THDF108/53型發電機氫氣純度下降原因分析及控制方案研究

王亞龍，劉 楊，2，邢鵬飛，康 杰

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州 450011;2.華能河南中原燃氣發電有限公司，河南 駐馬店 463000)

THDF108/53型發電機氫氣純度下降原因分析及控制方案研究

王亞龍1，劉 楊1，2，邢鵬飛1，康 杰1

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州 450011;2.華能河南中原燃氣發電有限公司，河南 駐馬店 463000)

發電機在運行過程中，氫氣純度下降對機組安全運行造成嚴重威脅。若氫氣純度下降至爆炸極限范圍內，可能引起發電機內氫氣爆炸，為電站乃至整個電力系統帶來不可挽回的損失。針對某電站發電機組運行過程中氫氣純度下降問題進行系統分析，并提出相關控制措施。實踐表明具有一定的可行性，為今后電站處理氫氣純度問題提供依據。

發電機組;氫氣純度;原因分析;控制方案

某電站采用THDF108/53型發電機組，其冷卻方式為水—氫—氫 (定子繞組水內冷，轉子繞組氫內冷，定子鐵芯氫外冷)。發電機組在運行過程中，發電機內氫氣純度每下降1%，通風損耗及轉子摩擦損耗將增加11%。為保證機組安全、穩定、經濟運行，發電機氫氣純度須在95%～98%。電站常通過不斷補、排氫氣等方式嚴格控制發電機內氫氣純度［1］。

1 氫氣系統概況

氫氣系統主要設備有氫氣控制裝置、氫氣干燥器、漏氫檢測裝置和氫氣冷卻器等。機組正常運行時，充氫裝置供給發電機氫氣并加壓到0.5 MPa，在發電機內部形成一個閉式循環冷卻系統，即氫氣從發電機勵磁端經轉子同軸徑向離心風扇加壓后，流過轉子繞組和定子鐵芯的間隙，再從定子繞組與發電機外殼之間的間隙回到勵磁端，在發電機勵磁端的上方布置4組氫氣冷卻裝置，流過冷卻器后的氫氣再次回到離心風扇的入口，完成循環冷卻過程。部分氫氣在離心風扇作用下，流入氫氣干燥裝置后回到發電機，除去氫氣中的水分，如圖1所示。

為防止機內氫氣外泄，發電機采用單流環式密封油系統進行密封，以確保發電機組安全經濟穩定運行［2］。密封油從密封環支座上的密封環室通過環上的徑向孔和環形槽注入密封間隙。從密封環的氫側和空側排出的油經定子端蓋上的油路返回密封油系統［3］。

在密封油系統中，油經過真空處理、冷卻和過濾后返回密封環，如圖2所示。

圖1 氫氣系統圖

圖2 密封油系統圖

2 氫氣純度下降原因分析

自機組并網運行一段時間后，在DCS上查看氫氣純度曲線呈下降趨勢，氫氣純度由99.3%降到95.8%。查詢相關設備和曲線，可能導致發電機氫氣純度下降原因分析如下。

2.1 氫氣濕度過大

發電機運行中，若閉式冷卻水調整不當將導致冷氫溫度與定子冷卻水溫度差值小于5℃，氫氣在定子冷卻水管道外壁結露，造成發電機內氫氣濕度增大［4］;定子冷卻水系統機內接頭和氫氣冷卻器細微滲漏也可能導致機內氫氣濕度增大。

2.2 密封瓦塊處空氣側和氫氣側密封油竄流

正常運行時，密封瓦塊中空氣側和氫氣側密封油具有幾乎相同壓力，空氣側和氫氣側密封油各自保持相對獨立的狀態進行循環流動。發電機位于軸系3號軸承和4號軸承之間，發電機和機組軸系6號軸承距離較近。長期運行以來，軸系6號軸承振動較大，間接導致發電機密封瓦塊處空氣側和氫氣側壓力不平衡程度增加。若氫氣側壓力較大，氫氣側密封油向空氣側密封油竄油，導致氫側密封油箱油位下降，帶有大量空氣的密封油從密封油貯油箱進入氫側密封油箱，造成密封油系統空氣含量增加。若空氣側壓力較大，含有大量空氣的油向氫氣側密封油竄油，將空氣側密封油內所含的空氣帶入發電機，造成氫氣純度下降。

2.3 密封油真空泵工作不正常

密封油系統中，密封油真空泵作用是抽出密封油真空油箱中空氣、水蒸氣和一些雜質，維持密封油真空油箱真空。發電機密封油真空油箱額定真空為-40 kPa，實際運行時密封油真空油箱真空過低，真空泵出力不足，造成氫氣純度下降。

2.4 氫側密封油箱或密封油真空油箱浮球閥故障

密封油系統中自動補、排油的浮球閥卡澀，導致浮球閥不能正常開啟或關閉;或因浮球閥浮球內漏后進油，不能正常浮起造成浮球閥不能正常開啟或關閉［5］。二者都會導致密封油系統自動補、排油功能失常，含有空氣的油進入密封油系統中，引起機內氫氣純度下降。

