600MW氫冷發電機氫氣濕度高分析及處理

高東華

摘要：某電廠#2發電機組因氫氣濕度高，嚴重影響了機組的安全運行，對該問題進行了深入分析，尋找原因，解決濕度超標的安全隱患，對同類氫冷機組相似問題的分析處理具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：發電機；氫氣濕度；氫氣干燥器

1.概述

我廠發電機為哈爾濱電機廠生產的QFSN4-600-2三相同步發電機，采用水-氫-氫冷卻方式，即定子線圈直接水冷，轉子線圈直接氫冷，轉子本體及定子鐵芯氫冷，定子出線水內冷。發電機在運行中，氫氣濕度是一項重要的監測指標，直接影響著機組的安全運行。過于干燥的環境會對發電機定子的某些部件產生有害的影響，造成端部墊塊收縮和支撐環裂紋，將導致定子端部絕緣發生磨損。濕度過高，水汽在氫氣溫度過低時會產生結露，降低發電機絕緣，使定子絕緣薄弱處發生表面爬電、閃絡、相間短路等。按我廠規程要求，氫氣干燥裝置應保證在額定氫壓下機內氫氣露點不大于-5℃同時又不低于-25℃。

2.現象描述

今年5月以來，#2發電機氫氣濕度出現了緩慢增大的現象，濕度由-11℃逐步上升，5月25日已最高至-1℃左右，除濕效果很不理想，若不及時解決，將給#2發電機帶來嚴重的安全隱患。

3.氫氣濕度高原因分析

影響氫氣濕度的各個主要因素有發電機定冷水系統及氫冷器、密封油系統、補氫系統、氫氣干燥器等，下面對各因素進行詳細分析及排查。

3.1 定冷水系統，氫冷器系統

若發電機內部線棒、水接頭、水盒等部位發生滲漏，將造成氫氣濕度增大，但定冷水壓力低于氫壓較多（氫壓0.38-0.4Mpa，定冷水壓0.25Mpa），氫氣系統及定冷水系統壓力一直處于穩定狀態，可排除定冷水漏入的可能性。

若氫冷器鎳銅冷卻水管破裂或存在沙眼、冷卻水管與兩端水箱的脹口質量不良，冷卻器密封墊不嚴，也將發生冷卻水直接與氫氣接觸，造成氫氣濕度增大。氫冷器采用開式水冷卻，開式水壓較為穩定，各氫冷器入口的水壓0.28MPa左右，低于氫壓較多，可排除氫冷器系統漏水的可能性。

3.2密封油系統

我廠的密封油系統為集裝式，其密封油路為雙流環式，正常運行中，氫側密封油壓力略高于氫氣壓力，而氫氣直接同密封油接觸，如果密封油內水分含量超標，將會引起發電機氫氣的濕度超標。

我廠密封油系統的中氫側密封油箱的補油來自空側密封油，而空側密封油油箱補油及備用油源均由大機潤滑油系統提供，由于潤滑油系統在潤滑汽輪機各軸瓦時受到軸封系統的影響，會使潤滑油的水分含量增加，密封油的水分含量也會增加，進而影響到氫氣濕度。近期大機潤滑油凈化裝置運行正常，潤滑油化驗結果中水分含量正常，故可排除大機潤滑水分含量高造成氫氣濕度增大。

3.3補氫系統

發電機補氫氣源由制氫站制得，制氫站的氫氣質量將直接影響補氫后發電機內氫氣的濕度，而制氫機氫氣濕度均在-50℃以下，查看曲線發現每次發電機補氫后氫氣濕度有略微下降趨勢，且我廠#1、#2機補氫均由同一氫站的同一管路提供，在補氫次數相當的情況下#1機氫氣濕度正常，可排除補氫因素對#2機氫氣濕度造成的影響。

