QFSN-200-2型發電機組氫氣濕度在線監測方式改造

修志堅,薛鳳蓮

（1.遼寧東方發電有限公司,遼寧 撫順 113007;2.遼寧能港發電有限公司,遼寧 撫順 113007）

1 概述

遼寧能港發電有限公司2臺200MW機組發電機為QFSN-200-2型,采用定子繞組水內冷,轉子繞組氫內冷,定子鐵心、轉子鐵心及其構件為氫氣表面冷卻的水—氫—氫冷卻方式。發電機氫冷系統有獨立的制氫設備,采用氫氣母管方式供給2臺QFSN-200-2型發電機循環冷卻介質。

根據長期對我國大型氫冷發電機的安全、經濟運行狀況的考察,由于氫氣濕度超標,曾多次發生定子線圈頂部絕緣擊穿、轉子護環出現裂紋等重大事故。因此必須對發電機內的氫氣指標進行嚴格監測,真實反映氫氣循環系統的運行狀況,同時對系統被油和其他雜質污染進行監督。

遼寧能港發電有限公司在1996年就已實現對2臺200 MW發電機氫氣濕度的在線監測。通過氫氣濕度分析儀的使用及對在線監測狀況的研究,積累了很多經驗,發現了一些問題。為了更好地實現氫氣濕度在線監測,對2臺200 MW發電機氫氣濕度在線監測方式進行了改造。

2 原氫氣濕度監測存在問題

改造前一直選用HMP-260型氫氣濕度分析儀對2臺200 MW機組氫氣濕度進行在線監測,由于發電機密封瓦不嚴密及油平衡閥存在問題,使系統內經常有漏油,且HMP-260型氫氣濕度儀沒有過濾器和排污裝置,需經常拆除氫氣濕度探頭擦拭,時間長易造成氫敏感電機污染及引線斷開,無法進行在線監測（只能用手工試驗方法進行監測）。而手工試驗方法人為誤差較大,且計算公式為經驗公式,采用的多是一些經驗常數,受環境及其他因素的影響極大,不能反映準確的濕度值。

若要加強對200 MW機組發電機氫氣濕度的監測及各項考核,必須改變離線監測及在線監測不合理的現狀,有效開展對發電機氫氣濕度的在線監測,盡可能反映出發電機氫氣冷卻介質的真實狀況,才能真正防止氫氣濕度超標對發電機造成的嚴重危害。

3 氫氣在線監測技術

3.1 安全性

手工取樣存在安全問題。通常在取樣時需將取樣門開啟排氣4～5min,其目的是使氫氣管路內各個死角處得到均勻沖洗,保證取樣時樣品具有穩定的流量和壓力。但由于現場對防火要求較為嚴格,每日的氫氣排放量本身就是一個潛在隱患。因此,改變監測方式也是保證火電廠安全運行的重要手段。

3.2 監測指標的確定

國內許多電廠采用相對濕度作為機內氫氣監測指標,但多年經驗表明,采用該項指標有弊端。

3.2.1 相對濕度法（RH）的缺點

運行中的氫冷機組充有一定水汽質量比的氫氣時,機內各點相對濕度因各點氫溫不同而有差異,但只要機內各處氫氣總壓力相同,各部分氫氣露點溫度也相同。若氫氣循環系統中各處氫溫不均衡,氫氣的相對濕度也不平衡,因此該方法表示的氫氣狀況并不準確。

另外,原相對濕度在常壓和帶壓下數值之間的差別及其換算方法比較模糊,需經過多次換算,測量及計算方法都很繁瑣。

原相對濕度法所測值僅能反映出機內氫氣溶解水分大小的變化,而實際上機內循環氫氣的運行工況更加復雜,尤其是發電機內密封瓦油系統中油品質量的降低造成油中雜質含量增多、氫溫及內冷水溫度控制不好使定子水溫偏低等。這些均對氫氣濕度造成較大影響,而相對濕度值無法準確衡量,使得相對濕度法測值與系統的真實狀況差別較大。

3.2.2 露點溫度主要特點

氫冷電機的氫氣濕度與機內結露風險密切相關。大量文獻證實露點與混合氣體中水蒸氣分壓力下的飽和絕對濕度有確定的一一對應關系,而當濕氫氣中的水蒸氣處于過熱狀態（發電機內氫氣濕度）時,露點與絕對濕度并不存在嚴格的單值對應關系。對應一個露點溫度值,可以有若干個數值不同的絕對濕度。

