國內330MW發電機組水氫氫冷卻發電機氫氣純度下降的分析

竇中陽

摘要：電力系統是我國經濟發展的基礎，與人們的日常生活和企業正常運轉息息相關，330MV發電機組是電力系統的重要設備，其中水氫氫冷卻發電機的運行情況關乎著整個電力系統的安全性和穩定性，如果發電機內的氫氣純度下降，可能會引發氫爆，給電力系統造成嚴重的破壞，需要加以高度重視，本文對國內330MW發電機組水氫氫冷卻發電機氫氣純度下降的原因進行了討論。

關鍵詞：水氫氫冷發電機;氫氣純度;密封油

引言：水氫氫冷卻發電機是一種非常先進的電力設備，被廣泛應用于我國330MW發電機組中。相對于傳統的發電機，體積更小，換熱效果明顯，運行過程中部件的摩擦損失和通風損耗較小，具有更好的經濟性和適用性，對于電機的密封性要求很嚴格，水氫氫冷卻發電機內的氫氣純度降低會帶來巨大的安全隱患，因此對國內330MW發電機組水氫氫冷卻發電機氫氣純度下降的原因進行深入分析具有重要意義。

一、330MW發電機組水氫氫冷卻發電機概述

在國內330MW發電機組中，水氫氫冷卻發電機被廣泛應用，水氫氫冷卻發電機主要由密封油系統和氫氣系統兩部分組成。密封油系統中的主要設備包括空/氫側油箱、主差壓閥、空/氫側交流油泵、空/氫側冷油器、空/氫側密封油直流泵、空/氫側側濾網、機端平衡閥等，主差壓閥油氫壓差的定值為84kpa。氫氣系統主要由漏氫監測系統、干燥系統、絕緣監測系統和氫氣控制系統組成，干燥系統采用活性氧化鋁為干燥介質，可以降低發電機內的氫氣濕度，整個干燥過程密閉循環，不會消耗氫氣。絕緣監測系統可以實時監測水氫氫冷卻發電機內部的部件是否存在絕緣過熱的現象，并發出警報，保證電機安全運轉。漏氫監測系統主要負責監測是否存在氫氣泄露的地方，當氫氣純度下降超過1%后，會自動報警，監測點一般會設置在定冷水箱、機端軸承、發電機中性點等處。

二、330MW發電機組水氫氫冷卻發電機氫氣純度下降的影響

水氫氫冷卻發電機是一種新型的發電設備，有著很多傳統發電機不具備的優點，由于氫氣的比重相對較小，水氫氫冷卻發電機的體積更小，運行過程中零件間的摩擦程度較低，通風損耗較小，耗材較少，成本更低。且氫氣非常穩定，當發生絕緣擊穿事故時，不會產生連鎖反應，造成更大的危害。但同時，氫氣也具有易燃易爆的特性，與空氣大量混合可能會引發氫爆，因此對水氫氫冷卻發電機的密封性和絕緣性要求很高，發電機的氫氣純度可以將其很好的反映出來，水氫氫冷卻發電機的氫氣純度監測尤為重要。除此之外，水氫氫冷卻發電機中的氫氣純度降低，可以增加通風摩擦造成的損耗，使發電機效率降低，可能會導致電子線圈等部件的溫度上升，電機內的絕緣性降低，影響電機的安全運行。實驗表明，水氫氫冷卻發電機內的氫氣純度每減低1%，運行過程中的電力損耗就會增加11%[1]。因此對國內330MW發電機組水氫氫冷卻發電機氫氣純度下降的愿意進行深入分析，具有重要意義。

三、330MW發電機組水氫氫冷卻發電機氫氣純度下降的分析

（一）排煙風機運行異常

排煙風機是水氫氫冷卻發電機的重要組成部分，負責排出電機中的空氣，與密封油空側油箱相連，并間接與潤滑油箱連接，如果排煙風機出現運行異常的現象，出力偏小或停止運轉，可能會導致空氣和少量泄露的氫氣，通過U型管，進入到潤滑油箱之中，循環進入氫側油箱，混入氫側密封油，導致氫氣純度下降。另外，如果排煙風機的出力過大，可能會將空側油吸出，導致風機過載，同樣也會影響氫氣純度。一般情況下，排煙風機的出口處，壓力應該穩定在-0.53kpa到0.82kpa之間，氫氣濃度基本為0[2]。如果發現水氫氫冷卻發電機的排煙風機出口處氫氣濃度上升，應該立即檢查排煙風機是否在正常運轉，功率是否正常。

