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

   關鍵詞：氫氣；濕度；密封油；除濕裝置

   1 概述

    三河發電有限責任公司二期兩臺發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、隱極式轉子同步發電機，冷卻方式為水—氫—氫。定子繞組的冷卻水由水冷泵強制循環，進出水匯流管分別裝在機座內的勵端和汽端，并通過水冷器進行冷卻，氫氣則利用裝在轉子兩端的軸流式風扇進行強制循環，并通過發電機兩端氫冷器進行冷卻，在機內密閉循環。發電機端蓋內裝有單流環式油密封，以防止氫氣從發電機內逸出。

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

    2 引起發電機氫氣濕度變化大的因素分析

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

    2.1 內冷水系統、氫冷器系統

    發電機的定子繞組采用水冷方式。發電機額定氫壓為0.25MPa，為避免運行過程中繞組或冷卻水連接管等部位發生泄漏而使內冷水進入發電機，根據廠家設備說明書和公司的集控運行規程的規定，機內氫壓必須大于內冷水壓力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，都會使機內氫壓與內冷水的壓差接近甚至小于0.03MPa。

    在對發電機油水檢測器進行排污時，并未發現有水流出。說明內冷水系統雖然存在偏離規定值運行的現象，但該系統并不是影響發電機內氫氣濕度變化的因素。

    內冷水運行時，維持水溫高于機內氫氣溫度。

    發電機氫冷器運行中，保持氫側壓力高于水側壓力，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

    該發電機安裝了單流環式密封油系統，其補油來自汽輪機潤滑油系統。

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

  2.2.1 油氫差壓

    機組正常運行中，依靠油氫差壓調節閥自動跟蹤發電機內氫氣壓力的變化，維持油氫差壓在0.05±0.02 MPa范圍內。從實際運行情況看，該差壓調節閥調節特性良好。在對油水檢測器進行排污時，發現有少量油流出，但數量很小。

    2.2.2 密封油系統真空裝置

    密封油系統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電機內的氫氣造成污染。

    通過再循環油泵的運行，使真空油箱中的油形成一個局部循環回路，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，再循環油通過再循環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，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，最終影響發電機氫氣濕度。

     2.2.3密封油質量

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

    發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運行質量較差，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，曾發現風機外殼積水，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壓力高于水側壓力，備用冷卻器冷卻水出入口門處于關閉狀態，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。

     密封油系統空氣抽出槽安裝有兩臺排煙風機，維持抽出槽適當的負壓。運行中，排煙風機前部的分離裝置內會有有水析出，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 發電機排補氫系統

    發電機排補氫系統如圖2所示。

    由于制氫站的取消，發電機補氫氣源采用氫罐，因此罐內氫氣的質量將直接影響補氫后發電機內氫氣的濕度。

    如圖2所示，在發電機補氫管上裝有吸附式氫氣干燥器，裝有0.1m3(約70Kg )硅膠，同時干燥器內裝有濾網，具有過濾、擴容疏水（液）的功能，可以對補充進入發電機的氫氣進行干燥處理，以確保進入發電機的氫氣濕度合格。因此應定期對干燥器內干燥劑進行檢查、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。

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

    2.4 發電機氫氣除濕裝置

   發電機氫氣除濕裝置如圖3所示。
            
                      
                               圖3 發電機氫氣除濕裝置簡圖

    發電機安裝XFG-1F型氫氣干燥器，用以清除發電機氫氣內的水分。在吸附式干燥器前布置油分離器，機組正常運行時循環風機停運，旁路門開啟，發電機內氫氣在轉子兩端風扇的作用下，順序經過循環風機旁路、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，最后返回至發電機內。

    在油分離器內將氫氣中的油分分離后，進入吸附式干燥器內，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，程序自動將其轉為再生狀態，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，最后經過冷卻，將帶出的水分冷卻為冷凝水，由疏水門排出。

    循環風機的旁路門在運行中控制著經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，運行中通過調整循環風機的旁路門可以將氫氣濕度控制在要求的范圍內(-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 影響發電機氫氣濕度變化大的原因總結

    通過上述分析，可以發現，影響發電機濕度主要原因如下：

    （1）密封油含水量大；

    （2）系統各部位的水分無法及時排出；

   （3）氫氣除濕裝置循環風機旁路門開度不合適。

    4 結語

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

    （2）加強對汽輪機潤滑油的油質監督，提高濾油機的維護質量，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，維持適當的負壓。保證主油箱排煙風機、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）加強密封油系統真空設備的運行維護，保證設備運行正常，確保密封油系統真空油箱、再循環泵運行時清除油中水分的效果。

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

   參考文獻：

   [1] 三河發電有限責任公司．300MW機組集控運行規程[Z]．

   [2] 三河發電有限責任公司．300MW機組熱機系統圖[Z]．

   [3] 東方汽輪機廠設備運行說明書[Z]．

    [4] 鄭體寬等．熱力發電廠[M]．中國電力出版社，2001．

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   男，河北三河人，專科，助理工程師，現就職于三河發電有限責任公司，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，現就職于三河發電有限責任公司，主要從事電廠安全經濟運行工作。

   孟森林（1974-）

    男， 河北廊坊人，本科，助理工程師，現就職于三河發電有限責任公司，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