《自动化博览》

    摘要：发电机在运行中，发电机氢气湿度是一项重要的监测指标，氢气湿度是否在规定范围内直接影响着机组的安全运行。过于干燥的环境会对发电机定子的某些部件产生有害的影响，造成端部垫块收缩和支撑环裂纹，将导致定子端部绝缘发生磨损。湿度过高，水汽在氢气温度过低时会产生结露，降低发电机绝缘，可能进一步造成发电机故障。氢气湿度的变化与密封油、除湿装置等系统的运行质量息息相关，因此对氢气湿度的控制也主要从上述系统着手。

   关键词：氢气；湿度；密封油；除湿装置

   1 概述

    三河发电有限责任公司二期两台发电机为东方电机股份有限公司制造的QFSN-300-2-20B型三相、二极、隐极式转子同步发电机，冷却方式为水—氢—氢。定子绕组的冷却水由水冷泵强制循环，进出水汇流管分别装在机座内的励端和汽端，并通过水冷器进行冷却，氢气则利用装在转子两端的轴流式风扇进行强制循环，并通过发电机两端氢冷器进行冷却，在机内密闭循环。发电机端盖内装有单流环式油密封，以防止氢气从发电机内逸出。

    运行初期，发电机氢气湿度变化较大，由于氢气湿度超标，将降低发电机绝缘水平，使发电机定子绝缘薄弱处发生相间短路事故；降低发电机转子绝缘水平，严重的匝间短路可导致轴振和机组磁化；使发电机转子护环产生应力腐蚀裂纹，缩短发电机的寿命。经过对系统的检查、分析、处理，目前已经基本掌握了对氢气湿度变化大的控制调整方法。

    2 引起发电机氢气湿度变化大的因素分析

    针对发电机氢气湿度变化大的问题，对发电机内冷水系统、氢冷器、密封油系统、排补氢系统、氢气除湿装置可能对氢气湿度产生的影响，进行了分析检查。

    2.1 内冷水系统、氢冷器系统

    发电机的定子绕组采用水冷方式。发电机额定氢压为0.25MPa，为避免运行过程中绕组或冷却水连接管等部位发生泄漏而使内冷水进入发电机，根据厂家设备说明书和公司的集控运行规程的规定，机内氢压必须大于内冷水压力0.03MPa以上，氢气压力降至0.23 MPa时补氢。从实际运行情况看，内冷水压力始终维持在0.19~0.20MPa，在进行定冷泵切换时定冷水压力升高；另外，由于采用人工补氢，在机内氢压降低时，有时会因补氢不及时，使氢压略低于0.23 MPa，都会使机内氢压与内冷水的压差接近甚至小于0.03MPa。

    在对发电机油水检测器进行排污时，并未发现有水流出。说明内冷水系统虽然存在偏离规定值运行的现象，但该系统并不是影响发电机内氢气湿度变化的因素。

    内冷水运行时，维持水温高于机内氢气温度。

    发电机氢冷器运行中，保持氢侧压力高于水侧压力，在冷却水进口管路上设有压力控制阀门，以确保水压低于氢压。

   2.2 密封油系统

    该发电机安装了单流环式密封油系统，其补油来自汽轮机润滑油系统。

   密封油系统由真空装置（包括真空油箱、真空泵组和再循环油泵）、密封油泵、油氢差压调节阀、扩大槽、浮子油箱以及空气抽出槽等设备组成。其中氢侧（以密封瓦为界，靠近氢气侧为氢侧，另一侧为空侧）密封油回油经过扩大槽、浮子油箱进入空气抽出槽，汇合空侧密封油回油后进入润滑油回油系统，返回至汽机主油箱。空侧密封油回油直接进入空气抽出槽。如图1所示。
         
                     
                                           图1  密封油系统简图

  2.2.1 油氢差压

    机组正常运行中，依靠油氢差压调节阀自动跟踪发电机内氢气压力的变化，维持油氢差压在0.05±0.02 MPa范围内。从实际运行情况看，该差压调节阀调节特性良好。在对油水检测器进行排污时，发现有少量油流出，但数量很小。

    2.2.2 密封油系统真空装置

    密封油系统的来油为汽轮机的润滑油。

    正常运行时，润滑油不断地补充到真空油箱中，通过真空泵组的连续工作，使真空油箱维持一定的真空，润滑油中含有的空气和水份（水蒸气）在真空油箱中被分离出来，通过真空泵和真空管路被排至厂房外，从而使进入密封瓦的油得以净化，防止空气和水分对发电机内的氢气造成污染。

    通过再循环油泵的运行，使真空油箱中的油形成一个局部循环回路，从而使油得到更好的净化。

    为了加速空气和水份从油中释放，真空油箱内部设置有多个喷头，补充进入真空油箱的油通过补油管端的喷头，再循环油通过再循环管端的喷头而被扩散，加速空气、水份（水蒸气）从油中分离。

