1 000 MW氢冷发电机露点高的分析及预防措施
2018-04-13许震
许 震
(国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006)
0 概述
某电厂1 000 MW机组发电机采用水-氢-氢的冷却方式(即定子线圈水内冷，转子绕组、定子铁芯及构件表面氢冷)，正常运行时发电机内腔内充氢压为0.5 MPa，氢气与大气间采用密封油系统进行隔离。发电机氢气除湿采用氢气干燥器，其由2个干燥塔组成，塔内装填有干燥剂和加热元件，当其中一个干燥塔工作时，另一个则加热再生。
在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（2014 版）中提出，应“按照 DL/T 651—1998《氢冷发电机氢气湿度技术要求》的要求，严格控制氢冷发电机机内氢气湿度。”按照《氢冷发电机氢气湿度技术要求》，在运行氢压下，发电机内最低温度5 ℃时，氢气允许湿度高限为-5 ℃(露点温度)；发电机内最低温度高于10 ℃时，氢气允许湿度高限为0 ℃(露点温度)。为了防止发电机电气绝缘因机内过于干燥而开裂，规定发电机内氢气允许湿度的低限为-25 ℃(露点温度)。现场氢气湿度超标通常是指运行中发电机内氢气湿度超过0 ℃(露点温度)。
1 发电机内氢气露点高的危害
使气体中水蒸气刚好达到饱和的温度叫露点。
(1) 造成发电机定子绕组相间短路事故。发电机机内氢气露点过高(湿度大)时，会在发电机定子线圈表面结露；在湿度过高的环境下，发电机定子绕组线棒绝缘性能也会下降，易于发生表面爬电、闪络，以致拉弧放电，造成短路事故。
一旦绝缘达不到要求，就有可能造成发电机匝间短路，严重时可能造成发电机内部相间短路而烧坏发电机。氢气中的湿度大(露点高)是影响发电机绝缘的主要危害因素之一。
(2) 造成发电机转子护环应力腐蚀。发电机内氢气露点高时，会给转子护环的机械强度带来有害的影响(但是发电机内氢气露点不能过低，如果过低会对发电机某些部件产生不利影响，如定子端部垫块收缩和支撑环裂纹等)。
(3) 降低氢气纯度。露点高也会降低氢气纯度，增加排污次数，加大补氢量，影响发电机经济运行。
2 现场异常情况
近期机组运行中，发电机氢气露点温度由-3 ℃升至5 ℃，发电机氢气湿度从3.96 g/m3升至6.15 g/m3。而此时冷氢温度、定冷水压力、主机油位等数据基本无变化。而根据而GB/T 7064—1996《透平型同步电机技术要求》中规定“氢冷电机在额定运行时，机内额定氢压下的氢气湿度应不大于4 g/m3，当湿度超过10 g/m3时，应报警并采取措施”。气体的绝对湿度是单位体积气体中所含水蒸汽的质量，按照4 g/m3标准，机组发电机氢气湿度发生了异常升高。
3 氢气露点高的原因分析
发电机在正常运行中会出现氢气露点升高的问题，其原因主要有以下几个方面：
(1) 补氢气源始就含有水；
(2) 机组启动前由于压缩空气打风压或用CO2进行氢气置换过程中带进发电机内并且遗留在发电机内的水汽，逐渐挥发到发电机内氢气中；
(3) 氢气除湿机发生故障；
(4) 氢冷器发生泄漏；
(5) 发电机的密封瓦中的密封油压高于氢压，而密封油中常含有大量水分，从而造成氢湿度增大，露点升高；
(6) 润滑油中含水量大(密封油系统与主机油系统属同一系统)；
(7) 发电机定子冷却水温度低于冷氢温度使部分氢气过冷却；
(8) 密封油真空油箱运行不正常，密封油中含水量多。
针对此次机组发电机氢气露点升高的情况，发现氢干燥器连续几天没有出水，且发电机的氢气露点持续升高，故初步判断为氢干燥器工作异常引起的。于是停用氢干燥器，发现其干燥剂颜色已变为浅黄色，后确定直接原因为氢干燥器内氧化铝干燥剂失效，间接原因为发电机内进油导致氢干燥器的干燥剂加速失效(氧化铝干燥剂正常应纯白色，其变为黄色是由于油污染所致)。
4 防止露点升高的防范措施
(1) 加强汽封压力的调整，防止轴封压力过高引起水汽进润滑油中。
(2) 加强氢气干燥器的运行维护管理，特别是干燥器的排水情况。对除湿机的运行状况进行持续跟踪，每班放水1次，每次放水将水放尽，并且记录其放水量。发现干燥器放不出水并且发电机的氢气露点持续升高时，应排除干燥器发生故障的原因。
(3) 在氢气压力不正常时，调整冷却水压力低于氢气压力，防止氢冷器泄漏造成冷却水进入氢气。
(4) 严格控制定冷水的温度，防止因水温低而结露。
(5) 加强氢气各系统的放水。
(6) 每班对发电机运行中氢气纯度和湿度进行有效跟踪并与化学取样人员进行手工取样对比，提前发现问题，及早处理。
(7) 严格监视氢温及定冷水温度的变化，控制发电机定冷水水温高于冷氢温度2—5 ℃，氢压下降时及时联系补氢，并应查明下降原因。
(8) 加强发电机密封油系统的监视，控制好油氢差压，保证密封油差压阀和平衡阀动作灵活、可靠，密封油真空油箱真空正常并定期将密封油真空泵排水，防止密封油带水。
(9) 加强发电机内积油积水情况的监视。
(10) 加强发电机绝缘过热监测装置的监视和维护，发现异常，及时处理。
(11) 当发电机内氢气湿度接近10 g/m3时，可对发电机进行排污，此时注意氢气压力的变化值。
(12) 加强并保证发电机机内补氢气源露点合格，从氢气源头控制。
(13) 对密封油与润滑油系统组成的油系统，保证油净化装置、滤油机运行正常，定期对主油箱放水，必要时可以加强主油箱的放水(通过观察主油箱油位变化情况来反映主油箱中是否有水产生)。
(14) 氢气压力下降伴随氢气露点升高应该怀疑氢冷器泄漏，应该逐一停运氢气冷却器观察氢气压力变化情况；确认冷却器泄漏后，应该解列冷却器并及时联系检修处理，处理好后方可而投入运行。
(15) 在检修期间对氢冷器检查引起高度重视，加强检查，及时发现隐患，提高检修质量。
参考文献：
1 中华人民共和国电力工业部安全监察及生产协调司和科学技术司.DL/T 651—1998氢冷发电机氢气湿度技术要求[S].北京：中国电力出版社，1998.
2 国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[M].北京：21世纪出版社，2001.
3 全国旋转电机标准技术委员会.GB/T 7064—1996透平型同步电机技术要求[S].北京：中国电力出版社，1996.
