发电机氢气湿度超标的原因分析

吴贵德，刘 武，邹 衢，徐向龙，韩国强，王 鑫

（1.华能丹东电厂，辽宁 丹东 118300；2.国网四平供电公司，吉林 四平 136000）

发电机氢气湿度超标的原因分析

吴贵德1，刘 武2，邹 衢1，徐向龙1，韩国强1，王 鑫1

（1.华能丹东电厂，辽宁 丹东 118300；2.国网四平供电公司，吉林 四平 136000）

对丹东电厂2号发电机氢气湿度超标的特点、东港地区空气湿度的走势进行了分析，探讨了环境湿度影响发电机氢气湿度的机理。2号发电机氢气湿度主要是在夏季超标，东港地区湿度的季节性与2号发电机氢气湿度趋势相吻合，其湿度超标是发电机氢气系统不严密、空气漏入所致。

空气；水分；湿度；扩散；浓度差；严密性；形态

1 发电机氢气湿度超标现状

丹东电厂2号发电机氢气湿度夏季高于控制指标已经很长时间，从2008年开始做了大量的改善工作，包括利用停机机会处理氢气冷却器、轴瓦。

发电机内的氢气湿度超标，危害发电机定子、转子绕组的绝缘强度，导致其受潮，造成绝缘电阻降低［1］，破坏有关部件的绝缘，严重时造成定子绕组、转子绕组端部绝缘击穿，并使转子护环因应力腐蚀产生裂纹事故［2］。

丹东电厂2号发电机氢气湿度超标的同时，氢气纯度也下降，说明发电机氢气系统存在外部杂质进入，无论是纯度下降还是湿度上升，都需要补入氢气，以保障发电机氢气湿度、纯度合格，氢气的制取需要消耗大量的电能，造成厂用电用量增加，对节能减排不利，影响发电机组经济性和安全性。

发电机氢气系统水分的来源［3］主要有：氢侧密封油含水量高，氢气和密封油的压差控制不当；补入氢气含水量大；定子冷却水绕组、氢气冷却器泄漏；发电机氢气干燥器工作不正常；发电机氢气系统不严密。

根据电厂设备特点，导致水分进入氢气系统、影响发电机氢气湿度的途径主要有：以水的形态进入，可能是氢气冷却器、轴瓦缺陷；随空气进入，可能是发电机本体不严密。

对2012年5月～2014年8月间2台发电机的月补氢量和纯度进行统计，见表1。

表1 发电机补氢量、纯度统计表

可见通过排补氢，在维持发电机氢气纯度约为97%的情况下，2号发电机的补氢量约为1号发电机的4倍，说明2号发电机氢气系统的严密性不好，氢气外漏的同时，大量的环境空气也要进入发电机氢气系统，造成只有在大量补氢的情况下才能保证氢气纯度合格；同时环境空气中的湿汽也进入发电机。

28个月期间，1、2号机组补氢量分别为7 841 Nm3和33 029 Nm3，平均每年2号发电机比1号多补氢10 795 Nm3，需要1台氢气发生器多运行3 598.29 h，氢气发生器和压缩机的总功率为19.11 kW［4］，多耗电68 770.5 kWh，厂用电按0.4元／kWh计算，每年多消耗费用2.751万元，浪费厂用电同时也使发电机组失去安全性。

2 已经做过的工作

2.1 处理发电机密封瓦

2号发电机漏氢量13.51 Nm3／d、漏氢率3.1%，发电机密封瓦异常造成密封油水分进入氢气系统，一直被认为是导致氢气湿度超标的一个原因。

2014年4月2号机组C级检修，发电机励侧密封瓦解体后，发现该密封瓦内衬钨金及轴面轻度磨损、端面不平行度略超，全面检测后未发现密封瓦原加工尺寸及精度异常。

初步怀疑该侧密封瓦座可能存在问题，并经专业厂家反复核实后，确认励侧密封瓦座固定面平行度严重超标；该缺陷直接造成密封瓦运转中倾斜、密封瓦内空、氢侧密封油互窜、氢侧密封油回油口密封不严、氢气外漏等，该缺陷属美国西屋公司制造中加工基准面定位失误所致。

经对密封瓦座重新加工找正后，2号发电机密封瓦检修后打风压检测合格，漏氢量由13.51 Nm3／d降至5.27 Nm3／d（西屋标准为小于5.7 Nm3／d，国际标准为≤16 Nm3／d），消除了发电机内存有大量油雾的隐患；但是，氢气湿度仍然超标，因此，密封瓦缺陷不是此次氢气湿度超标的决定因素，并且检测密封油水分也是合格的。