    因此，必须保证密封油真空装置处于正常的工作状态，否则不利于密封油中的空气和水份（水蒸气）的扩散分离，进而在运行过程中进入氢气内，最终影响发电机氢气湿度。

     2.2.3密封油质量

    由于发电机氢气与氢侧密封油直接接触，因此密封油的含水量大小，将直接影响发电机内氢气的湿度。

    发电机密封油油源来自汽轮机润滑油。

    从实际运行情况看，由于汽轮机轴封系统运行质量较差，汽缸两端汽封处有蒸汽漏出，串入轴瓦中，造成油中积水，返回至主油箱。

    主油箱滤油机工作效果不好，造成润滑油含水量大。

    主油箱排烟风机运行时，曾发现风机外壳积水，外壳处积水无法及时排出，又倒流回主油箱，使排烟风机效果降低甚至消失。针对该问题，已在风机外壳底部加装疏水管进行处理。

    润滑油冷却器运行时油侧压力高于水侧压力，备用冷却器冷却水出入口门处于关闭状态，放水门开启。因此可以基本排除冷却器对油钟水分的影响。

    含水量大的润滑油补油至密封油后，不但增加了密封油真空装置的运行负担，降低了除水效果，使密封油含水量增大。

     密封油系统空气抽出槽安装有两台排烟风机，维持抽出槽适当的负压。运行中，排烟风机前部的分离装置内会有有水析出，因此需要及时将水排出，以降低油中的水含量。实际运行早期，未能意识到该问题，也是间接影响氢气湿度的因素之一。目前，已安排定期进行手动排水。

    2.3 发电机排补氢系统

    发电机排补氢系统如图2所示。

    由于制氢站的取消，发电机补氢气源采用氢罐，因此罐内氢气的质量将直接影响补氢后发电机内氢气的湿度。

    如图2所示，在发电机补氢管上装有吸附式氢气干燥器，装有0.1m3(约70Kg )硅胶，同时干燥器内装有滤网，具有过滤、扩容疏水（液）的功能，可以对补充进入发电机的氢气进行干燥处理，以确保进入发电机的氢气湿度合格。因此应定期对干燥器内干燥剂进行检查、再生（烘焙干燥）或更换，以保证干燥效果。干燥器底部安装有排污阀门，以对可能存在的水分进行定期排放。

    如干燥器内硅胶失效或未能进行定期排污，都将影响发电机内氢气湿度。同时应保证干燥器旁路门关闭严密。
    
                  
                                    图2  发电机氢气系统简图

    2.4 发电机氢气除湿装置

   发电机氢气除湿装置如图3所示。
            
                      
                               图3 发电机氢气除湿装置简图

    发电机安装XFG-1F型氢气干燥器，用以清除发电机氢气内的水分。在吸附式干燥器前布置油分离器，机组正常运行时循环风机停运，旁路门开启，发电机内氢气在转子两端风扇的作用下，顺序经过循环风机旁路、除湿装置入口湿度计、油分离器、吸附式干燥器、除湿装置出口湿度计，最后返回至发电机内。

    在油分离器内将氢气中的油分分离后，进入吸附式干燥器内，利用活性氧化铝作为干燥剂，当活性氧化铝吸收水分达到饱和后，程序自动将其转为再生状态，通过加热使氧化铝束缚的水分汽化，再通过一股氢气将释放出的水分带走，最后经过冷却，将带出的水分冷却为冷凝水，由疏水门排出。

    循环风机的旁路门在运行中控制着经过除湿装置的氢气流量，对于控制氢气的湿度起着至关重要的作用，通过实际操作，运行中通过调整循环风机的旁路门可以将氢气湿度控制在要求的范围内(-5 ~15)。同时，再生后的冷凝水需要及时排出，否则将影响再生效果，进而影响整个干燥器的干燥效果。

    3 影响发电机氢气湿度变化大的原因总结

    通过上述分析，可以发现，影响发电机湿度主要原因如下：

    （1）密封油含水量大；

    （2）系统各部位的水分无法及时排出；

   （3）氢气除湿装置循环风机旁路门开度不合适。

    4 结语

    （1）进行系统的分析，考虑通过轴端汽封间隙调整、轴封系统管路改造、合理调整轴封压力和轴封供回汽门开度等手段，提高轴封系统系统运行质量，尽量减少和消除轴封漏汽。

    （2）加强对汽轮机润滑油的油质监督，提高滤油机的维护质量，保证其滤水效果。定期对主油箱底部进行排污，同时视油位情况，补充合格润滑油。保证主油箱排烟风机和空气抽出槽排烟风机的正常运行，维持适当的负压。保证主油箱排烟风机、空气抽出槽排烟风机、除湿装置干燥器等部位的水分及时排出。

    （3）加强密封油系统真空设备的运行维护，保证设备运行正常，确保密封油系统真空油箱、再循环泵运行时清除油中水分的效果。

    （4）视氢气湿度的变化情况，及时合理调整循环风机旁路门开度，维持氢气湿度在规定范围内。

   参考文献：

   [1] 三河发电有限责任公司．300MW机组集控运行规程[Z]．

   [2] 三河发电有限责任公司．300MW机组热机系统图[Z]．

   [3] 东方汽轮机厂设备运行说明书[Z]．

    [4] 郑体宽等．热力发电厂[M]．中国电力出版社，2001．

    李小龙（1977-）

   男，河北三河人，专科，助理工程师，现就职于三河发电有限责任公司，主要从事电厂集控运行。

   张新元（1976-）

   男，河北迁安人，专科，助理工程师，现就职于三河发电有限责任公司，主要从事电厂安全经济运行工作。

   孟森林（1974-）

    男， 河北廊坊人，本科，助理工程师，现就职于三河发电有限责任公司，主要从事电厂集控运行工作。  

   摘自《自动化博览》2011年第十二期