發(fā)電機(jī)氫氣純度濕度偏高分析及防范

目前，我國(guó)加入電網(wǎng)運(yùn)行的300 MW及以上大型汽輪發(fā)電機(jī)已有近200臺(tái)，這些機(jī)組已成為我國(guó)電網(wǎng)的主力機(jī)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(jiǎn)稱氫冷發(fā)電機(jī)。

　　1　氫氣純度、濕度不合格以及機(jī)內(nèi)進(jìn)油的危害　
　　氫氣純度不合格，將導(dǎo)致冷卻效率降低，造成機(jī)內(nèi)構(gòu)件局部過熱，同時(shí)有害氣體的存在還會(huì)造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕。
　　氫氣濕度過大，對(duì)發(fā)電機(jī)定子絕緣的影響更大，一是水分在運(yùn)行中蒸發(fā)為水蒸汽，使微細(xì)擊穿點(diǎn)之間氫氣介質(zhì)導(dǎo)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(dǎo)體與外部絕緣表面電位相等，成為等電位體，威脅發(fā)電機(jī)定子絕緣，誘發(fā)發(fā)電機(jī)絕緣事故。油進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，將直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)絕緣腐蝕、老化，若油中含水量超標(biāo)，油中水分蒸發(fā)，則導(dǎo)致與氫氣濕度過大的同樣后果。此外，油進(jìn)入發(fā)電機(jī)，如果未及時(shí)排出，油在機(jī)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(duì)大型發(fā)電機(jī)的運(yùn)行是十分不利的。它將對(duì)發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)產(chǎn)生腐蝕作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使機(jī)內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生表面凝露，使轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)受產(chǎn)生附加應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋等危害。近幾年來，因?yàn)闅錃饧兌炔缓细?，氫氣濕度過大和機(jī)內(nèi)進(jìn)油，已造成多次大型發(fā)電機(jī)絕緣損壞事故。原電力部相繼于1996年和1998年先后發(fā)文，對(duì)大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的氫氣純度、濕度和防止機(jī)內(nèi)進(jìn)油作了規(guī)定。但由于這些異常運(yùn)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(yīng)當(dāng)引起高度警覺和重視，方能防患于未然。

　　2　導(dǎo)致大型發(fā)電機(jī)氫氣純度、濕度不合格和機(jī)內(nèi)進(jìn)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(jī)氫氣純度和濕度不合格的原因之一。目前，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)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(jī)制，至今未納入化學(xué)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(tái)300 MW發(fā)電機(jī)1999年1～12月份氫純度、濕度合格率統(tǒng)計(jì)(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(biāo)，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(jī)基本都是由轉(zhuǎn)子兩端的風(fēng)扇隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)壓差，在機(jī)內(nèi)形成氫氣封閉循環(huán)流動(dòng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)在停運(yùn)備用狀態(tài)下，機(jī)內(nèi)氫氣差壓消失，依靠壓差進(jìn)氣的氫氣干燥器氫氣無法流動(dòng)，干燥器不能對(duì)氫氣進(jìn)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(jī)運(yùn)行中干燥器投運(yùn)不正常。大多數(shù)電廠的氫氣干燥器設(shè)計(jì)安裝在0 m層，由于管路長(zhǎng)、管徑小、阻力大、漏氫點(diǎn)多，自動(dòng)裝置不可靠，加之冷凝式氫氣干燥器運(yùn)行2 h后要停2 h進(jìn)行除霜排濕，而設(shè)計(jì)配套是1機(jī)1臺(tái)，便形成了停停開開的運(yùn)行方式。
　　2．4　發(fā)電機(jī)密封油中含水超標(biāo)。由于密封油取自汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，在汽輪機(jī)運(yùn)行中，由于各方面的原因，造成軸封蒸汽進(jìn)入軸承油室，凝結(jié)成水進(jìn)入油中。含有較高水分的油在密封瓦中蒸發(fā)進(jìn)入氫氣內(nèi)。
　　2．5　發(fā)電機(jī)啟動(dòng)升負(fù)荷或低負(fù)荷運(yùn)行，氫氣冷卻器冷卻水量調(diào)整控制不當(dāng)或冷卻水溫過低，流量過大，導(dǎo)致氫溫過低產(chǎn)生凝露。內(nèi)冷水系統(tǒng)機(jī)內(nèi)接頭和氫冷器微細(xì)滲漏也可能導(dǎo)致機(jī)內(nèi)氫氣濕度增大。 (考試大注冊(cè)安全工程師)
