国内330MW发电机组水氢氢冷却发电机氢气纯度下降的分析

窦中阳

摘要：电力系统是我国经济发展的基础，与人们的日常生活和企业正常运转息息相关，330MV发电机组是电力系统的重要设备，其中水氢氢冷却发电机的运行情况关乎着整个电力系统的安全性和稳定性，如果发电机内的氢气纯度下降，可能会引发氢爆，给电力系统造成严重的破坏，需要加以高度重视，本文对国内330MW发电机组水氢氢冷却发电机氢气纯度下降的原因进行了讨论。

关键词：水氢氢冷发电机;氢气纯度;密封油

引言：水氢氢冷却发电机是一种非常先进的电力设备，被广泛应用于我国330MW发电机组中。相对于传统的发电机，体积更小，换热效果明显，运行过程中部件的摩擦损失和通风损耗较小，具有更好的经济性和适用性，对于电机的密封性要求很严格，水氢氢冷却发电机内的氢气纯度降低会带来巨大的安全隐患，因此对国内330MW发电机组水氢氢冷却发电机氢气纯度下降的原因进行深入分析具有重要意义。

一、330MW发电机组水氢氢冷却发电机概述

在国内330MW发电机组中，水氢氢冷却发电机被广泛应用，水氢氢冷却发电机主要由密封油系统和氢气系统两部分组成。密封油系统中的主要设备包括空/氢侧油箱、主差压阀、空/氢侧交流油泵、空/氢侧冷油器、空/氢侧密封油直流泵、空/氢侧侧滤网、机端平衡阀等，主差压阀油氢压差的定值为84kpa。氢气系统主要由漏氢监测系统、干燥系统、绝缘监测系统和氢气控制系统组成，干燥系统采用活性氧化铝为干燥介质，可以降低发电机内的氢气湿度，整个干燥过程密闭循环，不会消耗氢气。绝缘监测系统可以实时监测水氢氢冷却发电机内部的部件是否存在绝缘过热的现象，并发出警报，保证电机安全运转。漏氢监测系统主要负责监测是否存在氢气泄露的地方，当氢气纯度下降超过1%后，会自动报警，监测点一般会设置在定冷水箱、机端轴承、发电机中性点等处。

二、330MW发电机组水氢氢冷却发电机氢气纯度下降的影响

水氢氢冷却发电机是一种新型的发电设备，有着很多传统发电机不具备的优点，由于氢气的比重相对较小，水氢氢冷却发电机的体积更小，运行过程中零件间的摩擦程度较低，通风损耗较小，耗材较少，成本更低。且氢气非常稳定，当发生绝缘击穿事故时，不会产生连锁反应，造成更大的危害。但同时，氢气也具有易燃易爆的特性，与空气大量混合可能会引发氢爆，因此对水氢氢冷却发电机的密封性和绝缘性要求很高，发电机的氢气纯度可以将其很好的反映出来，水氢氢冷却发电机的氢气纯度监测尤为重要。除此之外，水氢氢冷却发电机中的氢气纯度降低，可以增加通风摩擦造成的损耗，使发电机效率降低，可能会导致电子线圈等部件的温度上升，电机内的绝缘性降低，影响电机的安全运行。实验表明，水氢氢冷却发电机内的氢气纯度每减低1%，运行过程中的电力损耗就会增加11%[1]。因此对国内330MW发电机组水氢氢冷却发电机氢气纯度下降的愿意进行深入分析，具有重要意义。

三、330MW发电机组水氢氢冷却发电机氢气纯度下降的分析

（一）排烟风机运行异常

排烟风机是水氢氢冷却发电机的重要组成部分，负责排出电机中的空气，与密封油空侧油箱相连，并间接与润滑油箱连接，如果排烟风机出现运行异常的现象，出力偏小或停止运转，可能会导致空气和少量泄露的氢气，通过U型管，进入到润滑油箱之中，循环进入氢侧油箱，混入氢侧密封油，导致氢气纯度下降。另外，如果排烟风机的出力过大，可能会将空侧油吸出，导致风机过载，同样也会影响氢气纯度。一般情况下，排烟风机的出口处，压力应该稳定在-0.53kpa到0.82kpa之间，氢气浓度基本为0[2]。如果发现水氢氢冷却发电机的排烟风机出口处氢气浓度上升，应该立即检查排烟风机是否在正常运转，功率是否正常。

