(秦皇岛发电有限责任公司 河北秦皇岛 066000)
摘要：随着我国电力生产规模的不断扩大和单机容量的提高，300MW及以上大型汽轮发电机已成为我国电网的主力机组，目前大型汽轮发电机广泛采用氢气冷却，因氢气不助燃，从而可避免发生着火的危险。然而，氢气品质的好坏直接关系到发电机的安全运行，若氢冷汽轮发电机内若进入大量非氢气体，会使氢气纯度和湿度迅速降低。当发电机油水指示计异常或未按规定进行排污排油水，就会使得长期沉积在发电机内的油水蒸发，造成氢气湿度升高。直接影响氢气冷却效果，进而对发电机组安全运行带来很大危害。为确保氢气的品质，防忠于未然，通过实践和分析，我们应采取以下防范措施：在制氢站加装氢气湿度干燥除湿装置、在发电机氢气系统内加装高效的氢气干燥装置、加强重点部位环节监视、加强实时在线监测等来确保氢气纯度和湿度在合理范围内，从而降低氧冷发电机的故障率，进一步提高大机组安全经济运行的水平。本文分析了氢气纯度、湿度超标的主要原因及危害，并提出了现场应对的几种措施，旨在为工程技术人员在实践中提供爹考。
关键词：氢冷；氢气超标；危害；措施
目前，随着我国电力生产规模的不断扩大和单机容量的提高，300MW及以上大型汽轮发电机已成为我国电网的主力机组，其绝大部分采用水一氢一氢(即定子绕组内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯及构件氢外冷)冷却方式。
大型汽轮发电机之所以广泛采用氢气冷却，一是氢气导热系数较高，如氢气是空气导热系数的6．69倍，有助于发电机的冷却：二是氢气的表面散热系数大，如氢气为空气的1．5l倍，发电机损耗引起的热量可由氢气迅速带走，提高冷却效果；三是氢气密度小，如空气密度是氢气的14．3倍，故用氢气作冷却介质能够最大限度降低通风损耗，通常使效率提高0．8％～1．15％；四是氢冷发电机机壳内氧气含量<2％，氢气中的绝缘材料不宜被氧化且电晕大大减小；五是氢气纯度符合要求（发电机机壳内氢气纯度>96％，含氧量小于2％)时，若发电机内部发生短路故障时，因氢气不助燃，从而可避免发生着火的危险。然而，氢气品质的好坏直接关系到发电机的安全运行，若氢冷汽轮发电机内若进入大量非氢气体，会使氢气纯度和湿度迅速降低，直接影响氢气冷却效果，进而对发电机组安全运行带来很大危害。因此，氢气超标不是一个小问题，绝不容忽视。
一、氢气纯度、湿度超标的主要原因
我国发电机运行规程规定：“一般要求发电机内氢气纯度保持在96％以上，低于此值时，应进行排污”。进口600MW水氢氢汽轮发电机要求机内氢气纯度不低于97％或98％。发电机运行时由于密封瓦的氢侧回油带入溶于油的空气，或密封油箱的油位过低时从主油箱的补充油中混入空气，致使机内氢气纯度下降，一般情况下，当机壳内的氢压不变时，氢气纯度每降低l％，其通风摩擦损耗约增加1l％，从而降低发电的效率，且造成机内构件局部过热，同时有害气体的存在还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀。
氢冷发电机不但对机内氢气的纯度有规定，而且对机内氢气的湿度也有规定。根据DL／T65l一1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》的规定，运行中发电机内的氢气湿度应在-25～O℃露点温度。
制氢站是控制氢气品质的源头。制氢站出口氢气湿度过大、氢气冷却器漏水或定子直接水冷却系统漏水、干燥器工作不正常等，都会导致氢气湿度过大。当发电机启动增大负荷或低负荷运行时，由于氢气冷却器冷却水量调整控制不当或冷却水温过低，流量过大，会使氢温过低产生凝露。另外，水氢氢发电机水内冷系统机内接头和氢冷却器微细渗漏也可能导致机内氢气湿度增大。
当发电机油水指示计异常未动或远传报警功能失灵，若运行值班人员巡视、检查与维护方面又不到位，未按规定进行排污排油水，就会使得长期沉积在发电机内的油水蒸发，造成氢气湿度升高。
二、氢气湿度超标对发电机的危害
1.氢气湿度超标容易导致发电机定子线圈端部短路事故的发生。发电机内氢气湿度越大，氢气中的水分就越多，气体的介电强度越低，定子绕组就越容易受潮，从而降低绝缘电阻，同时也降低了绝缘表面放电电压，所以易于发生闪络与绝缘击穿事故。