　　2．6　發(fā)電機(jī)油水指示計(jì)失效或無遠(yuǎn)傳報(bào)警功能，運(yùn)行值班人員巡視檢查維護(hù)不到位，未按規(guī)定進(jìn)行排污排油水，造成油水長(zhǎng)期沉積在發(fā)電機(jī)內(nèi)蒸發(fā)，影響氫氣濕度升高。
　　2．7　發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)油的原因
　　2．7．1　發(fā)電機(jī)密封瓦結(jié)構(gòu)不盡合理。目前300 MW大型氫冷發(fā)電機(jī)均采用雙流環(huán)式密封瓦，油密封裝置置于發(fā)電機(jī)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(dú)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(dá)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(shí)現(xiàn)的，氫側(cè)為了防止油進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，還有一道迷宮式外油檔阻止油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。此種結(jié)構(gòu)的密封瓦，要求裝配間隙精度相當(dāng)嚴(yán)，如果制造、安裝達(dá)不到要求，間隙過大等，都極易造成密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。
　　2．7．2　平衡閥或差壓閥工作失常。300 MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行中要求平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)精度達(dá)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(dāng)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(tái)300 MW發(fā)電機(jī)就因?yàn)樯鲜鲈?，先后多次造成發(fā)電機(jī)進(jìn)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(duì)定子線圈進(jìn)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(bǔ)向發(fā)電機(jī)的氫氣純度和濕度達(dá)到要求，干燥器能正常投入，確保進(jìn)入儲(chǔ)氫罐的氫氣濕度(用美國(guó)CENER－ALEASTERN公司產(chǎn)D－2型露點(diǎn)儀檢測(cè))，常壓下濕度不大于2 g／m3，露點(diǎn)≤－50℃。 (考試大注冊(cè)安全工程師)
　　3．2　保證發(fā)電機(jī)冷凝式氫氣干燥器正常投運(yùn)，有條件時(shí)應(yīng)將管道加大至50 mm以上，并盡可能縮短管道長(zhǎng)度，減少?gòu)澢?，減少管路阻力。每臺(tái)機(jī)組安裝2臺(tái)干燥器，互為聯(lián)動(dòng)備用，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，始終有1臺(tái)干燥器隨機(jī)運(yùn)行。
　　3．3　制氫站的儲(chǔ)氫罐劃分成常用罐和備用罐分組運(yùn)行。常用罐做正常補(bǔ)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(bǔ)氫系統(tǒng)供氫前應(yīng)測(cè)試氫氣濕度、純度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
　　3．4　對(duì)補(bǔ)氫系統(tǒng)進(jìn)行必要的完善，在機(jī)前補(bǔ)氫管道、輸氫管道zui低點(diǎn)適當(dāng)增加排污放水點(diǎn)，在向發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫前，先進(jìn)行輸氫母管的排污放水，并測(cè)定母管氫氣純度、濕度合格才能向發(fā)電機(jī)內(nèi)補(bǔ)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(yùn)行，既要保持汽輪機(jī)真空不受影響，又要不讓軸封蒸汽進(jìn)入油中。檢修時(shí)，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(yùn)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(jī)組的特點(diǎn)，軸承室內(nèi)保持一定的微負(fù)壓。此外，軸封進(jìn)汽自動(dòng)調(diào)整裝置要正常投入運(yùn)行，并保證其在工況變化時(shí)，具有良好的跟蹤性能。每當(dāng)發(fā)生較大的變工況，如機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)過程或較大幅度變負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行人員都必須及時(shí)調(diào)整軸封進(jìn)汽壓力。機(jī)組運(yùn)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(duì)油中含水情況進(jìn)行分析，當(dāng)油中含水超標(biāo)時(shí)，應(yīng)對(duì)油箱進(jìn)行放水排污并投入潤(rùn)滑油凈化裝置運(yùn)行。
