排空管无氢气报警，排除定冷水系统泄漏。
4、发电机氢气干燥装置工作不正常，导致除湿效果差：
发电机氢气干燥装置#1、2号塔每8小时进行一次切换，一个塔吸附，一个塔再生（再生分4小时加热，4小时冷却），再生完成后，两塔自动切换。根据#4机氢气干燥装置入口、出口露点温度趋势（图二），发现虽然氢气干燥装置出口露点温度在不合格范围内，但它始终低于入口露点温度，且再生好的吸附塔刚投入时，出口露点温度较低-30℃左右，一个小时后当吸附剂逐渐饱和后，入口、出口露点温度接近。且吸附剂再生时，自动疏水器处有大量冷凝水排出。根据#3、4机氢气干燥装置运行情况及就地干燥装置排水情况（表一），说明氢气干燥器运行正常。
图二：#4机氢气干燥装置入口、出口露点温度趋势
表一：#3、#4发电机氢气干燥装置排水情况对比表
5、发电机密封油或主机润滑油含水量大
为避免发电机内氢气泄漏，特采用密封油进行隔绝，氢气与密封油直接接触，如密封油含水量大，其油中水份会使发电机氢气湿度增大，造成氢气露点不合格。
我厂发电机汽端、励端主机润滑油回油和空侧密封油回油均回密封油空侧回油箱，如主机润滑油中水份含量大则会造成密封油水份增大，特对发电机密封油或主机润滑油进行取样化验，发现#4机组油中含水量明显偏高。
表二：#3、#4机组油中水份比较
#4机组主机润滑油含水量大引起发电机密封油含水偏大，引起发电机氢气湿度增大。
通过以上分析判断#4发电机氢气露点不合格主要原因为主机润滑油含水量大影响。
五、主机润滑油含水量大的原因：
1、#4机基建至今其高压缸前轴封漏汽量大，蒸汽在#1轴承负压的作用下，通过轴承间隙吸入主机润滑油系统，致使润滑油含水增大。
2、#4机高压缸轴封漏汽，是经过高压缸端部轴封逐级减压，因轴封间隙偏大（#4机高压缸最外道轴封膨胀间隙为5㎜严重超标），机组负荷越高，轴封的漏气量就越大，油中含水越多，造成氢气露点温度越高。
图三、氢气露点温度与负荷对应曲线
六、应对措施：
1、在#4机#1轴承处外加风扇通风装置，将轴封漏汽吹跑，减少#1轴承处吸入蒸汽量；
2、适当关小#1轴承箱上的排烟抽气手动门，降低#1轴承箱内负压减少抽气量；
3、加强主机在线油净化装置的滤油，减少油中的含水量；
4、适当降低主机轴封压力，减少#1瓦轴封处轴封汽的泄漏量；
5、为确保氢气露点合格，可适当进行排补氢气；
6、联系上汽厂分析轴封间隙大的原因，争取技术支持，利用机组调停机会调整高压缸轴封间隙；
7、在高压缸前轴封和#1轴系之间是否可加一个风挡，加以阻止轴封漏汽吸入#1轴承箱；
8、加强对发电机氢气干燥装置的检查，吸附剂失效时及时更换；
9、检查冷却器及相关阀门系统内所有冷却器。如果出现渗漏会直接影响氢气的露点，利用装置停运时检查干燥塔下部冷却器，将冷却器拆下后，用氮气打压，没有发现漏点，内部进水管内壁有水锈，用1%的稀盐酸浸泡冲洗，并用压缩空气冲洗，检查捕滴器下方的冷却器，同样进行打压未发现 有漏点。排除了冷却器渗漏的因素。检查干燥装置相关的阀门，排除有可能出现因阀门内漏造成氢气未经过干燥器的现象，于是将干燥器再生进气阀、出口阀， 冷却器进口阀、进氢总阀的阀座全部进行了更换。投用后仍有露点波动，排除冷却器和阀门内漏的影响。
10、检查加热棒。考虑是否是再生加热温度设置问题造成氢气再生效果不好而影响了氢气的露点，更换A干燥器加热棒，更改A干燥器上部加热温度，由原来的300℃开始加热改为320℃加热，由原来的350℃停，改为370℃停。启动制氢装置进行观察，更换并提高加热棒投停温度并没有使露点好转，于是重新改回加热棒投停温度，排除加热棒及加热温度不够的因素。
11、排查冷却水温除盐水冷却装置为组装框架式，由:除盐水箱、热交换器、循环水泵、增压补水泵、工艺管路、阀门及配 件、就地仪表等装在一个框架上。除盐水箱可实现自动补水。当其水位低于设定值时，补水门会自动打开进行补水，至高液位时，补水门自动关闭，换热器为板式热交换器，材质为不锈钢( 1Cr18Ni9Ti)。每套除盐水冷却装置设两台热交换器。因南方天气较热，板换 冷却水工业水的温度较高，夏季进入制氢装置的冷却水温度40℃～45℃。为了排查冷却水温度对氢气露点的影响，采用了对补水箱边进除盐水边排的方式，人为将冷却水温度降到40℃，但露点波动的现象仍没有改善，又准备了一些用除盐水冻成的冰块，在系统运行至干燥器切换前人工将其加入到冷却水箱，将除盐水温度降至 35 ℃，但在干燥器切换1 h左右，露点仍会波动。冷却水温的影响并不是主要因素。
12、降出力运行。是否因干燥塔设计容量偏低导致氢气露点不合格，采取制氢降电流运行，从正常电流850 A降至560A，露点缓慢下降，4 h后合格。但纯度出现波动，调回电流至850A，校表后纯度合格，露点合格，因纯度波动，再生时间不计时，造成切换时间延长，在自动切换之前露点不合格，手动切换后仍不合格，调整电流至560 A，露点至B再生塔加热阶段结束后合格，降电流运行会使露点缓慢下降，但氢气纯度不稳定。干燥塔设计容量问题有一定影响，但因改造量较大，暂不考虑。
七、结论：
此次发电机氢气露点不合格主要原因为机组长期高负荷，主机#1瓦轴封漏汽增大，造成油中含水超标，进而引起氢气露点升高，通过此事提醒我们机组运行期间应加强各参数的监视，并做好台帐梳理工作，对任何参数变化均应引起高度重视，不能有任何马虎。
针对发电机氢气露点不合格原因，制定有效的防范措施，确保发电机氢气露点在合格范围内，保证机组安全运行。
发电机氢气露点应纳入重点检查监督对象，由于其涉及面广，电气、汽机各专业间以及设备部、发电部等部门间均应加强沟通，确保发生问题时能第一时间查找到原因。
参考文献：
[1]DL/T651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》；
[2]陈胜利《氢冷发电机湿度超标原因分析及综合治理》内蒙古电力技术，2005；
[3]吴锐《氢冷发电机氢气湿度的监控与管理》河北电力技术J.2002；
论文作者:徐文亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
标签：氢气论文; 露点论文; 发电机论文; 温度论文; 不合格论文; 干燥器论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第26期论文;