發(fā)電機氫氣純度濕度偏高分析及防范

　前　言　
　　目前，我國加入電網(wǎng)運行的300 MW及以上大型汽輪發(fā)電機已有近200臺，這些機組已成為我國電網(wǎng)的主力機組。其冷卻方式絕大部分為水－氫－氫（即定子線圈水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組定子鐵芯及構(gòu)件表面氫冷卻），簡稱氫冷發(fā)電機。它們具有效率高，冷卻效果好，安全可靠等優(yōu)勢。采用氫氣冷卻的發(fā)電機在運行和備用期間，發(fā)電機內(nèi)腔充壓0．3 MPa，氫氣與大氣之間采用密封油系統(tǒng)隔絕。由于油氫之間的直接接觸，若運行維護和控制不當，極易造成發(fā)電機進油，以及氫氣純度、濕度不合格，給大型發(fā)電機的安全穩(wěn)定可靠運行帶來潛在的危害。
　　1　氫氣純度、濕度不合格以及機內(nèi)進油的危害　
　　氫氣純度不合格，將導致冷卻效率降低，造成機內(nèi)構(gòu)件局部過熱，同時有害氣體的存在還會造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕。
　　氫氣濕度過大，對發(fā)電機定子絕緣的影響更大，一是水分在運行中蒸發(fā)為水蒸汽，使微細擊穿點之間氫氣介質(zhì)導電率升高。二是水汽吸附在絕緣層上，侵入絕緣內(nèi)部的水將造成內(nèi)部導體與外部絕緣表面電位相等，成為等電位體，威脅發(fā)電機定子絕緣，誘發(fā)發(fā)電機絕緣事故。油進入發(fā)電機內(nèi)，將直接導致發(fā)電機絕緣腐蝕、老化，若油中含水量超標，油中水分蒸發(fā)，則導致與氫氣濕度過大的同樣后果。此外，油進入發(fā)電機，如果未及時排出，油在機內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生油煙蒸汽，其危害也是十分可怕的。
　　所以，潮濕環(huán)境對大型發(fā)電機的運行是十分不利的。它將對發(fā)電機護環(huán)產(chǎn)生腐蝕作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使機內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生表面凝露，使轉(zhuǎn)子護環(huán)受產(chǎn)生附加應力而導致裂紋等危害。近幾年來，因為氫氣純度不合格，氫氣濕度過大和機內(nèi)進油，已造成多次大型發(fā)電機絕緣損壞事故。原電力部相繼于1996年和1998年先后發(fā)文，對大型發(fā)電機運行中的氫氣純度、濕度和防止機內(nèi)進油作了規(guī)定。但由于這些異常運行方式帶來的是“慢性病”，加之管理方面的疏忽，這些帶普遍性的問題，依然不同程度存在。應當引起高度警覺和重視，方能防患于未然。

　　2　導致大型發(fā)電機氫氣純度、濕度不合格和機內(nèi)進油的原因分析
　　2．1　監(jiān)督管理上的忽視是造成大型發(fā)電機氫氣純度和濕度不合格的原因之一。目前，對發(fā)電機運行中氫氣純度和濕度雖然有跟班取樣分析制度，但還沒有建立監(jiān)督考核機制，至今未納入化學監(jiān)督和絕緣監(jiān)督的考核范疇，因此，很難提高緊迫感。以我省某廠2臺300 MW發(fā)電機1999年1～12月份氫純度、濕度合格率統(tǒng)計（見表1）來看，其純度合格率為67．5％和52．5％，而濕度合格率則為0和0．14％。因不屬技術(shù)監(jiān)督考核指標，尚未能引起足夠的重視。
　　2．2　氫氣干燥裝置不夠合理。目前300 MW大型發(fā)電機基本都是由轉(zhuǎn)子兩端的風扇隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風壓差，在機內(nèi)形成氫氣封閉循環(huán)流動，當發(fā)電機在停運備用狀態(tài)下，機內(nèi)氫氣差壓消失，依靠壓差進氣的氫氣干燥器氫氣無法流動，干燥器不能對氫氣進行干燥。
　　2．3　氫氣干燥器安裝位置不合理，設(shè)備存在缺陷，發(fā)電機運行中干燥器投運不正常。大多數(shù)電廠的氫氣干燥器設(shè)計安裝在0 m層，由于管路長、管徑小、阻力大、漏氫點多，自動裝置不可靠，加之冷凝式氫氣干燥器運行2 h后要停2 h進行除霜排濕，而設(shè)計配套是1機1臺，便形成了停停開開的運行方式。