經調查發現,國外大部分電廠通常也是采用以露點溫度表示法來作為氫氣的控制標準,但其并不刻意追求露點“標準”很小的差別,也不脫離機組特點及實際情況而提出某個單一的露點標準值。確立一種新的思路,依據氫冷電機的實際情況,建立一種適應實際特點的監控模式。基于以上構想,確立了以露點溫度（Td）和絕對濕度（a）聯合監測法代替傳統的相對濕度（RH）或絕對濕度（a）的單一法作為研究方向。

進一步研究發現,當采用露點與絕對濕度聯合監測時,監測結果更加準確、真實、穩定,使氫氣濕度的各項監督更全面,對冷卻干燥器的及時投入有指導作用。

3.3 露點溫度（Td）和絕對濕度的控制標準

制氧站出口氫氣濕度：露點（Td）≤-25℃;絕對濕度（a）≤2.5 g/m3。

發電機內氫氣濕度：露點（Td）≤0℃;絕對濕度（a）≤10 g/m3。

密封油含水量：油中含水量小于1 000mg/L。

隨著科技水平的高速發展,新型傳感技術及先進的監測手段已日趨成熟和完善,電力系統的專家已逐步達成共識,開展在線連續監測分析已刻不容緩。因此,發電機氫氣指標得到及時、準確監控是關系到大型機組安全運行的重要工作。

4 測量儀表的選型

引進芬蘭維薩拉公司生產的HMT-364E型在線溫濕度儀,以露點溫度（Td）和絕對濕度（a） 2項指標代替相對濕度（RH）對機組氫氣進行在線監測。HMT-364E型溫濕度儀具有以下優點。

a.配置簡單且測量穩定

HMT-364E型溫濕度儀傳感器探頭和儀表集中安裝在儀表箱中,采樣系統由過濾器、排污裝置傳感器套筒、流量計等組成。通過觀察流量范圍可知前級過濾器是否被油污堵塞,提醒及時排污、清洗,且不影響發電機正常工作,提高了測量精度和穩定性。探頭過濾器防電磁干擾、抗油污染。儀表配備的顯示器和鍵盤可操作和設定傳感器,傳感器可通過RS232C串行總線、RS485/422串行總線、數字環流模塊與電腦或終端連接。

b.易于設定數值及調整

帶微處理器的HMT-364E型溫濕度儀變送器可由傳感器測出的溫度、露點溫度計算其他參數。用2個模擬量輸出通道,通過改變儀表內部撥碼器,可選擇以下任意2個參數作為輸出信號：露點溫度（Td）、絕對濕度（a）、混合率（X）、濕球溫度（TM）、溫度（T）和相對濕度（RH）。露點溫度和絕對濕度為目前在線氫氣濕度監測指標。

5 改造效果

在安裝中保留了原有的氫氣直流管段和取樣門,重新加工制作了系統旁路管段（采取一些防油污染的必要措施）,安裝了溫濕度傳感器,用白鋼管分別將樣氣從氫系統中進出口接至探頭出入口。將儀表的外部供電方式改為內部供電方式,在機柜DAS數據采集板上直接改為直流24 V內部供電,儀表的每一個參數顯示與輸出只需2根線就能完成。

表1 有關試驗數據

2009年8月,2臺200 MW機組HMT-364E型溫濕度儀全部安裝完成并投入運行。與此同時,組織技術人員進行調試及對比試驗。利用手工試驗采用干濕球法進行比較,先后分析近60個數據,取得滿意的效果。表1為氫氣濕度分析儀在1號機運行時的監測值。

由表1可知,自儀表初投至設備穩定后,發電機內主要氫氣指標（露點溫度（Td）＜0℃,一般維持在-2.0～5.0℃;絕對濕度（a）＜5 g/m3,一般維持在2～4 g/m3）一直維持較好。

6 結束語

HMT-364E型在線溫濕度儀安裝方便,監測容易,正常運行時基本上無維護量;其儀表變送器探頭抗油、水污染能力強,測量精度較高;儀表量程適合,測量數據準確,內部軟件設置合理,完全適合發電機在線氫氣濕度的監測;儀表帶有各種串行接口,可為今后進一步采用微機化監控創造了條件。應用HMT-364E型溫濕度儀進行改造后,解決了投入冷凍干燥機的不規律性和人為取樣化驗造成誤差等,能真實、迅速地反映機內氫氣中濕度含量的變化。