摘要：氢冷发电机组氢气湿度超标是影响氢气纯度的主要原因，氢气中含水增大会使发电机定子线圈端部发生局部短路事故，造成发电机转子护环产生应力腐蚀，使发电机氢气纯度降低，气体密度增大，增加了通风损耗，同时也增大了排污、补氢次数和补氢量，降低了发电机的运行效率，严重的影响机组安全、经济运行。
关键词：氢气湿度；危害；预防措施
1 概述
1.1 中油热电一公司三台200MW发电机，由哈尔滨发电机厂生产，型号：QFSN-200-2型，发电机定子线圈及引出线采用水内冷，转子线圈、定子铁芯采用氢气冷却。
1.2 发电机充氢后要求氢气纯度＞96%，含氧量＜2%， 氢气含水量＜12g/m³。为了降低发电机氢气湿度，在4.5米内冷水系统旁加装了一台型号：BLNG-2F型氢气干燥器，它利用发电机风扇的压头，使部分氢气通过干燥器进行干燥,除去氢气中水分，提高发电机内的氢气纯度。
1.3 我厂密封油系统为双流环式密封油系统，即向密封瓦双路供油，在密封瓦内形成双环流供油形式。即有空侧和氢侧分别独立的两路油。双回路供油系统具有二路油源，空侧油源来自主油箱，氢侧油源来自发电机双环密封的内环氢侧密封油的回油；一路供向密封瓦外环空气侧的空侧油，一路供向密封瓦内环氢气侧的氢侧油。其中空侧油中混有空气，氢侧油中混有氢气。两个油流在密封瓦中各自成为一个独立的油循环系统，空、氢侧油压通过平衡阀和压差阀保持密封油压与氢压的差值，对平衡阀、差压阀等关键部件的动作精度及可靠性要求极高。
2 氢气湿度超标的危害性
2.1 氢气湿度高使发电机转子护环产生应力裂纹损伤，并使裂纹快速发展。发电机转子护环的应力腐蚀开裂与氢气介质湿度有很大的关系，在相对湿度大于50%时，裂纹扩展速率呈指数增加。
2.2 发电机内氢气湿度过高会降低定子的绝缘电气强度，易使定子绝缘薄弱处发生相间短路。如由于制造方面的原因，200MW发电机定子端部绝缘水接头和引线两端存在薄弱环节，均处于高电位，如氢气中含水或水、汽严重时，会使绝缘薄弱处对其线棒发生击穿放电。氢气相对湿度超过75%，会使转子绝缘强度下降，甚至无法启机。
2.3 含水油、烟进入发电机内，使得发电机的氢气纯度降低，气体密度增加，即增加了发电机的通风损耗，同时也增加了排污、补氢次数和补氢量，影响机组运行的经济性。
2.4 含水油烟进入发电机中，随氢气一起在发电机内的风路里循环，遇冷后，可在风道内任何部位表面凝结成油滴。沉积在风道的油污将严重影响风道的散热能力，轻者造成温度升高，重者可产生风道阻塞，使局部过热，尤其是转子风道。造成发电机无法正常运行。
3 氢气湿度超标的原因
3.1 氢站来氢未达到标准。
目前，制氢站制取氢气的方法为水电解法。电解槽产生的氢气依次经过分离器、洗涤器、冷却器，最后储存在储氢罐内。从工艺流程看，氢气经过洗涤器后水蒸气含量处于饱和状态，其含水量取决于温度，随着温度的提高而增大，在流程中设置冷却器就是为了通过降低氢气的温度而得到降低氢气含水量的目的。
3.2 补充进入密封油系统的润滑油中水分超标
3.2.1 主油箱油中含水量超标。
从系统设置可以知道，空侧密封油来自于主油箱，经过空侧密封油泵升压送至发电机密封瓦的双环密封的外环，回油经油氢分离器后靠静压回至主油箱。密封油中带水，在密封瓦处蒸发形成水蒸气进入发电机使氢气纯度下降，湿度增加。