　　2．4　發(fā)電機密封油中含水超標。由于密封油取自汽輪機潤滑油系統(tǒng)，在汽輪機運行中，由于各方面的原因，造成軸封蒸汽進入軸承油室，凝結(jié)成水進入油中。含有較高水分的油在密封瓦中蒸發(fā)進入氫氣內(nèi)。
　　2．5　發(fā)電機啟動升負荷或低負荷運行，氫氣冷卻器冷卻水量調(diào)整控制不當或冷卻水溫過低，流量過大，導致氫溫過低產(chǎn)生凝露。內(nèi)冷水系統(tǒng)機內(nèi)接頭和氫冷器微細滲漏也可能導致機內(nèi)氫氣濕度增大。 （考試大注冊安全工程師）
　　2．6　發(fā)電機油水指示計失效或無遠傳報警功能，運行值班人員巡視檢查維護不到位，未按規(guī)定進行排污排油水，造成油水長期沉積在發(fā)電機內(nèi)蒸發(fā)，影響氫氣濕度升高。
　　2．7　發(fā)電機內(nèi)進油的原因
　　2．7．1　發(fā)電機密封瓦結(jié)構(gòu)不盡合理。目前300 MW大型氫冷發(fā)電機均采用雙流環(huán)式密封瓦，油密封裝置置于發(fā)電機兩端蓋內(nèi)，其作用是通過軸頸與密封瓦之間的油膜阻止氫氣外逸。雙流環(huán)即密封瓦的氫側(cè)與空側(cè)各自自成獨立的循環(huán)油路，通過平衡閥的控制使兩路油壓維持均衡，限制兩路油相互竄流，從而達到減少氫氣外漏。油與空氣和氫氣之間的隔絕是采用兩道迷宮式油檔來實現(xiàn)的，氫側(cè)為了防止油進入發(fā)電機內(nèi)，還有一道迷宮式外油檔阻止油進入發(fā)電機。此種結(jié)構(gòu)的密封瓦，要求裝配間隙精度相當嚴，如果制造、安裝達不到要求，間隙過大等，都極易造成密封油進入發(fā)電機。
　　2．7．2　平衡閥或差壓閥工作失常。300 MW發(fā)電機運行中要求平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度達到±5．1 Pa，要求差壓閥具有良好、靈敏的跟蹤性能和富余的調(diào)節(jié)范圍。但該2閥的裝配精度相當高，如果油中含有雜質(zhì)、水分等，則極易造成2閥卡澀，工作失常，我省某廠2臺300 MW發(fā)電機就因為上述原因，先后多次造成發(fā)電機進油，少則100多kg，多則幾百kg，被迫在大修中采用大量的帶電清洗劑對定子線圈進行清洗。
　　3　提高氫氣純度、降低氫氣濕度的措施
　　3．1　從氫氣質(zhì)量源頭抓起，保證制氫站補向發(fā)電機的氫氣純度和濕度達到要求，干燥器能正常投入，確保進入儲氫罐的氫氣濕度（用美國CENER－ALEASTERN公司產(chǎn)D－2型露點儀檢測），常壓下濕度不大于2 g／m3，露點≤－50℃。 （考試大注冊安全工程師）
　　3．2　保證發(fā)電機冷凝式氫氣干燥器正常投運，有條件時應將管道加大至50 mm以上，并盡可能縮短管道長度，減少彎曲，減少管路阻力。每臺機組安裝2臺干燥器，互為聯(lián)動備用，在機組運行時，始終有1臺干燥器隨機運行。
　　3．3　制氫站的儲氫罐劃分成常用罐和備用罐分組運行。常用罐做正常補氫用，每天排污放水1次，備用罐供緊急情況下使用，每3 d排污放水1次，在向補氫系統(tǒng)供氫前應測試氫氣濕度、純度達到標準。
　　3．4　對補氫系統(tǒng)進行必要的完善，在機前補氫管道、輸氫管道zui低點適當增加排污放水點，在向發(fā)電機補氫前，先進行輸氫母管的排污放水，并測定母管氫氣純度、濕度合格才能向發(fā)電機內(nèi)補氫。
　　3．5　防止密封油帶水。關(guān)鍵是要使軸封系統(tǒng)經(jīng)常處于 狀態(tài)下運行，既要保持汽輪機真空不受影響，又要不讓軸封蒸汽進入油中。檢修時，軸封間隙必須調(diào)整合理。油凈化裝置要通過摸索規(guī)律，制訂定期投運的周期，確保油中含水量不大于500 mg／L。排油煙（油汽）系統(tǒng)要正確合理，根據(jù)機組的特點，軸承室內(nèi)保持一定的微負壓。此外，軸封進汽自動調(diào)整裝置要正常投入運行，并保證其在工況變化時，具有良好的跟蹤性能。每當發(fā)生較大的變工況，如機組啟動、停運過程或較大幅度變負荷時，運行人員都必須及時調(diào)整軸封進汽壓力。機組運行中要經(jīng)常監(jiān)視各回油窺視窗有無水珠和汽霧。每天取油樣對油中含水情況進行分析，當油中含水超標時，應對油箱進行放水排污并投入潤滑油凈化裝置運行。
