發(fā)電機氫冷系統(tǒng)常見問題分析及處理

摘 要：發(fā)電機是發(fā)電廠重要的生產設備，隨著我國高參數大容量機組的不斷涌現，使得發(fā)電機氫冷系統(tǒng)的結構更加趨于復雜化。氫冷系統(tǒng)的運行質量直接影響著機組的安全穩(wěn)定。本文以某電廠采用的西門子350MW機組為例，介紹了發(fā)電機氫冷系統(tǒng)的構成，并結合現場實際，總結出日常出現的問題，并對此進行了具體分析，給出了檢修注意事項和安全防范措施。

關鍵詞：氫冷系統(tǒng)；常見問題；分析處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.038

某電廠一期裝機容量6×350MW，發(fā)電機為德國西門子公司設計生產。冷卻形式為全氫冷，即轉子繞組、定子繞組、三相出線和套管直接氣體冷卻。發(fā)電機正常運行所產生的其它熱量，如鐵損、風阻損耗、雜散損耗等均通過氫氣散失。

1 H2冷卻的特點

氫是原子質量最小的元素。標態(tài)下，H2的密度只有空氣的1/14，因此用H2冷卻發(fā)電機，其通風損耗最小，提高了發(fā)電機效率，減少了發(fā)電機噪音。其次，H2導熱能力強，其導熱系數是空氣的8.4倍，在相同溫差下所吸收的熱量更多，換熱效率更高，當單機容量一定時，縮小了發(fā)電機的體積，減少了材料使用。另外，H2比較穩(wěn)定，可保護發(fā)電機的絕緣。但H2是一種易燃易爆氣體，擴散性強，安全要求高。

2 氫冷系統(tǒng)的構成

2.1 氣體系統(tǒng)

氣體系統(tǒng)由H2供給裝置、CO2供給裝置、壓縮空氣供給裝置、H2干燥器等組成。H2正常由氫站供給，H2瓶作為氣源備用。CO2供給裝置包括貯存液態(tài)CO2的鋼瓶、CO2氣化風機、換熱器和風扇等。壓縮空氣供給裝置由壓縮空氣室、空氣過濾器和氣體干燥器等組成。惰性氣體CO2是作為發(fā)電機在充、排氫其間，防止H2爆炸的一個重要安全措施。

2.2 密封油系統(tǒng)

密封油系統(tǒng)由密封油泵、密封油箱、中間油箱、貯油箱、真空泵、過濾器、冷油器、差壓調節(jié)閥等組成。密封油系統(tǒng)將油打入軸與密封環(huán)之的間隙形成軸封，防止了H2的泄漏。密封油壓高于氫壓，經密閉回路供給密封環(huán)，保證了可靠的密封效果。

2.3 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)由氫冷器、多級軸流風機、冷卻通道等組成。多級軸流風機位于靠近汽輪機側的轉子端部，從發(fā)電機內部冷卻通道抽出高溫H2送入氫冷器，由閉式水進行冷卻。冷卻通道的精確布置可使H2有選擇性地帶走發(fā)電機內各部熱量，最大限度的消除了局部過熱，減小了導體間的機械應力。

3 常見問題及處理

3.1 漏氫或氫壓低

漏氫的途徑分兩種，一是通過發(fā)電機外殼泄漏到大氣中，或通過出線套管泄漏到封母外殼內，另外還有端蓋處、氫冷器、氣體管路等處不嚴造成泄露。這種情況氣體不易積聚，危險性不大，不難處理。二是由于密封系統(tǒng)異常，使H2進入到發(fā)電機的油系統(tǒng)中，甚至汽機蒸汽系統(tǒng)中。發(fā)電機氫側回油至中間油箱，而中間油箱與密封油箱相連，進而進入主油箱。由于壓力控制不當，使漏氫最終在主油箱內匯聚，在一定條件下發(fā)生爆炸。故正常應嚴格維持發(fā)電機內氫壓 0.35MPa，油氫差壓在0.2～0.25 MPa之間。還要保證主機油箱排煙風機排煙正常，并定期檢測油箱內含氫量。如果H2隨主機油進入汽機蒸汽系統(tǒng)，將使汽機葉片受力不均而受到損害。當H2漏入氫冷器內的閉式水時，將破環(huán)氫冷器的冷卻效果，引起氫溫高。這些漏點比較隱蔽，難以查找，耗時較長。在停機檢修過程中要把好質量關，做好發(fā)電機轉子氣密性試驗，氫冷器水壓試驗等。

3.2 氫溫高

氫溫高分為冷氫溫度高或熱氫溫度高。冷氫溫度高一般是氫冷器導熱故障，或其內的閉式水溫度高。應加強閉式水監(jiān)督，保證閉式水的水質，防止氫冷器臟污。氫冷器維持冷氫溫度正常為43℃，閉式水因故停運時，滿負荷下，冷氫溫度達到機組跳閘值53℃只需短短幾分鐘。熱氫溫度異常通常伴隨著發(fā)電機內部故障，例如絕緣破壞或發(fā)生短路，根據相關現象綜合判斷。

