浅谈发电机氢气系统运行与维护

浅谈发电机氢气系统运行与维护

贾军

大唐国际发电股份有限公司下花园热电分公司 河北张家口75311

摘要：随着电力发电机组向大容量、高参数的方向发展，越来越多的现代化大机组都选用冷却效果好的氢气作为发电机主要冷却介质。我公司200MW汽轮发电机组为一次中间再热，超高压，凝汽式、单轴、三缸、三排汽的汽轮机。发电机是三相隐极式同步发电机，冷却方式为水—氢—氢，即定子绕组及其引出线为水冷，转子线圈及定、转子铁心为氢气冷却。

氢气的密封配备独立的密封油系统。在运行中由于机组密封瓦等有不严密处密封油中常混入氢气，氢压必然呈下降趋势，同时影响氢气的纯度，湿度，威胁发电机组的安全运行。因此，进一步规范并加强氢气系统运行的分析和检测十分必要。

关键字：氢气、密封油、差压、内冷水

一、系统流程及作用

发电机内的氢气在发电机端部风扇的驱动下，以闭式循环方式在发电机内作强制循环流动，使发电机内的铁芯和转子绕组得到冷却。其间，氢气流经位于发电机四角处的氢气冷却器，经氢气冷却器冷却后的氢气又重新进入铁芯和转子绕组作反复循环。氢冷器的冷却水来自闭式循环冷却水系统，经氢冷升压泵升压后供冷却氢气。

二、氢气冷却的优缺点

1、运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的重量，质量越轻，损耗越小，氢气在气体中密度最小，有利于降低损耗；

2、氢气的传热系数是空气的五倍，换热能力好；

3、氢气的绝缘性能好，不易氧化，发生电晕时不产生臭氧，对发电机绝缘起保护作用。

4、缺点是一旦与空气混合后一定比例内（4%~76%）具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳设计成防爆型，气体置换采用CO2

5、氢气的渗透力强，对密封要求高。

三、运行维护

a、我公司发电机设置两台QLG—VS氢气干燥器，除了检测发电机内氢气露点用的氢气湿度在线监测仪外，氢气干燥器的出口处也装设具有远传在线信号的非水银氢气湿度仪。氢气干燥器能保证发电机在额定条件下机内氢气露点不高于-5℃同时又不低于-25℃。正常运行时应两小时检查一次。每运行3小时放水一次。

   b、 机内氢气纯度应＞96%，含氧量体积含量≤0.5%，化学通知氢气纯度低或氧量超标时应及时排污，补充新鲜的氢气保持氢气纯度在合格范围内。

   C、运行中应严密检测氢冷发电机油系统、主油箱内的氢气体积含量，确保避开含量在4%~76%的可能爆炸范围。

d、发电机充有氢气时必须保持防爆风机和排烟风机连续运行，防止氢气聚集。

e、正常运行中加强监视氢压，维持氢压0.28~0.3MPa，低于0.28MPa时向发电机补氢。

f、为了防止结露和可能的振动增加，发电机氢冷温度应尽量维持35~40℃。

g、发电机氢气湿度露点温度一般保持在-5~-25℃。

h、氢气压力大于发电机定子冷却水压力0.05MPa，密封油压力高于氢压0.04~0.06MPa。

i、正常运行时共有两组（每组2个，共4个）氢气冷却器，以维持机内氢气温度恒定。

四、氢气湿度过高的原因及影响

    1、机内氢气湿度过高时，一方面会降低氢气纯度，使通风摩擦损耗增大，效率降低；另一方面，不仅会降低转子绕组绝缘的电气强度（特别是达到结露时），而且还会加速转子护环的应力腐蚀。特别是在较高的工作温度下，湿度又很大时，应力腐蚀会使转子护环出现裂纹，并很快地发展。

2、 结合平时的运行经验，机内氢气湿度过高的原因有以下几方面：

 1）密封油的含水量过大或氢侧回油量过大。如果轴封系统中氢侧回油量大，再加上油中含水量大，从密封瓦的氢侧回油中出来的水蒸气就会严重影响机壳内氢气的湿度。

2）定、转子绕组的直接冷却系统漏水；

3）氢气冷却器漏水；

4）制氢站出口的氢气湿度过高等。

五、补氢及排污

当氢压降低至规定范围下限时应及时补氢。联系制氢站，提前调整好密封油油压油位，打开补氢旁路进行补氢。检查氢气系统阀门严密，无漏氢点。补氢完毕监视氢气纯度湿度等正常。