3.4氫氣干燥器

我廠采用的氫氣干燥器是牡丹江市聯合電力設備有限公司生產的XFG-1F-1型氫氣干燥器，發電機內濕氫氣在轉子兩端風扇的作用下順序經過：除濕裝置入口濕度計、油分離器、吸附式干燥器，氫氣進入吸附式干燥器后，所含水分被干燥劑吸附，被干燥后的氫氣返回至發電機內。當活性氧化鋁吸收水分達到一定程度后，程序將切至再生過程，通過加熱使氧化鋁束縛的水分汽化，再通過存留氫氣的循環將水汽帶出，經冷卻器冷卻后，水從疏水口排出，氫氣返回再生塔繼續循環，干燥劑的再生效果對整個干燥器的干燥效果影響至關重要，再生后的冷凝水要及時排出。

經檢查確認氫氣干燥器冷卻水進口閥W1、出口閥W2以及與氫氣系統相連的各個閥門均已開啟，氫氣干燥器界面正常，無故障指示，但在檢查過程中發現汽水分離器后的疏水罐幾乎無水分排出，懷疑冷卻器效果不佳，通過溫槍測量冷卻器冷卻水進出口管道溫度高達37℃，而冷卻水由開式水提供，此溫度高于開式水進、回水母管溫度（正常夏季進水溫度為27℃，回水溫度30℃），初步懷疑氫氣干燥器冷卻水進出口管道堵塞或冷卻器堵塞造成換熱不佳，影響氫氣中水分的冷凝分離效果，造成氫氣濕度偏高。

4.處理過程

為驗證氫氣干燥器冷卻水進出口管道或冷卻器存在堵塞，將氫氣干燥器冷卻水出口管道上壓力表卸下，出口冷卻水渾濁，水中存在固體雜質，水質很差，排放一段時間后出口水質有所改善，但氫氣濕度依舊未發生變化，在敲擊冷卻水進口管道時，出口水質再次出現渾濁、雜質的現象，因而可以確定氫氣干燥器冷卻水入口管道堵塞。

由于冷卻水入口管堵塞無法在線隔離處理，考慮到開式水回水溫度僅有30℃左右，壓力0.31MPa，可通過開式水回水反向流過氫氣干燥器冷卻器也可達到一定程度的冷卻效果。5月26日，我們將冷卻水進出口手動門W1、W2關閉，將入口管道與冷卻器連接法蘭處分開，用一根軟管接至放水槽中，再開啟氫氣冷卻水出口手動門W2，可見開式水回水流經冷卻器，再從入口軟管穩定流出，水質連續干凈。雖然冷卻水與氫氣同向流動，冷卻效果不如逆流冷卻，但發現氫氣濕度正在逐步下降，5月28日已降至-12℃左右，達到規程要求范圍內。

5.總結及建議

（1）影響發電機氫氣濕度及純度的影響因素較多，在平常機組正常運行過程中若發現此類現象，應逐條細致分析處理。

（2）通過認真細致的分析排查，確定了#2機氫氣干燥器冷卻器冷卻水入口管道堵塞，冷卻水不暢造成干燥劑再生效果差導致氫氣濕度升高，通過冷卻水回水回流經過冷卻器后進入臨時排水管至排水槽，臨時處理后發現#2機氫氣濕度已經達到了合格標準，終于將氫氣濕度高這一威脅#2發電機安全運行的重大隱患排除。

（3）由于此次采取的是臨時措施，未達到根治的效果，建議進行氫氣干燥器冷卻器擴容改造或定期清洗冷卻器工作，提高冷卻器換熱能力及干燥劑的再生效果。

（4）由于開式水由循環水供水，水質較差，且循環水擬進一步提高濃縮倍率，水質會更差，為保證開式水的各用戶的通流正常，建議盡早投入開式水加藥（阻垢劑）系統，目前我廠#1機開式水加藥管路已加裝但未投入，#2機還未改造，盡早改造并投入有利于開式水系統各用戶的正常運行，保證機組的安全。

參考文獻：

[1]DL/T651-1998 氫冷發電機氫氣濕度的技術要求[S].

[2]戎文杰.氫冷發電機氫氣濕度超標分析及治理[J].機電信息，2011，（9）：17，19.