（二）平衡阀运行异常

机端、励端的平衡阀是调节水氢氢冷却发电机中空/氢侧油压差的重要部件，对于调节精度有很高的要求，一般要将差压控制在±490Pa左右，机端、励端平衡阀的运行异常，可能会导致空侧、氢侧的密封油混在一起，密封油中的水汽、空气会一同进入到平衡阀的油缸中，影响活塞的正常运行，导致平衡阀的调节精度变差，内部油压失调。一旦出现氢侧密封油压的压力大于空侧密封油压的情况，便会导致氢侧密封油向空侧油箱渗透，导致氢侧油箱液位下降。当氢侧油箱中的液位下降到标准数值以下时，自动补油阀将会开启，空侧密封油中的水汽、空气将会跟随补油进入氢侧油，在发电机内扩散，氢纯下降。平衡阀运行异常，也可能导致空侧油的压力大于氢侧油，使空侧密封油向氢侧油流动，使水汽、空气等杂质窜入氢侧油，并释放到发机内部，导致氢气纯度下降。如果发现水氢氢冷却发电机的氢气纯度下降，可以在机组停运后，对平衡阀进行活动试验，可以轻敲阀体，测试平衡阀的开闭是否正常，检测平衡阀的进油手动门和密封瓦间隙中是否残留油渍，也可以检测空侧和氢侧油环的压力是否异常，来确定是否是因为平衡阀运行异常导致的氢气纯度下降。

（三）主差压阀异常

主差压阀負责调整水氢氢冷却发电机中的油氢压差，与平衡阀相同，对控制精度都有很高的要求。水氢氢冷却发电机内的油氢压差的定值为84kpa，主差压阀主通过调节发电内的氢压和空侧油压来保持这个定值，氢压变化，空侧油压会跟随变化。如果调节空侧油压，氢侧油箱中的氢压通过平衡阀，也会跟随空侧油压变化，从而形成一个平衡状态。如果主差压阀出现异常，将会到导致水氢氢冷却发电机内的油氢压差失稳，偏离84kpa的定值。如果油氢压差大于84kpa，氢侧油将会被挤压进发电机中，污染氢气，导致氢气纯度下降。如果油氢压差小于84kpa，可能会导致氢气外漏。工作人员要经常检查参数曲线，检查水氢氢冷却发电机中的油氢压差是否稳定在84kpa，如果出现偏离，则可能是主差压阀异常引起的。

（四）密封油温度过高

水氢氢冷却发电机中，密封油的温度会影响油的粘度，如果温度过高会导致密封油粘度下降，而油的流通面积不会发生变化，从而导致油压相对降低。同时氢侧油箱相对独立，温度变化不大，空侧油母管压力下降，逐渐接近励端、机端中的进油压力，使励端、机端进油压力的可调节范围缩小，可能会影响平衡阀压差和油氢压差，使空气窜入到空侧油之中，跟随油循环进入氢侧油中污染氢气，造成氢气纯度下降[3]。正常情况下，水氢氢冷却发电机中密封油的温度应该在35℃到45℃之间，如果超过49℃将会导致密封油的油压发生较大变化。因此，运行人员要时刻监测水氢氢冷却发电机中密封油的温度，保证油温在合理范围内。

（五）密封瓦间隙过大

水氢氢冷却发电机中，密封瓦是发电机两端的密封装置，负责防止外界空气进入发电机和发电机内部氢气泄漏，也同时防止空侧油环与氢侧油环中的密封油相互渗透。密封瓦的标准间隙为0.15mm到0.28mm之间，当电机运行过程中，出现动静间隙磨损、油质差以及密封油温度过高的、油氢压差失调等现象时，会使密封瓦的间隙缓缓扩大，导致其失去密封作用，从而让空侧与氢侧的油混杂，降低氢气纯度。工作人员要注意检查励端、机端的消泡箱液位是否报警，如果报警则表示密封瓦的间隙过大。

（六）其他因素

水氢氢冷却发电机运行过程中，密封油油质也很重要，密封油含水量超标，超过了50mg/L的标准，可能会使过量的水渗入到氢侧油系统中，导致氢气纯度下降。氢侧油箱中的浮球阀异常，会导致空侧油箱和氢侧油箱的密封油持续相互窜油，导致氢气纯度下降。运行人员要检查油位的变化是否在正常运行范围内，油泵运行电流、电机温度、振动是否在正常范围，监视氢侧油箱进排油管温度，以确认系统是否运行正常，过于频繁的补油，干燥系统除湿效果不佳，也可能导致电机内氢气纯度下降。

结论：综上所述，氢气纯度下降会影响水氢氢冷却发电机运行过程中的部件摩擦和通风损耗，甚至会引发氢爆，危害整个电力系统。排烟风机、平衡阀、主差压阀异常，密封油温过高，都可能会导致氢气纯度降低，需要加以高度重视。

参考文献：

[1]吴建军.水氢氢冷却发电机氢气纯度下降分析及对策[J].中国电力，2005，38（4）：26-28.

[2]佟永财.发电机氢气纯度超标的治理[J].电世界，2019，60（6）：8-11.

[3]邵剑锋.秦二厂4号机组发电机冷却效果分析和改进方法研究[D].华北电力大学;华北电力大学（保定），2017.