3.2.2 汽轮机轴封漏汽。汽轮机轴封系统检修时轴封间隙调整过大或运行中发生轴封片与汽轮机大轴摩擦，使轴封径向间隙增大，导致汽轮机端部轴封向外跑汽，汽轮机轴端汽封漏汽窜入汽轮机轴瓦内造成油中进水。由于主油箱的油是氢冷系统密封油的油源，主油箱含水量偏大，必然导致密封油含水量偏大，最终导致氢气含水量上升。
3.2.3 冷油器泄露。冷油器运行中出现铜管、管板渗漏，同时运行操作不符合规定，造成冷却水压大于油压，使水进入油中。
3.2.4 轴封回汽冷却器换热面积不足。轴封回汽冷却器经堵漏处理后使冷却面减小，并且老机组轴封漏汽量在增加，造成轴封回汽不畅，使轴封回汽压力升高，漏汽量增加，造成油中进水。
3.2.5 汽轮机一次漏汽量大。机组负荷增大时，漏汽压力升高、漏汽流量增加使汽轮机一漏相互产生排挤，造成漏汽不畅，使轴封回汽腔室压力升高，造成高压缸前、后汽封和中压缸前汽封漏汽量增大，并通过油档窜入相应轴承的回油中，导致油中带水。
3.2.6 排烟机出力过大。#2、3排烟机运行时会使轴承室、回油管、主油箱内形成微负压，排烟机出力过大形成的负压过高，使工作环境中的空气从系统间隙处不断吸入，空气中的水蒸汽进入油系统后凝结成水，导致油中带水。
3.2.7 润滑油滤油机滤水效率不足。润滑油在线滤油设备滤水效果不佳，或因滤油设备故障无法保证连续平稳运行，使油中含水量不断增加。
3.2.8 运行调整不及时。机组负荷增大时，二次漏气压力增大，运行人员未及时调整二漏倒八抽截门以降低二次漏汽压力，使轴封发生漏汽通过油挡窜入轴瓦回油中。
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3.3 发电机内冷水漏泄
氢冷发电机水系统泄漏，主要包括氢冷却器及内冷水系统的泄漏，虽然氢压大于水压，但水、汽仍有可能扩散到氢气系统中，导致氢气湿度增大。
3.4 密封油和润滑油交换量大
双环流型式供油密封瓦的两个油流在密封瓦中各自成为一个独立的油循环系统，空、氢侧油压通过油系统中的平衡阀作用而保持一致，使得密封瓦中两个循环油路没有油的交换。密封油箱补、排油自动控制油箱油位稳定，应做到没有密封油和润滑油的交换。若在运行中，发生密封瓦空、氢侧油压差过大或密封油箱补油或排油自动失灵，为保证密封油箱正常油位，进入密封油箱的润滑油和从密封油系统排出的密封油量就会大量增加，随润滑油被带入的润滑油中含有一定量的空气和水分，污染发电机内的氢气，使发电机氢气湿度显著增加。
4 发电机含水量增大的预防措施
4.1 机组大修期严格执行检修工艺标准，更换质量合格的轴端汽封、隔板汽封、围带汽封，合理调整轴封间隙，减少及避免轴封漏汽。
4.2 时刻保持主冷油器、密封油冷油器油压大于冷却水压力。在投入冷油器时必须先投入油侧，后投水侧，保持油压大于水压；冷油器停止后必须关严冷却水的出、入口门，防止冷却水进入油中；在机组运行中，还应定期检查冷油器水侧排空，发现冷油器泄漏，及时做好冷油器的切换、隔离工作。
4.3 严格执行规程规定，机组运行中要保持内冷水压力必须低于氢压0.05MPa,并且运行中水压不得超过0.2MPa。在发电机进行气体置换操作中，根据发电机中气体压力，对内冷水压力及时作出调整，使内冷水压力时刻低于发电机内气体压力0.05 MPa，当发电机内气体压力降至0.05 MPa时，及时停止内冷水泵运行。当发电机充水防腐时内冷水压力应保持在0.05MPa。