2.5 密封油排煙風機工作不正常

密封油系統中，密封油排煙風機作用是抽出發電機軸瓦間和真空泵出口管道中的空氣、水蒸氣和一些雜質。如果密封油排煙風機工作不正常，密封油系統中空氣含量增加，引起發電機內氫氣純度下降［6］。

2.6 密封油系統差壓閥或流量調節閥工作不正常

發電機正常運行中，通過差壓閥來調節密封油和氫氣的壓差在正常范圍內。若差壓閥無法調節，流量調節閥才動作，保證發電機組安全穩定運行。如果差壓閥或流量調節閥工作不正常，密封油和氫氣壓差失調，使空氣漏入發電機內，引起氫氣純度下降。

3 氫氣純度控制方案

結合電站實際運行情況，對影響發電機組氫氣純度因素分析，造成氫氣純度下降的主要原因為閉式冷卻水溫度過高、軸系6號軸承振動偏大以及密封油真空泵出力不足等，制定解決控制方案如下。

a. 運行升壓水系統，降低閉式冷卻水溫度。發電機組正常運行時，閉式冷卻水由開式水系統經板式換熱器冷卻。開式冷卻水由循環水系統供應，也可由升壓水系統供應。正常運行時，開式冷卻水由循環水系統供應。定子冷卻水和氫氣均由閉式冷卻水冷卻。運行升壓水系統，增加開式冷卻水流量，降低閉式冷卻水溫度，使定子冷卻水溫度與冷氫溫度差值≥5 C°，防止氫氣在定子冷卻水管道外壁結露以降低氫氣純度。

b. 運行頂軸油系統，減小機組軸系6號軸承振動。由于機組軸系6號軸承振動較大，間接造成發電機軸瓦密封空氣側和氫氣側壓力不平衡程度增加。在軸瓦密封兩側不斷竄油，引起氫氣純度下降。為控制發電機組氫氣純度下降，保證機組安全經濟穩定運行。運行頂軸油系統，減小軸系6號軸承振動，避免振動間接引起氫氣純度降低。

c. 檢修密封油真空泵，提高密封油真空油箱真空度。密封油真空泵出力不足，導致密封油真空油箱真空度偏低，密封油系統空氣量增加，引起氫氣純度下降。密封油真空泵經檢修提高出力，保證密封油真空油箱真空度，減少密封油系統中空氣含量，使發電機內氫氣純度上升。

4 結束語

機內氫氣純度下降，可能造成發電機繞組絕緣下降，甚至引起發電機護環產生氫致裂紋，嚴重威脅發電機安全運行。因而要對影響發電機氫氣純度的因素詳細分析，找出發電機內氫氣純度下降的真正原因，提出可行控制方案，為今后電站運行及檢修維護提供參考。

［1］ 張修波，姚德全，韓德才.氫冷汽輪發電機氫氣純度下降過快的原因［J］.東北電力技術，2002，23(4):27-28.

［2］ 丁勇富，陳 懇.發電機氫氣純度下降原因分析及處理［J］.電站系統工程，2009，25(5):39-40.

［3］ 趙韻奇，熊大健.600 MW氫冷發電機氫氣純度下降的原因分析及處理［J］.汽輪機技術，2008，50(2):148-150.

［4］ 吳貴德，劉 武，鄒 衢，等.發電機氫氣濕度超標的原因分析［J］.東北電力技術，2015，36(3):24-27.

［5］ 徐艷麗，謝 慧，李海榮，等.利用DCS歷史曲線分析發電機氫純度下降原因 ［J］.電力科學與工程，2013，29(3):59-64.

［6］ 陳啟卷.電氣設備及系統 ［M］.北京:中國電力出版社，2006.

Cause Analysis on Hydrogen Purity Decline of THDF108/53 Generator and Control Scheme Research

WANG Ya-long1，LIU Yang1，2，XING Peng-fei1，KANG Jie1
(1.North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou，Henan 450011，China;2.Huaneng Henan Zhongyuan Gas Power Generation Company Limited，Zhumadian，Henan 463000，China)

Hydrogen purity decline causes a serious threat to safe operation in the process of generator operation which may cause hydrogen explosion inside generator when hydrogen purity falls to the explosion limit.It causes irretrievable losses for power station even the whole power system.According to the problems of hydrogen purity decline for given power station in the operation process，the reasons for the decrease are analyzed systematically and control schemes are proposed.Practice shows that it has certain feasibility which providing a foundation for power plant dealing with hydrogen purity in the future.

Generator set;Hydrogen purity;Cause analysis;Control scheme

TM311;TM621.3

A

1004-7913(2015)08-0007-03

國家級大學生創新訓練項目 (201310078070);華北水利水電大學創新計劃項目 (HSCX2014116)

王亞龍 (1990—)，男，碩士，研究方向為電站運行維護與優化。

2015-05-10)