当氢气纯度低于96%以下应及时换氢，即排补氢。操作前应观察周围无动火作业或可能引起火花的因素方可进行。

六、密封油系统对氢气系统的影响

   （一）为了防止氢气不外漏，配套独立的密封油系统。运行中应监视密封油压，油氢差压等。及时调整密封油罐油位，尽可能减少补排油电磁阀动作的次数，防止阀门动作造成油压差压不稳，往出带氢气发生氢气泄漏事件。

   （二）密封油温度  

我公司集控运行规程规定密封油温度为 40-50℃，机组正常运行中，氢侧密封油采用#3 射油器供油，#3 射油器由于引入了汽轮机冷油器出口的油路，从#3射油器出口的油温较空侧密封油泵供油低一些，而空侧交、直流密封油泵的来油为汽轮机的主油箱，油温较#3射油器来油温度高。由于密封油的粘度随油温的升高而降低，当密封油的油温升高时，密封油的粘度下降，要维持一定的密封油压力，则需要更大的流量。同样，由于密封油温的升高，密封瓦的内径也将增大，这样要保证发电机内部氢气不外泄也就需要更大的流量来维持压力，同样会导致氢气纯度降低甚至发生发电机进油事故。

七、发电机漏氢的分析

   1、机壳结合面。包括端盖与机座的结合面，固定端盖的螺孔、出线套管法兰与套管台板的结合面及进出风温度计的结合面。

   1）端盖与机座的结合面及上下端盖的结合面面积大，密封难度大，是防漏的薄弱环节。在机组大修检修过程中检修回装时，应对结合面进行详细检查清擦，对不平的部位涂密封胶校平。

  2）固定端盖的螺孔有的可能在制造加工过程中穿透，而后经过补焊处理，这些补焊的金属可能在运行中受振脱开，成为漏氢点，

  3）出现套管法兰与套管台板的结合面是防止漏氢的关键部位。由于该处受定子端部漏磁影响，温度较高，加上机内进油的腐蚀，因此该处加强密封。由于漏入机内的密封油多积于此，因而该处的密封材料易老化变质失效，每次大修时必须进行检查。

  2、密封油系统

   1）密封瓦座与端盖的垂直结合面时较易漏氢的部位；

   2）调整差压阀及均压阀，保证空侧油压高于机内氢压0.05MPa左右，并使氢侧油压跟踪空侧油压变化，尽量保持两者差值不变，避免由于氢侧油压超出空侧油压，造成氢侧回油量大量增加，来不及排走，漏入机内，同时造成氢侧油窜入空侧，带走大量氢气，造成氢压下降，补氢频繁。

   3）严密监视密封油罐的油位，防止油罐油满排油电磁阀故障不动作时进入机内，以及油位低时补油电磁阀故障不动作空罐向外跑氢。

   3、内冷水系统

我公司机组运行中“十一点漏氢”报警信号有时会发，十一点漏氢检测仪显示内冷水箱的漏氢量最高，达到报警值。发电机定冷水系统在正常运行环境下不可能分解产生氢气。当发电机内定子内部水系统回路组成件有问题时（如空芯导线裂纹、水接头漏、引水管砂眼、汇流管接头渗水、密封垫失效等），氢气将从发电机内的这些部件漏到定冷水系统内并溶解，当氢气在定冷水溶解达到饱和，就随定冷水的流动逐渐在定冷水箱析出，并聚集在定冷水箱内，然后从定冷水箱顶部排出。这就是发电机氢气系统出现内漏。当泄漏量足够大时，氢气来不及溶解，可能直接随水流流回定冷水箱，也可能直接在发电机的某些管路上聚集形成气阻，严重威胁发电机的安全运行。

  八、总结

     综上所述，发电机氢气系统的运行正常与否，除了设备本身因素外，很大程度上决定于运行中对氢气指标的监视与调整，以及受与之相关的油系统油质油压的影响较大。因此，在运行中应加强发电机氢气系统检查与维护，对密封油油压油温以及油罐油位的调整重视起来，避免或减少补排次数，维持油氢差压稳定；利用机组检修等有利时机对密封瓦等机内可能漏氢的部位进行排查与消除，避免氢气外漏空气中引起不安全事件，维持合格的氢气参数，保证机组的安全稳定运行。

参考文献：

【1】DL/T607——1996 汽轮发电机漏水、漏氢的检验

【2】下花园热电分公司#3机组辅机运行规程发电机氢气系统相关部分

【3】下花园热电分公司#3机组集控运行规程