650MW發電機氫氣濕度控制分析

孟洪漢 盧凱超 魏曉棟 孫幸光 李鳳山

摘 要：現階段，氫氣冷卻被廣泛用作于大型發電機的冷卻方式。中核運行二廠目前采用的兩臺發電機為哈爾濱電機廠有限責任公司制造的QFSN-650-2型發電機。采用的內部氫氣循環，定子繞組水內冷，定子鐵芯及端部構件氫氣表面冷卻，轉子繞組氣隙取氫氣內冷的冷卻方式。在實際運行中氫氣的濕度等相關參數就成為影響電廠運行的重要性能參數，該文結合核電650MW發電機組的運行實際，分析了實際運行中秦山二期650MW發電機組氫氣濕度的控制要求，并對氫氣濕度異常原因及控制處理進行了分析探討。

關鍵詞：氫氣濕度 控制分析 護環 應力腐蝕

中圖分類號：TM310 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0099-01

發電機是核電站中的重要設備之一，其運行性能的好壞直接關系到電廠的穩定運行與否。氫氣是一種無色、無味、極輕且易燃、易爆的氣體，但它的比重僅為空氣的l/15，因此，使用氫氣作為冷卻介質，發電機通風損耗可以減少6.95%，轉子表面摩擦損失只有空氣冷卻介質的1/10，同時由于氫氣的散熱能力是空氣的4倍，從而可以使發電機運行溫度降低，發電機效率大為提高。然而使用氫氣作為發電機冷卻介質我們要嚴格控制好氫氣的濕度，否則會給發電機的穩定運行帶來巨大的安全隱患。

1 氫氣濕度的影響及控制范圍

1.1 氫氣濕度過高、過低的危害

氫氣濕度過高，會使發電機轉子護環產生應力腐蝕紋損并使裂紋快速發展，并且會降低定子的絕緣電氣強度，濕度過大會使發電機鐵芯表面生銹，定子、轉子繞組受潮，造成絕緣閃絡擊穿及線圈燒毀事故，此外氫氣濕度過大還會造成發電機護環應力腐蝕，尤其是18 MnCr護環，對濕度非常敏感。此外，機內氫氣濕度過大會使機內氫氣純度降低，導致通風損耗增加和降低冷卻效率。若機內產生結露現象，成為短路事故發生的誘發因素。氫氣濕度過低，可導致定子端部墊塊收縮和支撐環裂紋。過低的氫氣濕度會導致發電機內部的絕緣漆干裂，同樣造成發電機的絕緣下降。

1.2 氫氣濕度的行業標準

在秦山2期實際運行中，基本采用絕對濕度標準進行運行控制，根據系統手冊，秦山2期發電機的氫氣濕度控制范圍為濕度最高不得超過2g/m3，當濕度在2g/m3以上但不超過2.5g/m3時，每年只允許運行3次，每次持續時間不得超過3d，氫氣濕度最低不得低于0.05g/m3（對應的露點溫度-47.45℃）。根據最新的運行管理要求，在實際運行中通常在氫氣濕度為0.8 g/m3時，啟動氫氣干燥器，氫氣濕度1.6 g/m3時停運氫氣干燥器。

2 影響氫氣濕度的原因及控制方法

2.1 在實際運行中造成發電機氫氣濕度高的可能原因

（1）秦山2期汽輪發電機中的氫氣是由SRI（常規島設備冷卻水系統）來冷卻的。由于加工工藝和安裝質量等方面的缺陷以及發電機振動等方面的原因，使氫氣冷卻器存在不同程度的泄漏現象，漏出來的水進人機體內，增加了機體內的氫氣濕度。

（2）GHE（發電機密封油系統）在運行過程中，密封油系統中的油不可避免的含有水分，由于氫側密封油直接與發電機內的氫氣接觸，油中含有的水分發散到氫氣中，造成氫氣濕度增加。另外由于密封油本身也采用閉式冷卻水冷卻，油—水冷卻器也存在不同程度的泄漏現象，都可能會使密封油中的水含量超過額定值，間接影響到發電機中的氫氣濕度。

（3）制氫站送往發電機的氫氣本身濕度超標，造成發電機內的氫氣濕度超標。

（4）特殊情況下，發電機內氫氣壓力較低時，此時發電機的氫側回油箱密封油油位過高，可能使少量密封油流入發電機機座內，油中含有的水份被釋放出來，使氫氣濕度大大增加。

2.2 發電機內的氫氣濕度控制方法：

（1）提高氫氣冷卻器和油—水冷卻器的加工制造質量。氫氣冷卻器直接與氫氣接觸，氫氣冷卻器的加工制造質量將直接對氫氣的濕度產生影響，一旦加工制造存在缺陷，造成冷卻水泄漏，氫氣濕度就會大大提高。油—水冷卻器間接與氫氣接觸，油—水冷卻器如果存在加工制造質量問題，會使密封油中的含水量增大，同樣也會使氫氣濕度增加。

（2）發電機運行過程中，要密切關注空、氫測的密封油壓差。

QFSN-650-2型汽輪發電機采用的是雙環雙流式油密封瓦，密封瓦內有空、氫兩個環狀配油槽。密封油系統提供的氫側密封油流向氫側配油槽，空側密封油流向空側配油槽，然后沿轉軸軸向穿過密封瓦內徑與轉軸之間的間隙流出，如果空、氫側油路的供油壓力在密封瓦處相等，兩股油流就不會在兩條配油槽之間的間隙竄流。

由于空側密封油與空氣直接接觸，其中含的水分要大于氫側密封油，氫測密封油直接與發電機內的氫氣相接觸，如果能保證空測、氫側的密封油不相互接觸，那么，就大大減小了空側密封油中含有的水分通過與氫側密封油相接觸再經由氫側密封油滲透到發電機氫氣中的可能。GHE系統中（發電機密封油系統）密封油環采用的是雙流式密封油環，主要目的就是保證空側油和氫側油的獨立。但是由于結構制造等原因，要使兩路密封油完全獨立是不可能的，這樣就必然出現空側油與氫側油接觸的情況，空、氫側油的接觸面積是在密封瓦與軸之間的一塊環形空間，要使兩路油在接觸時的交換量達到最小限度，理論上來說只要這兩路油之間沒有壓差，就可以使這個區域的油交換維持在很低的水平上，因此，控制空、氫側油壓的壓差是控制發電機內氫氣濕度的重要手段之一。

系統手冊中規定發電機空、氫側的壓差必須控制在+100mm·H2O，正常運行時發電機之間的空氫側壓差是通過平衡閥GHE238/242VH來調節的，如果平衡閥工作不正常，導致空、氫側竄油就有可能導致發電機氫氣濕度不正常。

另外，在滿足密封和冷卻的前提下，盡可能減少氫側回油量，減少氫氣與密封油的接觸面積可以改善發電機內的氫氣質量，但也不宜過小，目前，2期的空側油流量為220L/h，氫側油流量為50L/h，也是出于控制氫氣濕度的考慮而設計的。

（3）采用氫氣干燥器。

采用氫氣干燥器是控制發電機內氫氣濕度最直接有效的方法，目前2期采用的干燥器為吸附式干燥器。

3 結語

發電機氫氣冷卻對于電廠的重要運行具有著極為重要的意義，在氫氣濕度上要嚴格進行控制，在保證核電廠安全可靠性的前提下，合理的設計控制標準，嚴格的執行控制要求，在異常情況時要準確分析可能導致氫氣濕度控制異常的原因，迅速準確的進行干預及處理，確保650MW核電發電機組的安全穩定運行。

參考文獻

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