（二）平衡閥運行異常

機端、勵端的平衡閥是調節水氫氫冷卻發電機中空/氫側油壓差的重要部件，對于調節精度有很高的要求，一般要將差壓控制在±490Pa左右，機端、勵端平衡閥的運行異常，可能會導致空側、氫側的密封油混在一起，密封油中的水汽、空氣會一同進入到平衡閥的油缸中，影響活塞的正常運行，導致平衡閥的調節精度變差，內部油壓失調。一旦出現氫側密封油壓的壓力大于空側密封油壓的情況，便會導致氫側密封油向空側油箱滲透，導致氫側油箱液位下降。當氫側油箱中的液位下降到標準數值以下時，自動補油閥將會開啟，空側密封油中的水汽、空氣將會跟隨補油進入氫側油，在發電機內擴散，氫純下降。平衡閥運行異常，也可能導致空側油的壓力大于氫側油，使空側密封油向氫側油流動，使水汽、空氣等雜質竄入氫側油，并釋放到發機內部，導致氫氣純度下降。如果發現水氫氫冷卻發電機的氫氣純度下降，可以在機組停運后，對平衡閥進行活動試驗，可以輕敲閥體，測試平衡閥的開閉是否正常，檢測平衡閥的進油手動門和密封瓦間隙中是否殘留油漬，也可以檢測空側和氫側油環的壓力是否異常，來確定是否是因為平衡閥運行異常導致的氫氣純度下降。

（三）主差壓閥異常

主差壓閥負責調整水氫氫冷卻發電機中的油氫壓差，與平衡閥相同，對控制精度都有很高的要求。水氫氫冷卻發電機內的油氫壓差的定值為84kpa，主差壓閥主通過調節發電內的氫壓和空側油壓來保持這個定值，氫壓變化，空側油壓會跟隨變化。如果調節空側油壓，氫側油箱中的氫壓通過平衡閥，也會跟隨空側油壓變化，從而形成一個平衡狀態。如果主差壓閥出現異常，將會到導致水氫氫冷卻發電機內的油氫壓差失穩，偏離84kpa的定值。如果油氫壓差大于84kpa，氫側油將會被擠壓進發電機中，污染氫氣，導致氫氣純度下降。如果油氫壓差小于84kpa，可能會導致氫氣外漏。工作人員要經常檢查參數曲線，檢查水氫氫冷卻發電機中的油氫壓差是否穩定在84kpa，如果出現偏離，則可能是主差壓閥異常引起的。

（四）密封油溫度過高

水氫氫冷卻發電機中，密封油的溫度會影響油的粘度，如果溫度過高會導致密封油粘度下降，而油的流通面積不會發生變化，從而導致油壓相對降低。同時氫側油箱相對獨立，溫度變化不大，空側油母管壓力下降，逐漸接近勵端、機端中的進油壓力，使勵端、機端進油壓力的可調節范圍縮小，可能會影響平衡閥壓差和油氫壓差，使空氣竄入到空側油之中，跟隨油循環進入氫側油中污染氫氣，造成氫氣純度下降[3]。正常情況下，水氫氫冷卻發電機中密封油的溫度應該在35℃到45℃之間，如果超過49℃將會導致密封油的油壓發生較大變化。因此，運行人員要時刻監測水氫氫冷卻發電機中密封油的溫度，保證油溫在合理范圍內。

（五）密封瓦間隙過大

水氫氫冷卻發電機中，密封瓦是發電機兩端的密封裝置，負責防止外界空氣進入發電機和發電機內部氫氣泄漏，也同時防止空側油環與氫側油環中的密封油相互滲透。密封瓦的標準間隙為0.15mm到0.28mm之間，當電機運行過程中，出現動靜間隙磨損、油質差以及密封油溫度過高的、油氫壓差失調等現象時，會使密封瓦的間隙緩緩擴大，導致其失去密封作用，從而讓空側與氫側的油混雜，降低氫氣純度。工作人員要注意檢查勵端、機端的消泡箱液位是否報警，如果報警則表示密封瓦的間隙過大。

（六）其他因素

水氫氫冷卻發電機運行過程中，密封油油質也很重要，密封油含水量超標，超過了50mg/L的標準，可能會使過量的水滲入到氫側油系統中，導致氫氣純度下降。氫側油箱中的浮球閥異常，會導致空側油箱和氫側油箱的密封油持續相互竄油，導致氫氣純度下降。運行人員要檢查油位的變化是否在正常運行范圍內，油泵運行電流、電機溫度、振動是否在正常范圍，監視氫側油箱進排油管溫度，以確認系統是否運行正常，過于頻繁的補油，干燥系統除濕效果不佳，也可能導致電機內氫氣純度下降。

結論：綜上所述，氫氣純度下降會影響水氫氫冷卻發電機運行過程中的部件摩擦和通風損耗，甚至會引發氫爆，危害整個電力系統。排煙風機、平衡閥、主差壓閥異常，密封油溫過高，都可能會導致氫氣純度降低，需要加以高度重視。

參考文獻：

[1]吳建軍.水氫氫冷卻發電機氫氣純度下降分析及對策[J].中國電力，2005，38（4）：26-28.

[2]佟永財.發電機氫氣純度超標的治理[J].電世界，2019，60（6）：8-11.

[3]邵劍鋒.秦二廠4號機組發電機冷卻效果分析和改進方法研究[D].華北電力大學;華北電力大學（保定），2017.