2.2 检查氢气冷却器泄漏的试验情况

检测发电机氢气冷却器闭冷水氢气含量，判断其严密性对发电机氢气湿度超标的影响程度。

针对2号发电机氢气湿度超标，在发电机正常运行的情况下，通过检测氢气冷却器闭冷水中氢气含量的方法，对2台机组确定氢气冷却器严密程度，推测2号氢气冷却器的严密程度可能是2号发电机氢气湿度超标的原因。

由于对氢气冷却器闭冷水取样时，存在气体逸出，此种检测方法所测数据必然偏小，但由于此误差为系统误差，作为数据对比，是不会影响结果判断的。

2014年8月6日，对2台机组的4台氢气冷却器的闭冷水共8个水样（1号机组为1A、1B、1C、1D，2号机组为2A、2B、2C、2D）进行分析，试验结果见表2。

表2 氢气冷却器的闭冷水氢气含量检测数据

1号、2号冷却器氢气含量的平均值分别为3.14 mg／L、0.59 mg／L；2号冷却器数值比1号低得多，而1号发电机氢气湿度是正常的；可以推断：2号发电机氢气湿度超标不是氢气冷却器导致；2号发电机氢气系统的严密性比1号机还要好，原因为近年来对冷却器进行多次治理，取得了成效。

根据几年来所做的工作和2号氢气湿度超标的特点，已经认识到此次故障原因不是以水的形态直接进入氢气系统，进行此项工作的意义是对影响2号发电机氢气湿度排出了氢气冷却器泄漏、导致水分以水的形态直接进入氢气系统，在试验数据上提供依据；明确下一步工作的方向，为查找发电机壳体的不严密处，以阻断水分随空气进入发电机氢气系统。

2.3 供氢品质统计

对2012年9月～2014年8月间的供氢品质进行统计（见表3），可以看出，供氢纯度、露点满足标准，同样的供氢氢气品质，1号发电机氢气露点是合格的，说明2号发电机氢气系统确实存在问题。

表3 供氢品质统计表

2.4 检查2号发电机氢气干燥器运行正常

通过检测2台发电机的氢气干燥器排水量，判断2号发电机氢气干燥器的工作情况，见表4。

表4 发电机氢气干燥器工作情况对比表

在夏季、空气湿度高的时候，2号干燥器排水量可以每天达到1 000 mL，说明2号干燥器功能是正常的，此时氢气露点最高为4.4℃；如果干燥器1天不工作，则2号发电机氢气露点可以达到21.5℃。

1号氢气干燥器排水量非常少，在夏季、空气湿度高的时候，每天排水量约为200 mL，此时氢气露点最高为-11.65℃；如果干燥器1天不工作，则1号发电机氢气露点可以达到-1.2℃将要超标。

而在冬季、空气湿度低的时候，每天排水量非常少，甚至有时难以观察到，此时如果干燥器1天不工作，1号发电机氢气露点会由-22.57℃升高到-21℃，仅升高1.57℃；补入的氢气湿度低，因为严密性好，漏入的空气量少，漏入的空气湿分也低，因此经常会出现1号发电机氢气露点低于-25℃的情况，此时采取停运干燥器的方法，以保证1号发电机氢气露点在安全范围。

3 环境空气湿度影响发电机氢气湿度的分析

3.1 2号发电机氢气湿度超标的特点

对2009～2014年间的2号发电机每个月的氢气露点进行统计（见表5）。可以看出，每年的6～10月，2号氢气露点的合格率都很低（低于33%），特别是7～8月，合格率为零（发电机的氢气露点标准为，低于-5℃，但高于-25℃）［6］。可以得出结论：2号发电机氢气露点主要是在夏季超标。

3.2 东港地区湿度的特点

对东港地区的空气温度、露点按月平均值做出趋势图，见图1。特点是每年的夏季6～10月温度湿度较高，特别是7、8月，实时相对湿度可以达到90%以上；如果按25℃日平均气温和80%相对湿度计算，此温度的饱和水汽含量为23 mg／L，则空气湿度可达18.4 mg／L。东港地区的冬季，如果按5℃的平均气温和20%的相对湿度按计算，此温度的饱和水汽含量是6.8 mg／L，则空气湿度只有1.36 mg／L。

可以得出结论：东港地区的季节性湿度与2号发电机氢气露点趋势相吻合。

图1 空气温度湿度趋势图

表5 2号发电机氢气露点统计表℃

3.3 与1号发电机氢气湿度的比较

对2009～2014年间2台发电机氢气露点进行统计，做出发电机氢气露点趋势图（见图2）。

图2 发电机氢气湿度趋势图

可见2台发电机氢气露点的趋势相同，与东港地区的空气湿度趋势相同，只是1号发电机氢气系统严密性好，环境空气湿度对其影响小，其氢气露点一直合格。从统计数据上看，2号发电机氢气平均露点为-6.23℃，较1号发电机氢气露点-16.05℃高9.83℃。

