THDF108/53型发电机氢气纯度下降原因分析及控制方案研究

王亚龙，刘 杨，2，邢鹏飞，康 杰

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450011;2.华能河南中原燃气发电有限公司，河南 驻马店 463000)

THDF108/53型发电机氢气纯度下降原因分析及控制方案研究

王亚龙1，刘 杨1，2，邢鹏飞1，康 杰1

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450011;2.华能河南中原燃气发电有限公司，河南 驻马店 463000)

发电机在运行过程中，氢气纯度下降对机组安全运行造成严重威胁。若氢气纯度下降至爆炸极限范围内，可能引起发电机内氢气爆炸，为电站乃至整个电力系统带来不可挽回的损失。针对某电站发电机组运行过程中氢气纯度下降问题进行系统分析，并提出相关控制措施。实践表明具有一定的可行性，为今后电站处理氢气纯度问题提供依据。

发电机组;氢气纯度;原因分析;控制方案

某电站采用THDF108/53型发电机组，其冷却方式为水—氢—氢 (定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯氢外冷)。发电机组在运行过程中，发电机内氢气纯度每下降1%，通风损耗及转子摩擦损耗将增加11%。为保证机组安全、稳定、经济运行，发电机氢气纯度须在95%～98%。电站常通过不断补、排氢气等方式严格控制发电机内氢气纯度［1］。

1 氢气系统概况

氢气系统主要设备有氢气控制装置、氢气干燥器、漏氢检测装置和氢气冷却器等。机组正常运行时，充氢装置供给发电机氢气并加压到0.5 MPa，在发电机内部形成一个闭式循环冷却系统，即氢气从发电机励磁端经转子同轴径向离心风扇加压后，流过转子绕组和定子铁芯的间隙，再从定子绕组与发电机外壳之间的间隙回到励磁端，在发电机励磁端的上方布置4组氢气冷却装置，流过冷却器后的氢气再次回到离心风扇的入口，完成循环冷却过程。部分氢气在离心风扇作用下，流入氢气干燥装置后回到发电机，除去氢气中的水分，如图1所示。

为防止机内氢气外泄，发电机采用单流环式密封油系统进行密封，以确保发电机组安全经济稳定运行［2］。密封油从密封环支座上的密封环室通过环上的径向孔和环形槽注入密封间隙。从密封环的氢侧和空侧排出的油经定子端盖上的油路返回密封油系统［3］。

在密封油系统中，油经过真空处理、冷却和过滤后返回密封环，如图2所示。

图1 氢气系统图

图2 密封油系统图

2 氢气纯度下降原因分析

自机组并网运行一段时间后，在DCS上查看氢气纯度曲线呈下降趋势，氢气纯度由99.3%降到95.8%。查询相关设备和曲线，可能导致发电机氢气纯度下降原因分析如下。

2.1 氢气湿度过大

发电机运行中，若闭式冷却水调整不当将导致冷氢温度与定子冷却水温度差值小于5℃，氢气在定子冷却水管道外壁结露，造成发电机内氢气湿度增大［4］;定子冷却水系统机内接头和氢气冷却器细微渗漏也可能导致机内氢气湿度增大。

2.2 密封瓦块处空气侧和氢气侧密封油窜流

正常运行时，密封瓦块中空气侧和氢气侧密封油具有几乎相同压力，空气侧和氢气侧密封油各自保持相对独立的状态进行循环流动。发电机位于轴系3号轴承和4号轴承之间，发电机和机组轴系6号轴承距离较近。长期运行以来，轴系6号轴承振动较大，间接导致发电机密封瓦块处空气侧和氢气侧压力不平衡程度增加。若氢气侧压力较大，氢气侧密封油向空气侧密封油窜油，导致氢侧密封油箱油位下降，带有大量空气的密封油从密封油贮油箱进入氢侧密封油箱，造成密封油系统空气含量增加。若空气侧压力较大，含有大量空气的油向氢气侧密封油窜油，将空气侧密封油内所含的空气带入发电机，造成氢气纯度下降。

2.3 密封油真空泵工作不正常

密封油系统中，密封油真空泵作用是抽出密封油真空油箱中空气、水蒸气和一些杂质，维持密封油真空油箱真空。发电机密封油真空油箱额定真空为-40 kPa，实际运行时密封油真空油箱真空过低，真空泵出力不足，造成氢气纯度下降。

2.4 氢侧密封油箱或密封油真空油箱浮球阀故障

密封油系统中自动补、排油的浮球阀卡涩，导致浮球阀不能正常开启或关闭;或因浮球阀浮球内漏后进油，不能正常浮起造成浮球阀不能正常开启或关闭［5］。二者都会导致密封油系统自动补、排油功能失常，含有空气的油进入密封油系统中，引起机内氢气纯度下降。

