660MW氢冷发电机氢气纯度下降过快原因分析及处理

660MW氢冷发电机氢气纯度下降过快原因分析及处理

潘登 王蒙

湖北华电江陵发电有限公司

摘要：针对某厂发电机氢气纯度下降过快问题，通过影响因素进行全面分析，提高发电机密封油真空油箱真空值使发电机氢气纯度下降速率的到有效控制，大量减少发电机氢气补排。

关键词：发电机组 密封油系统 氢气纯度 真空油箱

某厂660MW发电机是上海电气集团股份有限公司生产的QFSN-660-2-20三相同步汽轮发电机。发电机冷却方式为水、氢、氢，既定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯和端部结构件氢气表面冷却。发电机内氢气压力维持在0.48-0.5MPa，密封油维持运行保证发电机内的氢气不外漏，外界空气不漏入发电机内；氢气纯度是氢冷发电机组安全经济运行的重要指标，该厂氢气纯度维持至96.2%-97%。

密封油回路介绍：

该厂密封油采用单流环密封油系统；正常运行期间，主密封油泵从密封油真空油箱中抽出密封油，然后通过冷却器和滤油器把密封油送至发电机轴承密封瓦。向轴承密封瓦提供的密封油分别以大约相同的数量通过轴与密封环间的间隙流向轴封的氢气侧和空气侧。从轴封的空气侧排出的密封油直接流入轴承油回流管路，再返回到密封油真空油箱；流向氢气侧的密封油首先汇聚到发电机消泡室（前室），然后到氢侧回油箱。

1. 氢气纯度不合格的危害：

1.1降低发电机的效率

如果氢气纯度下降，混入的气体会使发电机内氢气密度增大，将导致发电机内的通风损耗增加，最终减低发电机的效率。据相关试验验证统计氢气纯度每下降1%通风损耗及转子的摩擦损耗将增加11%。

1.2增加排污及补氢气量

该厂氢气纯度下降至96.2%后通过氢气补排将氢气纯度提升至96.7%通常一次氢气提纯需要消耗大约100Nm³左右的氢气，该厂生产1Nm³氢气在不考虑设备损耗、人工的成本大约在2元/Nm³，一次提纯大约需要200元成本。频繁的补排氢气也会对机组的安全运行构成威胁。

1.3导致发电绝缘材料损坏及发电机内过热

发电机内氢气纯度下降，进入发电机内的有害气体会使发电机内金属部件腐蚀从而造成发电机的绝缘老化。由于氢气的换热效率较高及通风损耗较小，氢气的纯度下降会使发电机产生的热量不能及时的被带走最终导致发电机内局部过热，严重威胁大发电机的绝缘。

2. 氢气纯度下降的原因及分析：

2.1制氢站制得的氢气纯度和湿度不合格。我们通过检查就地和仪表比对证实该厂制氢设备出口氢气纯度大于99.6%。

2.2氢气纯度仪在线装置显示不准。氢气纯度仪按照标准及要求热控人员定期进行效验，化验人员每7天一个周期进行氢气取样化验；化验人员测量结果与氢气纯度仪在线装置纯度基本一致。

2.3压缩空气漏入发电机内；该厂不存在此因素的影响，压缩空气至发电机内的管段已拆除并用堵头堵住。

2.4发电机内的氢气湿度不合格，该厂发电机氢气干燥器在机组运行期间一直处于连续运行状态，且氢气露点温度维持在-5—20℃。发电机氢冷器未发生泄漏，发电机检漏仪处未放出油和水。

2.5密封油含水量不合格，化验人员定期在发电机密封油储油箱处进行取样化验，油质外观及颜色均正常、油的含水量连续一年的指标均在基本在30-40㎎/L，且大机润滑油油净化装置一直处于连续运行状态。

2.6密封油温度不合理。密封油温度按照厂家要求设置在42℃且冷却水调门自动控制效果经过调整后效果良好，机组负荷及环境温度变化密封油温度基本未发生变化。

2.7密封油差压阀调整效果，油氢差压过高或者过低。密封油油氢差压基本维持在90~100 kPa之间，在发电机补排氢气，氢气压力有波动时差压阀调节非常灵敏能维持密封油油氢差压在正常值。

2.8真空油箱不能及时将密封油中的空气及水分在真空油箱中被分离。

真空油箱的油取自发电机轴承和空侧密封油的回油箱（密封油贮油箱）。真空油箱中的浮球液位控制阀（浮球阀）能够将油箱中的油位保持在预先设定的油位。当油位较低时，该阀能够从密封油贮油箱和氢侧回油箱中引出油进行补充。真空泵能够使真空油箱内的密封油保持在真空状态，还能够抽出密封油与氢气和空气接触时吸收的大部分气体，从而在很大程度上避免发电机内氢气纯度降低。

该厂真空油箱真空至正常维持在-20~-40 kPa，真空油箱内的压力降至-20 kPa时真空泵联锁启动，真空油箱压力升至-40 kPa时真空泵联锁停；联系热控人员将真空油箱压力升至-40 kPa时真空泵联锁停逻辑打断，并调整真空泵入口门将真空油箱真空值提升至-60 kPa；使真空油箱及时将密封油中的空气及水分在真空油箱中被分离并排除。

2.8.1真空油箱真空调整前后参数变化对比

总结及注意事项：

通过提高真空油箱真空后，密封油回油得到更彻底的油气分离，氢气纯度下降速度明显减慢，可见真空油箱真空较低是影响该厂氢气纯度的重要因素。

真空油箱真空值提高后应检查真空油箱及系统是否严密，特别是真空油箱窥视镜的密封垫处。若真空油箱密封不好会造成大量的空气进入密封油真空油箱最终导致真空油箱内油质恶化，油中泡沫严重增加。当油中的泡沫增加时，真空油箱内会出现虚假液位导致真空油箱补油不正常同时会因为实际液位偏低，最终导致密封油泵发生气蚀。