4.4 保持密封油系统的平衡阀、压差阀投入良好，当发生平衡阀、压差阀后密封油压输出不能满足规定时，应立即切换至旁路，并联系检修处理；保持空、氢侧密封油压必须大于氢压0.04～0.06MPa,空侧密封油压必须大于氢侧密封油压0.001MPa；密封油箱不得满油或无油运行。
4.5 密封油箱油位稳定，密封油箱补、排油自动控制合理，补油自动和排油自动油位控制范围没有重叠，避免密封油一边补一边排的情况发生，杜绝密封油与润滑油进行交换。
4.6 发电机运行中氢压不低于0.25MPa且不超过0.30MPa；当发电机氢纯度不合格时应及时进行发电机排污，使发电机氢气指标达到合格。发电机冷却水温度控制在20℃以上，避免因发电机内结露造成设备损害。
4.7 做好#1、2、3排烟机的负压调整，保持轴承箱在一定的微负压下运行，防止负压过大导致油中进水。当主油箱油中进水时会引起油位上升，因此主油箱的油位计应指示准确、良好投入，每天白班进行油位计活动试验；机组正常运行时主油箱油位是缓慢下降的，当发现油位计指示上升时应检查油位计指示是否准确，应检查密封油箱、油净化器油位，排油烟机工作是否正常，如均正常时应联系化学化验主油箱油质。
4.8 润滑油运行中进入水分不可避免，要做好滤油装置的检修维护工作，保证滤油机能够连续、平稳运行，可考虑使用高效的滤油设备，时刻保证滤油设备良好的除水效果。运行中加强主油箱定期放水以及化学油质的检测工作，使主机润滑油含水量符合标准。
4.9 运行人员提高机组维护水平，控制好轴封供汽压力和回汽压力，轴封供汽调整门失灵应立即切换至手动，并立即联系检修处理，运行中随负荷频繁变化做出随时调整，避免因轴封供汽压力和回汽压力维护值偏高增大轴封漏汽。保持轴抽风机良好运行和#1、#2轴加良好运行，备用轴抽风机处于联动备用状态，定期进行轮换操作。
4.10 提高检修工艺质量，保证密封瓦与转轴的间隙适合。
4.11 提高平衡阀和差压阀的调节精度和运行可靠性，可有效减少空、氢侧密封油的窜动量，防止氢气污染。
4.12 控制密封油的温度在正常范围。氢侧的溶油能力随着密封油温度的升高而增大，机组正常运行中可进行密封油温在标准范围内上、下限之间变动的试验，找出最佳温度点。一般在轴系温度的情况下，尽量保持密封油温在标准的低限运行，从而达到减少密封油流量，减少发电机进油和降低氢气污染的目的。
4.13 发电机氢气干燥器必须正常投入运行。
4.13.1 检查交、直流电压、电流表指示是否正常。
4.13.2 冷却水要有足够的压力和流量。
4.13.3 检查入口氢温、出口氢温、出口压力露点温度数值是否正常。
在设备运行中要定时排污。
4.13.4 当氢气干燥器不能正常投运时应立即联系检修处理。
4.14 每天定期化验氢纯度，当氢纯度不合格时应立即进行排污和补氢工作，使氢纯度合格；当氢纯度不合格应立即查找原因并作出相应的处理。
5 结束语
氢气的湿度对发电机的安全、经济运行影响重大，由于影响氢气湿度的因素很多，因而保持氢气湿度合格是一项复杂和长期的工作；加强检修和运行维护质量，做好运行分析工作，使发电机氢气湿度合格，才能保证汽轮发电机组长周期安全稳定经济运行。
论文作者:刘春旭
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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