2.5 密封油排烟风机工作不正常

密封油系统中，密封油排烟风机作用是抽出发电机轴瓦间和真空泵出口管道中的空气、水蒸气和一些杂质。如果密封油排烟风机工作不正常，密封油系统中空气含量增加，引起发电机内氢气纯度下降［6］。

2.6 密封油系统差压阀或流量调节阀工作不正常

发电机正常运行中，通过差压阀来调节密封油和氢气的压差在正常范围内。若差压阀无法调节，流量调节阀才动作，保证发电机组安全稳定运行。如果差压阀或流量调节阀工作不正常，密封油和氢气压差失调，使空气漏入发电机内，引起氢气纯度下降。

3 氢气纯度控制方案

结合电站实际运行情况，对影响发电机组氢气纯度因素分析，造成氢气纯度下降的主要原因为闭式冷却水温度过高、轴系6号轴承振动偏大以及密封油真空泵出力不足等，制定解决控制方案如下。

a. 运行升压水系统，降低闭式冷却水温度。发电机组正常运行时，闭式冷却水由开式水系统经板式换热器冷却。开式冷却水由循环水系统供应，也可由升压水系统供应。正常运行时，开式冷却水由循环水系统供应。定子冷却水和氢气均由闭式冷却水冷却。运行升压水系统，增加开式冷却水流量，降低闭式冷却水温度，使定子冷却水温度与冷氢温度差值≥5 C°，防止氢气在定子冷却水管道外壁结露以降低氢气纯度。

b. 运行顶轴油系统，减小机组轴系6号轴承振动。由于机组轴系6号轴承振动较大，间接造成发电机轴瓦密封空气侧和氢气侧压力不平衡程度增加。在轴瓦密封两侧不断窜油，引起氢气纯度下降。为控制发电机组氢气纯度下降，保证机组安全经济稳定运行。运行顶轴油系统，减小轴系6号轴承振动，避免振动间接引起氢气纯度降低。

c. 检修密封油真空泵，提高密封油真空油箱真空度。密封油真空泵出力不足，导致密封油真空油箱真空度偏低，密封油系统空气量增加，引起氢气纯度下降。密封油真空泵经检修提高出力，保证密封油真空油箱真空度，减少密封油系统中空气含量，使发电机内氢气纯度上升。

4 结束语

机内氢气纯度下降，可能造成发电机绕组绝缘下降，甚至引起发电机护环产生氢致裂纹，严重威胁发电机安全运行。因而要对影响发电机氢气纯度的因素详细分析，找出发电机内氢气纯度下降的真正原因，提出可行控制方案，为今后电站运行及检修维护提供参考。

［1］ 张修波，姚德全，韩德才.氢冷汽轮发电机氢气纯度下降过快的原因［J］.东北电力技术，2002，23(4):27-28.

［2］ 丁勇富，陈 恳.发电机氢气纯度下降原因分析及处理［J］.电站系统工程，2009，25(5):39-40.

［3］ 赵韵奇，熊大健.600 MW氢冷发电机氢气纯度下降的原因分析及处理［J］.汽轮机技术，2008，50(2):148-150.

［4］ 吴贵德，刘 武，邹 衢，等.发电机氢气湿度超标的原因分析［J］.东北电力技术，2015，36(3):24-27.

［5］ 徐艳丽，谢 慧，李海荣，等.利用DCS历史曲线分析发电机氢纯度下降原因 ［J］.电力科学与工程，2013，29(3):59-64.

［6］ 陈启卷.电气设备及系统 ［M］.北京:中国电力出版社，2006.

Cause Analysis on Hydrogen Purity Decline of THDF108/53 Generator and Control Scheme Research

WANG Ya-long1，LIU Yang1，2，XING Peng-fei1，KANG Jie1
(1.North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou，Henan 450011，China;2.Huaneng Henan Zhongyuan Gas Power Generation Company Limited，Zhumadian，Henan 463000，China)

Hydrogen purity decline causes a serious threat to safe operation in the process of generator operation which may cause hydrogen explosion inside generator when hydrogen purity falls to the explosion limit.It causes irretrievable losses for power station even the whole power system.According to the problems of hydrogen purity decline for given power station in the operation process，the reasons for the decrease are analyzed systematically and control schemes are proposed.Practice shows that it has certain feasibility which providing a foundation for power plant dealing with hydrogen purity in the future.

Generator set;Hydrogen purity;Cause analysis;Control scheme

TM311;TM621.3

A

1004-7913(2015)08-0007-03

国家级大学生创新训练项目 (201310078070);华北水利水电大学创新计划项目 (HSCX2014116)

王亚龙 (1990—)，男，硕士，研究方向为电站运行维护与优化。

2015-05-10)