　　3．6　切實控制好發(fā)電機的運行風溫和水溫，一般進風溫度35～40℃，內(nèi)冷水溫40±2℃為佳。機組啟動時，為防止機內(nèi)濕度過高，可按氫壓0．1 MPa，內(nèi)冷水壓0．05 MPa控制，但必須注意內(nèi)冷水回路中不得發(fā)生斷水現(xiàn)象，氫氣冷卻器冷卻水先不投入運行，待機組并網(wǎng)帶初始負荷再投入氫冷器自動調(diào)節(jié)裝置，提高氫壓和內(nèi)冷水壓，以避免低溫狀態(tài)下氫氣凝露。
　　3．7　加強對發(fā)電機內(nèi)積油積水情況的監(jiān)視，定期對發(fā)電機進行排油放水，完善發(fā)電機油水液位監(jiān)測報警裝置，創(chuàng)造條件配置在線監(jiān)測儀表和遠傳液位報警裝置。
　　3．8　根據(jù)目前和今后一段比較長的時間火電大機組可能調(diào)峰備用停運時間多的狀態(tài)，應考慮配套安裝外力風機循環(huán)冷凝式氫氣干燥器，作為停機備用期間循環(huán)干燥發(fā)電機氫氣之用，以改善備用期間發(fā)電機的氫氣濕度。
　　3．9　充分認識氫氣質(zhì)量對大型發(fā)電機安全可靠運行的重要作用，并采取必要的行政、經(jīng)濟手段，督促有關(guān)人員共同努力，堵住油中進水的有形和無形通道。健全對氫氣系統(tǒng)管理的責任制，加強對運行和備用發(fā)電機氫氣質(zhì)量檢測、分析和監(jiān)督。建議將大型發(fā)電機氫氣質(zhì)量監(jiān)督納入化學監(jiān)督或絕緣監(jiān)督考核的內(nèi)容之中，與各廠經(jīng)濟責任制掛鉤，兌現(xiàn)獎懲。各廠要因廠制宜，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)特點和存在的問題，加大技改力度，盡快使設(shè)備系統(tǒng)完善合理，迅速扭轉(zhuǎn)忽視氫氣系統(tǒng)管理，輕視氫氣純度、濕度監(jiān)督的局面，為發(fā)電機安全穩(wěn)定運行創(chuàng)造條件。
　　4　防止大型氫冷發(fā)電機進油的措施　
　　原水電部以（88）電生火字第17號通知轉(zhuǎn)發(fā)的《國產(chǎn)QFQS（QFSN）－200－2型發(fā)電機防止漏氫漏油技術(shù)措施細則》，同樣適用于大型氫冷發(fā)電機，應認真貫徹執(zhí)行，針對300 MW大型發(fā)電機還應做好以下防范措施。
　　4．1　在安裝、檢修工作中，密封瓦間隙及油檔間隙一定要按廠家設(shè)計標準調(diào)整合格，嚴格把好質(zhì)量關(guān)。經(jīng)調(diào)整、處理仍達不到標準的，要堅決更換。密封瓦安裝時兩半圓中分面接觸一定要良好無縫隙，合口螺栓緊固后撥動應靈活無卡澀。
　　4．2　保證壓差閥、平衡閥具有良好的調(diào)節(jié)性能和快速的跟蹤性能，是防止發(fā)電機內(nèi)進油的關(guān)鍵，而油質(zhì)的優(yōu)劣則是壓差閥、平衡閥正常工作的關(guān)鍵之關(guān)鍵。因此，軸瓦和2閥以及油系統(tǒng)檢修后一定要*清理、洗擦，不干凈不得裝配或扣蓋。大修后開機前，油循環(huán)必須保證足夠大的流量和足夠長的時間，以便*濾除可能在油中的任何雜質(zhì)。在做風壓試驗時，壓差閥和平衡閥可不投入，待風壓試驗結(jié)束降風壓時將壓差閥和平衡閥投入，運行一段時間后，再把上述2閥拆開進行仔細檢查，并用面團普遍粘一遍，然后進行裝復，在置換氫氣前投運。只有保證油質(zhì)合格，才能保證2閥正常，方可避免因氫壓、油壓波動而造成的發(fā)電機內(nèi)進油。 （注冊安全工程師）
　　4．3　氫側(cè)密封油的回油管徑應適當加大，一般不得小于76 mm，回油管在設(shè)計安裝中應考慮大一些的坡度，禁止出現(xiàn)水平段，并盡可能減少彎曲死角。經(jīng)采取上述措施后如仍然發(fā)生因回油不暢而導致的機內(nèi)進油，則可考慮在下端蓋內(nèi)氫側(cè)回油孔2側(cè)（同一水平線）鉆1個20～25 mm的孔，以增大泄油面積。在機殼2端的下部凹槽內(nèi)易積油部位鉆2個16～18 mm的泄油孔，將積油排入出線箱（注意要與過度引線位置錯開），定期將油排出機外。
　　4．4　密封油箱通到發(fā)電機的回氫管應盡量增大坡度，防止管內(nèi)積油被回氫帶入機內(nèi)，該管接到機殼上的位置應盡量提高。氫油分離器應隨機啟動投運，并保證分離效果良好。