摘要：發(fā)電機在運行中，發(fā)電機氫氣濕度是一項重要的監(jiān)測指標，氫氣濕度是否在規(guī)定范圍內(nèi)直接影響著機組的安全運行。過于干燥的環(huán)境會對發(fā)電機定子的某些部件產(chǎn)生有害的影響，造成端部墊塊收縮和支撐環(huán)裂紋，將導致定子端部絕緣發(fā)生磨損。濕度過高，水汽在氫氣溫度過低時會產(chǎn)生結露，降低發(fā)電機絕緣，可能進一步造成發(fā)電機故障。氫氣濕度的變化與密封油、除濕裝置等系統(tǒng)的運行質(zhì)量息息相關，因此對氫氣濕度的控制也主要從上述系統(tǒng)著手。

   關鍵詞：氫氣；濕度；密封油；除濕裝置

   1 概述

    三河發(fā)電有限責任公司二期兩臺發(fā)電機為東方電機股份有限公司制造的QFSN-300-2-20B型三相、二極、隱極式轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機，冷卻方式為水—氫—氫。定子繞組的冷卻水由水冷泵強制循環(huán)，進出水匯流管分別裝在機座內(nèi)的勵端和汽端，并通過水冷器進行冷卻，氫氣則利用裝在轉(zhuǎn)子兩端的軸流式風扇進行強制循環(huán)，并通過發(fā)電機兩端氫冷器進行冷卻，在機內(nèi)密閉循環(huán)。發(fā)電機端蓋內(nèi)裝有單流環(huán)式油密封，以防止氫氣從發(fā)電機內(nèi)逸出。

    運行初期，發(fā)電機氫氣濕度變化較大，由于氫氣濕度超標，將降低發(fā)電機絕緣水平，使發(fā)電機定子絕緣薄弱處發(fā)生相間短路事故；降低發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣水平，嚴重的匝間短路可導致軸振和機組磁化；使發(fā)電機轉(zhuǎn)子護環(huán)產(chǎn)生應力腐蝕裂紋，縮短發(fā)電機的壽命。經(jīng)過對系統(tǒng)的檢查、分析、處理，目前已經(jīng)基本掌握了對氫氣濕度變化大的控制調(diào)整方法。

    2 引起發(fā)電機氫氣濕度變化大的因素分析

    針對發(fā)電機氫氣濕度變化大的問題，對發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)、氫冷器、密封油系統(tǒng)、排補氫系統(tǒng)、氫氣除濕裝置可能對氫氣濕度產(chǎn)生的影響，進行了分析檢查。

    2.1 內(nèi)冷水系統(tǒng)、氫冷器系統(tǒng)

    發(fā)電機的定子繞組采用水冷方式。發(fā)電機額定氫壓為0.25MPa，為避免運行過程中繞組或冷卻水連接管等部位發(fā)生泄漏而使內(nèi)冷水進入發(fā)電機，根據(jù)廠家設備說明書和公司的集控運行規(guī)程的規(guī)定，機內(nèi)氫壓必須大于內(nèi)冷水壓力0.03MPa以上，氫氣壓力降至0.23 MPa時補氫。從實際運行情況看，內(nèi)冷水壓力始終維持在0.19~0.20MPa，在進行定冷泵切換時定冷水壓力升高；另外，由于采用人工補氫，在機內(nèi)氫壓降低時，有時會因補氫不及時，使氫壓略低于0.23 MPa，都會使機內(nèi)氫壓與內(nèi)冷水的壓差接近甚至小于0.03MPa。

    在對發(fā)電機油水檢測器進行排污時，并未發(fā)現(xiàn)有水流出。說明內(nèi)冷水系統(tǒng)雖然存在偏離規(guī)定值運行的現(xiàn)象，但該系統(tǒng)并不是影響發(fā)電機內(nèi)氫氣濕度變化的因素。

    內(nèi)冷水運行時，維持水溫高于機內(nèi)氫氣溫度。

    發(fā)電機氫冷器運行中，保持氫側(cè)壓力高于水側(cè)壓力，在冷卻水進口管路上設有壓力控制閥門，以確保水壓低于氫壓。

   2.2 密封油系統(tǒng)