3.3 H2濕度不符合標準

H2濕度過高，使發(fā)電機繞組絕緣強度降低，甚至會使轉子護環(huán)因受力不均而產生裂紋； H2濕度過低，會影響定子端部墊塊的收縮或使支撐環(huán)產生裂紋。根據國家行業(yè)標準《氫冷發(fā)電機H2濕度的技術要求》規(guī)定，已建電廠（站） H2露點溫度應≥ -25℃，絕對濕度<4.75g/m?，容量在300MW及以上的發(fā)電機應連續(xù)監(jiān)測H2濕度。應定期啟動H2干燥器對H2進行干燥再生，或H2露點溫度、絕對濕度不在正常范圍時，也應對H2再生。

3.4 H2純度不符合標準

H2純度應在在 96%以上。當密封油差壓閥調整不當，空側油壓遠大于氫側油壓，空氣進入發(fā)電機H2系統(tǒng)，使H2純度降低。另外在雨季，水汽易混入氫氣中。原因是油系統(tǒng)中含水量較高，在相對高溫高壓的氫側密封油中，水汽通過蒸發(fā)，進入相對低壓的H2中，既影響純度又影響濕度。所以這時應加大油氫差壓的監(jiān)視和油系統(tǒng)排煙風機的維護，并縮短H2干燥周期。

4 檢修注意事項

4.1 充、排氫

發(fā)電機內氣體置換一般在轉子靜止下進行。置換前應確證氣體檢測儀可靠，密封油系統(tǒng)運行正常。整個置換過程中，嚴格維持發(fā)電機內壓力在0.08 ～ 0.1MPa。在涉及H2的置換時，應緩慢進行，防止H2流摩擦過熱發(fā)生爆炸?？刂屏魉僭?00～150ml/min，使被置換氣體逐層排出，防止兩種氣體互竄，影響純度。充氫時，先用CO2排出發(fā)電機內的空氣，再由H2排出CO2，排氫過程與此相反。因H2密度小，為保證取樣點準確性和防止油污染，H2純度測點一般位于發(fā)電機本體底部高約15cm的位置。為防止密度較大氣體停留在H2干燥器或其進、出口管道等較低部位，在充氫過程中，將以下操作重復至少20 次：①H2干燥器由干燥位切至中間位；②干燥器內氣體壓力到零并維持 10 秒；③ 再切至干燥位對干燥器充壓。規(guī)定CO2在發(fā)電機內停留不超24小時，宜在6小時內排出，防止時間過長而凝露。當一種氣體置換完畢，就地表記顯示純度合格且穩(wěn)定后，進行手動取樣化驗。不同的階段，取樣點也是不同的。當由CO2置換H2時，CO2置密度遠大于H2密度，CO2在下，H2在上，上部CO2純度必須合格，故取樣點在上部。同理，當由空氣置換CO2時，取樣點在下部。

4.2 風壓試驗

風壓試驗用來檢測發(fā)電機的密封性能。風壓試驗通常充入額定氫壓的壓縮空氣，記錄其24小時內每小時壓力、大氣壓、溫度等變化數據，來折算一天內的漏氫量。風壓試驗時應關閉氣體分析儀關斷門，防止氣體分析儀損壞。在查漏時，一般先用涂肥皂水起泡法粗查，如找不出漏點，可充入適量氟利昂細查。查完后，用干凈的棉布將肥皂水擦

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拭干凈，防止生銹。但對絕緣值有嚴格要求的部位禁止使用肥皂水，比如導電螺釘密封，出線端子瓷瓶，用電信號傳導的測點等處。

4.3 防止H2著火爆炸

當空氣中H2占其體積的4%～75%時，便形成一種極易爆炸的混合物。H2的著火溫度為574℃，著火能量極低，約為20KJ，所以對H2系統(tǒng)相關閥門盡量用手操作，如不能開關，可用涂有黃油的銅制門鉤，且操作速度應緩慢。在氫冷發(fā)電機上有檢修、動火等工作，必須與H2系統(tǒng)有明顯的斷點。相關工作人員禁止攜帶手機、鑰匙、手表、戒指等金屬物品，并穿布鞋和不帶拉鏈的連體服。如動火，應先辦理動火工作票，檢查消防器材完好。由專業(yè)人員對氣體進行取樣分析，合格后才能許可。動火工作中，設立專人監(jiān)護，手持氣體分析儀，嚴密監(jiān)視氣體含量變化情況。如進入發(fā)電機鏜內，應每隔十分鐘對進入的人員呼喊聯(lián)系。檢修過程中，無論排氫與否，始終保持發(fā)電機底部排風扇運行正常，保證空氣流通良好。

5 結語

隨著我國電力市場的改革和機組單機容量的越來越大，對發(fā)電機氫冷系統(tǒng)的技術要求也越來越高了。因為氫冷系統(tǒng)的健康狀況直接影響著機組的穩(wěn)定運行，還影響著機組的經濟指標。這里僅列舉出發(fā)電機氫冷系統(tǒng)一些常見的問題及處理方法，目的在于提前采取有效的預防措施，確保機組安全可靠運行。

參考文獻：

[1]西門子發(fā)電機設計資料C311[S].江蘇省工程技術翻譯院.

[2]楊貴恒，賀明智，金釗.發(fā)電機組維修技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

作者簡介：李天波（1982-），男，山西晉城人，本科，工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設備檢修。