1号发电机氢气露点在1、2月份，经常出现露点低于-25℃的情况，采取了定期停运氢气干燥器的措施，以保证其氢气露点不过于偏低。

3.4 环境湿度影响发电机氢气湿度的机理

在影响气体运动方向的因素中，某种气体的浓度差（ΔC）和压力差（ΔP）是其中最重要的两项，为正比关系，即扩散速度V∝ΔC×ΔP。

发电机外氢气浓度可以认为是零，氢气压力也可以认为是零，只要氢气系统存在不严密，氢气就要外泄；同时发电机内空气的浓度可以认为是零，空气压力也可以认为是零，空气就要向发电机氢气系统内运动。这就使2号发电机补氢量高、氢气湿度增加。

发电机内氢气露点按指标值-5℃（0.4 MPa的体系）折算为常压计算，则其绝对湿度为0.702 mg／L；在夏季，按气温25℃、空气相对湿度80%计算，则绝对湿度按18.4 mg／L计算，发电机氢气系统和环境空气间的水分浓度差ΔC为17.7 mg／L。

在冬季，按气温-5℃、空气相对湿度20%计算，则绝对湿度为0.97 mg／L，发电机氢气系统和环境空气间的水分浓度差ΔC为0.27 mg／L。可见夏季发电机氢气系统和环境空气间的浓度差较大，有很大的扩散强度。

这也印证了2号发电机氢气湿度主要是在夏季超标，东港地区的季节性湿度与2号发电机氢气湿度趋势相吻合。

4 取得的效果

综上所述，造成2号发电机氢气湿度超标的原因就是氢气系统严密性不好，导致空气进入。夏季环境自然存在氢气系统和空气间的水蒸气浓度差的问题，因此只有查找发电机氢气系统的泄漏点，提高氢气系统的严密性。

为解决发电机氢气系统不严密、空气漏入问题采取了诸多措施，如排查发电机氢气系统壳体、包括连接的管道法兰的严密性，查找泄漏点，取得了良好的效果。2014年11月，2号氢气露点下降到为-13℃，与从2009年开始统计的每年11月份的平均露点-5.9℃相比，降低7.1℃，与从2009年开始统计的平均露点-3.3℃相比，降低9.7℃，基本与一直达标的1号发电机氢气露点-13.3℃持平；同时，2号发电机月补氢量由之前的平均1 223 Nm3下降到882 Nm3，下降幅度达28%，每年11月份的平均月补氢量为1 410 Nm3，同比下降37%。

［1］ 林 军，李云海，矫 健.发电机定子绕组绝缘受潮的现场干燥处理［J］.东北电力技术，2009，30（4）：13-14.

［2］ 杜秉谦，洪鼎华.氢冷发电机氢气湿度超标的综合治理［J］.华东电力，1998，26（2）：14-15.

［3］ 徐光昶.氢气湿度对发电机的危害及标准的探讨［J］.华东电力，1999，26（3）：13-16.

［4］ 吴贵德.TELEDYNE制氢设备的技术特点及运行方式介绍［J］.电力系统装备，2002，创刊号：68-69.

［5］ 徐英杰.氢冷汽轮发电机氢气湿度分析和测量［J］.东北电力技术，1995，16（2）：26-27.

［6］ DL／T651—1998，氢冷发电机氢气湿度的技术要求［S］.

Analysis on the Cause of Excess Hydrogen Humidity for Generator

WU Gui⁃de1，LIU Wu2，ZOU Qu1，XU Xiang⁃long1、HAN Guo⁃qiang1，WANG Xin1
（1.Huaneng Dandong Power Plant，Dandong，Liaoning 118300，China；2.State Grid Siping Power Supply Company，Siping，Jilin 136000，China）

This paper analyzes the characteristics of excess hydrogen humidity for generator and the trend of air humidity in Donggang area.It explores the mechanism generator hydrogen humidity is affected by the environment humidity.It approves that excess hydrogen humidity for No.2 generator generally occurs in summer，and the change of hydrogen humidity for NO.2 generator is related to the seasonal change of air humidity in Donggang area.It comes to the conclusion that air leakage and poor seal in generator hydrogen sys⁃tem causes excess hydrogen humidity.

Air；Water content；Humidity；Diffusion；Composition difference；Tightness；Form

TM311

A

1004-7913（2015）03-0024-04

2015-01-20）

吴贵德（1963—），学士，高级工程师，从事火力发电厂化学专业的技术管理工作。