    該發(fā)電機安裝了單流環(huán)式密封油系統(tǒng)，其補油來自汽輪機潤滑油系統(tǒng)。

   密封油系統(tǒng)由真空裝置（包括真空油箱、真空泵組和再循環(huán)油泵）、密封油泵、油氫差壓調(diào)節(jié)閥、擴大槽、浮子油箱以及空氣抽出槽等設備組成。其中氫側(cè)（以密封瓦為界，靠近氫氣側(cè)為氫側(cè)，另一側(cè)為空側(cè)）密封油回油經(jīng)過擴大槽、浮子油箱進入空氣抽出槽，匯合空側(cè)密封油回油后進入潤滑油回油系統(tǒng)，返回至汽機主油箱。空側(cè)密封油回油直接進入空氣抽出槽。如圖1所示。
         
                     
                                           圖1  密封油系統(tǒng)簡圖

  2.2.1 油氫差壓

    機組正常運行中，依靠油氫差壓調(diào)節(jié)閥自動跟蹤發(fā)電機內(nèi)氫氣壓力的變化，維持油氫差壓在0.05±0.02 MPa范圍內(nèi)。從實際運行情況看，該差壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性良好。在對油水檢測器進行排污時，發(fā)現(xiàn)有少量油流出，但數(shù)量很小。

    2.2.2 密封油系統(tǒng)真空裝置

    密封油系統(tǒng)的來油為汽輪機的潤滑油。

    正常運行時，潤滑油不斷地補充到真空油箱中，通過真空泵組的連續(xù)工作，使真空油箱維持一定的真空，潤滑油中含有的空氣和水份（水蒸氣）在真空油箱中被分離出來，通過真空泵和真空管路被排至廠房外，從而使進入密封瓦的油得以凈化，防止空氣和水分對發(fā)電機內(nèi)的氫氣造成污染。

    通過再循環(huán)油泵的運行，使真空油箱中的油形成一個局部循環(huán)回路，從而使油得到更好的凈化。

    為了加速空氣和水份從油中釋放，真空油箱內(nèi)部設置有多個噴頭，補充進入真空油箱的油通過補油管端的噴頭，再循環(huán)油通過再循環(huán)管端的噴頭而被擴散，加速空氣、水份（水蒸氣）從油中分離。

    因此，必須保證密封油真空裝置處于正常的工作狀態(tài)，否則不利于密封油中的空氣和水份（水蒸氣）的擴散分離，進而在運行過程中進入氫氣內(nèi)，最終影響發(fā)電機氫氣濕度。

     2.2.3密封油質(zhì)量

    由于發(fā)電機氫氣與氫側(cè)密封油直接接觸，因此密封油的含水量大小，將直接影響發(fā)電機內(nèi)氫氣的濕度。

    發(fā)電機密封油油源來自汽輪機潤滑油。

    從實際運行情況看，由于汽輪機軸封系統(tǒng)運行質(zhì)量較差，汽缸兩端汽封處有蒸汽漏出，串入軸瓦中，造成油中積水，返回至主油箱。

    主油箱濾油機工作效果不好，造成潤滑油含水量大。

    主油箱排煙風機運行時，曾發(fā)現(xiàn)風機外殼積水，外殼處積水無法及時排出，又倒流回主油箱，使排煙風機效果降低甚至消失。針對該問題，已在風機外殼底部加裝疏水管進行處理。

    潤滑油冷卻器運行時油側(cè)壓力高于水側(cè)壓力，備用冷卻器冷卻水出入口門處于關閉狀態(tài)，放水門開啟。因此可以基本排除冷卻器對油鐘水分的影響。

    含水量大的潤滑油補油至密封油后，不但增加了密封油真空裝置的運行負擔，降低了除水效果，使密封油含水量增大。

     密封油系統(tǒng)空氣抽出槽安裝有兩臺排煙風機，維持抽出槽適當?shù)呢搲骸＿\行中，排煙風機前部的分離裝置內(nèi)會有有水析出，因此需要及時將水排出，以降低油中的水含量。實際運行早期，未能意識到該問題，也是間接影響氫氣濕度的因素之一。目前，已安排定期進行手動排水。

    2.3 發(fā)電機排補氫系統(tǒng)

    發(fā)電機排補氫系統(tǒng)如圖2所示。

    由于制氫站的取消，發(fā)電機補氫氣源采用氫罐，因此罐內(nèi)氫氣的質(zhì)量將直接影響補氫后發(fā)電機內(nèi)氫氣的濕度。

    如圖2所示，在發(fā)電機補氫管上裝有吸附式氫氣干燥器，裝有0.1m3(約70Kg )硅膠，同時干燥器內(nèi)裝有濾網(wǎng)，具有過濾、擴容疏水（液）的功能，可以對補充進入發(fā)電機的氫氣進行干燥處理，以確保進入發(fā)電機的氫氣濕度合格。因此應定期對干燥器內(nèi)干燥劑進行檢查、再生（烘焙干燥）或更換，以保證干燥效果。干燥器底部安裝有排污閥門，以對可能存在的水分進行定期排放。