　　3．6　切實(shí)控制好發(fā)電機(jī)的運(yùn)行風(fēng)溫和水溫，一般進(jìn)風(fēng)溫度35～40℃，內(nèi)冷水溫40±2℃為佳。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，為防止機(jī)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(yùn)行，待機(jī)組并網(wǎng)帶初始負(fù)荷再投入氫冷器自動(dòng)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(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)積油積水情況的監(jiān)視，定期對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行排油放水，完善發(fā)電機(jī)油水液位監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，創(chuàng)造條件配置在線監(jiān)測(cè)儀表和遠(yuǎn)傳液位報(bào)警裝置。
　　3．8　根據(jù)目前和今后一段比較長(zhǎng)的時(shí)間火電大機(jī)組可能調(diào)峰備用停運(yùn)時(shí)間多的狀態(tài)，應(yīng)考慮配套安裝外力風(fēng)機(jī)循環(huán)冷凝式氫氣干燥器，作為停機(jī)備用期間循環(huán)干燥發(fā)電機(jī)氫氣之用，以改善備用期間發(fā)電機(jī)的氫氣濕度。
　　3．9　充分認(rèn)識(shí)氫氣質(zhì)量對(duì)大型發(fā)電機(jī)安全可靠運(yùn)行的重要作用，并采取必要的行政、經(jīng)濟(jì)手段，督促有關(guān)人員共同努力，堵住油中進(jìn)水的有形和無形通道。健全對(duì)氫氣系統(tǒng)管理的責(zé)任制，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行和備用發(fā)電機(jī)氫氣質(zhì)量檢測(cè)、分析和監(jiān)督。建議將大型發(fā)電機(jī)氫氣質(zhì)量監(jiān)督納入化學(xué)監(jiān)督或絕緣監(jiān)督考核的內(nèi)容之中，與各廠經(jīng)濟(jì)責(zé)任制掛鉤，兌現(xiàn)獎(jiǎng)懲。各廠要因廠制宜，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)特點(diǎn)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(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件。
　　4　防止大型氫冷發(fā)電機(jī)進(jìn)油的措施　
　　原水電部以(88)電生火字第17號(hào)通知轉(zhuǎn)發(fā)的《國(guó)產(chǎn)QFQS(QFSN)－200－2型發(fā)電機(jī)防止漏氫漏油技術(shù)措施細(xì)則》，同樣適用于大型氫冷發(fā)電機(jī)，應(yīng)認(rèn)真貫徹執(zhí)行，針對(duì)300 MW大型發(fā)電機(jī)還應(yīng)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整合格，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。經(jīng)調(diào)整、處理仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的，要堅(jiān)決更換。密封瓦安裝時(shí)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(dòng)應(yīng)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(jī)內(nèi)進(jìn)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(jī)前，油循環(huán)必須保證足夠大的流量和足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以便*濾除可能在油中的任何雜質(zhì)。在做風(fēng)壓試驗(yàn)時(shí)，壓差閥和平衡閥可不投入，待風(fēng)壓試驗(yàn)結(jié)束降風(fēng)壓時(shí)將壓差閥和平衡閥投入，運(yùn)行一段時(shí)間后，再把上述2閥拆開進(jìn)行仔細(xì)檢查，并用面團(tuán)普遍粘一遍，然后進(jìn)行裝復(fù)，在置換氫氣前投運(yùn)。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(dòng)而造成的發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)油。 (注冊(cè)安全工程師)
　　4．3　氫側(cè)密封油的回油管徑應(yīng)適當(dāng)加大，一般不得小于76 mm，回油管在設(shè)計(jì)安裝中應(yīng)考慮大一些的坡度，禁止出現(xiàn)水平段，并盡可能減少?gòu)澢澜?。?jīng)采取上述措施后如仍然發(fā)生因回油不暢而導(dǎo)致的機(jī)內(nèi)進(jìn)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(gè)20～25 mm的孔，以增大泄油面積。在機(jī)殼2端的下部凹槽內(nèi)易積油部位鉆2個(gè)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(cuò)開)，定期將油排出機(jī)外。
　　4．4　密封油箱通到發(fā)電機(jī)的回氫管應(yīng)盡量增大坡度，防止管內(nèi)積油被回氫帶入機(jī)內(nèi)，該管接到機(jī)殼上的位置應(yīng)盡量提高。氫油分離器應(yīng)隨機(jī)啟動(dòng)投運(yùn)，并保證分離效果良好。