2.氢气湿度超标容易导致发电机转子护环出现应力腐蚀。若发电机氢气湿度过高，就会对其接触的金属引发应力腐蚀，而应力腐蚀与金属氢脆相互产生催化作用。由于应力腐蚀使护环产生裂纹，同时绝缘瓦松动，绝缘瓦同护环端部转子线圈摩擦，造成转子线圈接地或短路。
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2.影响发电机的运行效率。由于氢气中湿度大、水分大，使气体密度增大，增加了发电机通风损耗，降低了发电机的运行效率。
三、严防氢气超标的有效措施
为确保氢气的品质，防忠于未然，通过实践和分析，我们应采取以下防范措施：
1.在制氢站加装氢气湿度干燥除湿装置。从源头抓起，保证所充的氢或所补的氢符合标准，常压下湿度不大于1g／m3，露点-45℃。目前较为有效的是在制氢站和发电机补氢入口处加装分子筛式氢气除湿器，氢气湿度有很大改善，效果良好。
2.在发电机氢气系统内加装高效的氢气干燥装置。目前300MW以上大型发电机基本都是由转子两端的风扇随转子旋转产生风压差，在机内形成氢气封闭循环流动，当发电机在停运备用状态下，机内氢气差压消失，依靠压差进气的氢气干燥器氢气无法流动，干燥器不能对氢气进行有效干燥。若采用QG-50强制循环型吸附式氢气干燥设备，该装置通过风机叶轮与外部部件结构问的特殊设计，产生较高的风压，满足吸附式氢气干燥设备的工况需求，即使是发电机在没有启动的情况下，也能产生足够的氢气流量，将氢气连续干燥。
3．加强重点部位、环节监视。
(1)严格监视密封油箱的油位，防止油满罐时进入机内或空罐时向外跑氢。正常运行时应保持合适位置，尽量降低汽轮机润滑油中含水量。由于氢气与发电机密封油之间不可能达到绝对的密封隔离，应对密封油进行微水含量监视，当微水含量过大时，应及时进行滤油处理，以保证发电机内部氢气湿度不超限。
(2)加强氢气冷却器的漏水控制。在运行中确保冷却器铜管内水压低于铜管外氢压，以免发生冷却水漏入氢气中，造成氢气湿度增大。
(3)为确保不发生氢气泄漏，不造成密封油大量泄漏进入发电机，导致机内氢气湿度超标，根据补氢量对氢气循环回路的密封要求，重点应放在对汽轮机轴封漏汽处理，平衡阀、压差阀的调整。如某电厂将发电机两侧密封油档更换为微正压型密封油档，同时将发电机密封瓦间隙调整到最合适的程度，有效阻止了密封油向机内渗漏。
(4)当机组启动、停运过程或较大幅度变负荷时。运行人员都必须及时调整轴封进汽压力。机组运行中要经常监视各回油窥视窗有无水珠和汽雾。每天取油样对油中含水情况进行分析，含水超标时，应对油箱进行放水排污并投入润滑油净化装置运行。
(5)严格监视控制漏氢量。一般情况下，氢压下降后发电机监控会发出警报，要加强维护，需及时充氢。
4.加强实时在线监测。对于一些调峰电厂和机组，由于发电机启停频繁，机内氢气湿度也处于变化之中，应利用先进的在线监测装置，对氢气相对湿度、绝对温度、露点、温度、压力进行实时监测，以防停机时发电机内的氢气湿度超标而失去控制。
结语
通过对目前电厂汽轮发电机氢气系统发生的事故跟踪分析，几乎都是氢气纯度、湿度超标引起的。这种危害不仅表现为对个别零部件的侵蚀，削弱其使用性能，而且威胁整个机组的安全运行。因此，我们要充分认识氢气品质高低对大型发电机安全可靠运行的重要性，并在实际中积极采取行之有效的措施，降低氧冷发电机的故障率，进一步提高大机组安全经济运行的水平。
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[5]莫宗宝，徐超，龙潇.氢冷发电机氢气湿度超标的原因分析[J].电站辅机，2011，（2）.
论文作者:吴官重
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：氢气论文; 发电机论文; 湿度论文; 汽轮发电机论文; 纯度论文; 干燥器论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第20期论文;