GE 9F燃氣發電機組氫氣控制柜回路改造優化

洪 杰

（福建晉江天然氣發電有限公司，福建泉州 362251）

0 引言

某GE 9F級燃氣發電機組配套哈電集團生產的390H氫冷發電機，其中氫氣（H2）純度監視系統采用光力科技生產的XACT-500氫氣控制柜，對發電機渦輪端、集電端、殼體3個部位的氫氣純度進行在線監測。擬對氫氣控制柜內回路進行改造優化，對運行人員關注的殼體純度進行實時連續監測，改善切換電磁閥內漏造成監測不準的現狀，提高氫氣純度監測的準確度。

1 改造背景

1.1 XACT-500裝置

XACT-500發電機氫氣控制柜（以下簡稱“氫控柜”）是綜合檢測發電機內部氣體純度和壓力信號的檢測裝置，專用于氫冷發電機組氫氣系統中的儀表監控盤。核心純度部件采用美國Honeywell 7866可靠穩定的熱導原理傳感器（原為GE Panametrics公司的XMTC型號變送器，后改型），既可以測量兩組份混合氣體中的某一氣體含量，又可用于測量熱導系數相差較大的多組份混合氣體中的某一成分含量。

1.2 390H氫冷發電機氫氣系統

發電機內的氣體，是依靠安裝在轉子兩端的軸流式風扇在發電機內部進行循環的：由一個進口噴嘴來控制氫氣進入風扇；風扇產生了幾英寸水柱的差壓，吹動氫氣并用其冷卻發電機的轉子、電樞線圈和電樞鐵芯，同時將強制吹到冷卻器以帶走發電機電磁元件的熱量；冷氣返回轉子，風扇再循環。與空氣相比，氫氣的熱導率和對流傳熱系數較大，是較好的傳熱介質，用氫氣作為發電機內冷卻氣體有益處有4個：①發電機風阻損失大大減少；②采用壓縮氫氣進一步增加了發電機氣體熱容量；③維持氫氣必須的密封環境還可以使發電機部件保持潔凈；④與空氣相比，氫氣大大減少了電暈（高電壓下導體表面的微弱輝光）引起的電樞絕緣磨損。

1.3 發電機殼體氫氣純度監視的重要性及現狀

發電機殼體氫純度是機組運行過程中非常重要的監測數據，殼體氫氣純度過低會造成發電機絕緣性能下降，影響機組運行安全性，增加通風損耗，導致發電機效率下降。上述發電機氫氣系統配套的氫控柜內布置有兩臺Honeywell 7866氫氣純度儀，利用三通電磁閥進行切換，分別測量發電機透平端、集電端及殼體的氫氣純度。目前該燃氣電廠發電機氫純度檢測方式存在如下兩個問題。

（1）持續檢測集電端、渦輪端氫純度，切換至殼體氫純度檢測的條件有以下兩種：①在MARK VIE畫面上點擊“CHECK”按鈕，經5 min延時后自動恢復；②距離上次測量殼體純度12 h后，邏輯自動觸發檢測一次殼體純度，無法對發電機殼體氫氣純度實時在線檢測。

（2）氫控柜內的三通電磁閥使用時間過久后容易出現內漏，導致測量氫氣純度時不同取樣管的氫氣摻混，測得的氫氣純度不準。

2 改造方案

2.1 方案思路

（1）對現有XACT-500氫控柜內氫氣純度儀取樣及檢測回路進行改造，用一臺氫氣純度儀Honeywell 7866專門測量發電機殼體氫純度，另一臺（Honeywell 7866 1）在渦輪端和集電端通過三通電磁閥由運行人員自由進行切換，測量相應的氫氣純度；保留氫氣純度低的“Inc Scavenging”氣體凈化功能（保留邏輯及相關電磁閥）。

（2）MARK VIE畫面顯示“渦輪端”“集電端”“殼體”3個氫氣純度。其中，“殼體”保持單獨顯示，“渦輪端”與“集電端”依靠畫面上的按鈕進行切換顯示。對“H2 Analyzer Status”狀態判斷相關邏輯進行修改，使其滿足氫控柜內回路修改后的實際監視功能。

2.2 回路改造

回路改造圖為改造重點環節，必須嚴格按圖執行。圖1和圖2分別為改造前、發生后的回路圖（主要改造部分用虛框圈出），保留SV3、拆除SV4、SV5三通電磁閥，保留SV1、SV2凈化電磁閥。

3 MARK VIE邏輯及畫面組態修改

（1）邏輯優化。邏輯修改按照改造方案思路進行：①將“Casing Purity”Check殼體純度校驗按鈕改為“Turbine”和“Collector”（即渦輪端與集電端切換按鈕），控制對象仍為“SV3”切換電磁閥；②取消根據“H2 Analyzer Status”氫氣純度分析儀測量狀態判斷后的純度顯示，僅保留“Cell #1”和“Cell#2”兩個純度儀測量顯示，分別為“Turbine”和“Collector”（即渦輪端、集電端的氫氣純度測量數據）。

（2）畫面組態優化。在MARK VIE CimLayout中選擇Monitor GT中選擇“Hydrogen”畫面，此處僅列出修改部分前后對比（圖3～圖4）。

4 結語

綜上所述，此次對GE 9F燃氣發電機組氫控柜內進行的回路改造優化，結合MARK VIE畫面及邏輯組態修改，不僅加強了運行人員對發電機重要部位氫氣純度的連續在線監測，且其定期用便攜式氫氣純度儀進行數據比對發現偏差大的次數大大減少，檢修人員也因此減少了標定的工作次數，從而降低了氫氣標氣的物資消耗，有效提升了設備的檢修管理水平。

圖1 某GE 9F燃氣發電機組氫控柜改造前回路圖

圖2 某GE 9F燃氣發電機組氫控柜改造后回路

圖3 某GE 9F燃氣發電機組氫控柜改造畫面組態修改前

圖4 某GE 9F燃氣發電機組氫控柜改造畫面組態修改后