    如干燥器內(nèi)硅膠失效或未能進行定期排污，都將影響發(fā)電機內(nèi)氫氣濕度。同時應保證干燥器旁路門關閉嚴密。
    
                  
                                    圖2  發(fā)電機氫氣系統(tǒng)簡圖

    2.4 發(fā)電機氫氣除濕裝置

   發(fā)電機氫氣除濕裝置如圖3所示。
            
                      
                               圖3 發(fā)電機氫氣除濕裝置簡圖

    發(fā)電機安裝XFG-1F型氫氣干燥器，用以清除發(fā)電機氫氣內(nèi)的水分。在吸附式干燥器前布置油分離器，機組正常運行時循環(huán)風機停運，旁路門開啟，發(fā)電機內(nèi)氫氣在轉(zhuǎn)子兩端風扇的作用下，順序經(jīng)過循環(huán)風機旁路、除濕裝置入口濕度計、油分離器、吸附式干燥器、除濕裝置出口濕度計，最后返回至發(fā)電機內(nèi)。

    在油分離器內(nèi)將氫氣中的油分分離后，進入吸附式干燥器內(nèi)，利用活性氧化鋁作為干燥劑，當活性氧化鋁吸收水分達到飽和后，程序自動將其轉(zhuǎn)為再生狀態(tài)，通過加熱使氧化鋁束縛的水分汽化，再通過一股氫氣將釋放出的水分帶走，最后經(jīng)過冷卻，將帶出的水分冷卻為冷凝水，由疏水門排出。

    循環(huán)風機的旁路門在運行中控制著經(jīng)過除濕裝置的氫氣流量，對于控制氫氣的濕度起著至關重要的作用，通過實際操作，運行中通過調(diào)整循環(huán)風機的旁路門可以將氫氣濕度控制在要求的范圍內(nèi)(-5 ~15)。同時，再生后的冷凝水需要及時排出，否則將影響再生效果，進而影響整個干燥器的干燥效果。

    3 影響發(fā)電機氫氣濕度變化大的原因總結

    通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)，影響發(fā)電機濕度主要原因如下：

    （1）密封油含水量大；

    （2）系統(tǒng)各部位的水分無法及時排出；

   （3）氫氣除濕裝置循環(huán)風機旁路門開度不合適。

    4 結語

    （1）進行系統(tǒng)的分析，考慮通過軸端汽封間隙調(diào)整、軸封系統(tǒng)管路改造、合理調(diào)整軸封壓力和軸封供回汽門開度等手段，提高軸封系統(tǒng)系統(tǒng)運行質(zhì)量，盡量減少和消除軸封漏汽。

    （2）加強對汽輪機潤滑油的油質(zhì)監(jiān)督，提高濾油機的維護質(zhì)量，保證其濾水效果。定期對主油箱底部進行排污，同時視油位情況，補充合格潤滑油。保證主油箱排煙風機和空氣抽出槽排煙風機的正常運行，維持適當?shù)呢搲骸１ＷC主油箱排煙風機、空氣抽出槽排煙風機、除濕裝置干燥器等部位的水分及時排出。

    （3）加強密封油系統(tǒng)真空設備的運行維護，保證設備運行正常，確保密封油系統(tǒng)真空油箱、再循環(huán)泵運行時清除油中水分的效果。

    （4）視氫氣濕度的變化情況，及時合理調(diào)整循環(huán)風機旁路門開度，維持氫氣濕度在規(guī)定范圍內(nèi)。

   參考文獻：

   [1] 三河發(fā)電有限責任公司．300MW機組集控運行規(guī)程[Z]．

   [2] 三河發(fā)電有限責任公司．300MW機組熱機系統(tǒng)圖[Z]．

   [3] 東方汽輪機廠設備運行說明書[Z]．

    [4] 鄭體寬等．熱力發(fā)電廠[M]．中國電力出版社，2001．

    李小龍（1977-）

   男，河北三河人，專科，助理工程師，現(xiàn)就職于三河發(fā)電有限責任公司，主要從事電廠集控運行。

   張新元（1976-）

   男，河北遷安人，專科，助理工程師，現(xiàn)就職于三河發(fā)電有限責任公司，主要從事電廠安全經(jīng)濟運行工作。

   孟森林（1974-）

    男， 河北廊坊人，本科，助理工程師，現(xiàn)就職于三河發(fā)電有限責任公司，主要從事電廠集控運行工作。  

   摘自《自動化博覽》2011年第十二期