發電機氫冷系統運行故障分析與處理化

【摘要】：某核電發電機組采用水氫氫冷卻方式，即用水冷卻發電機定子線棒，氫氣冷卻發電機定子鐵芯和轉子。采用氫氣為冷卻介質，主要是因為氫氣具有導熱性好，可提高發電機的單機容量和縮小發電機的體積。而且氫氣具有比重小，擴散快等優點，大大降低了發電機風扇和通風系統等的摩擦損耗，從而提高了發電機的效率，比用空氣冷卻的效果好。但氫氣的缺點是滲透性強，容易從設備中泄漏出來，其次是氫氣與氧氣、空氣混合后的爆炸范圍廣（空氣中氫的爆炸范圍是氫含量4%-75%），有爆炸危險。發電機運行過程中如果冷卻介質異常，可能導致發電機降功率或停機，某些故障可能導致人員和機組的安全受到威脅。

【關鍵詞】：發電機；氫氣；故障分析；處理；火災；安全

1.氫氣的作用及危害

某核電站發電機是俄供三相同步發電機，型號TBB-1000-2y3，轉速為 3000轉/分鐘。由于發電機轉子的長度長，發電機中部的熱量不易散出，所以需要專門的發電機冷卻系統。該核電站發電機為水氫氫冷卻方式，用水冷卻發電機定子線棒，氫氣冷卻發電機定子鐵芯和轉子。

作為氣體冷卻介質需要有兩個條件：

1）換熱效率高，也就是導熱系數高

0℃時的氫氣導熱系數O.163W/（m℃），空氣導熱系數0.0233W/（m℃）；

2）機械損失小，任何介質（流體）冷卻旋轉的發電機轉子都會與之存在摩擦損失，這個損失的大小，與冷卻介質的密度有直接關系，在所有的流體中氫氣的密度是最小的。

氫氣的危害是顯而易見的，氫氣是一種易燃易爆氣體，試驗得知，在氫氣和空氣混合時當氫含量在4～75% 的范圍內，且又有火花或溫度在700℃以上時，就有可能爆炸。

2.氫冷系統運行故障類型及處理方法

2.1.氫氣壓力下降

該核電站發電機正常運行時氫氣壓力為0.48-0.5MPa，氫氣泄漏量正常大約為1%/天（每日夜班計算），當計算的氫氣泄漏量大于2%/天時，要組織人員進行查漏。

對于不能確定具體部位的氫氣泄漏，可以在確定大致區域后，用肥皂泡檢漏法確定具體的泄漏部位。

下面是該核電站5.4漏氫事件處理過程。

2010年5月4日14時44分，主控運行人員監盤時發現發電機氫氣壓力急劇下降，值長立即命令現場人員進行補氫操作，同時指令開始氫氣查漏，命令汽輪機操縱員嚴密監視發電機的各項參數。雖然現場人員全開補 氫閥門，但是氫氣壓力仍在下降，僅8分鐘時間氫氣壓力就從正常值 0.49MPa下降到0.2MPa。直到以上溫度測點停止上升后，值長命令停止降功率，發電機功率由803MW降到519MW。隨后由于除氧器液位下降，值長第二次下令降功率，功率最低降到151MW。

2.2.氫氣濕度過高

某核電站發電機內部氫氣濕度的正常運行的范圍為0.9～25%。氫氣濕度大于25%但低于30%，發電機運行每年不超過3次，每次不超過 3天。

不論是何種原因引起的發電機氫氣濕度上升，都要及時降低發電機的濕度，可以投運氫氣干燥器磁力風機，降低氫氣的濕度。必要時用干燥的新氫氣頻繁地吹掃發電機。

氫氣干燥器運行不正常

該核電站發電機氫氣干燥器采用吸附式原理對氫氣進行干燥，選用分 子篩作為吸附材料，裝置由兩套干燥容器組成，一套處于干燥劑再生狀態，另一套運行。當某套干燥容器內的吸附劑飽和后，自動退出運行通過電加熱器進行再生，再生氣體經過冷卻器冷卻除濕，因此再生時要關注干燥容器的上下部溫度，若電加熱器裝置故障加熱器溫度無法達到規定的再生溫度（上部260℃，下部溫度180℃），則會造成氫氣干燥器再生不徹底，降低分子篩的吸附能力，則會造成氫氣濕度上升。

定子冷卻水漏向氫氣側

確認氫氣補集器內是否有氣泡，如有氣泡，檢測確認是否為氫氣。如確認是氫氣，依據發電機規程進行操作。

定子冷卻水MKF系統氣體捕集器內氫含量不允許超過20 %。

密封油中水含量超標

對密封油進行取樣，水含量超標，投入密封油濾油機，同時進一步查找密封油水含量超標原因。

某核電站氫氣濕度升高檢查處理實例

2009年 8月4日 19：09二號機組主控操縱員巡盤發現發電機膛內氫氣濕度2MKA10CM001開始由0.6%上升，最高達到26% 。經過檢查，初步確定是發電機定子冷卻水漏向氫氣側。

二號機組發電機停機后，降低定子冷卻水壓力，使發動機內氫氣壓力高于定子冷卻水壓力0.2MPa，在發電機氫氣補集器內發現氣泡，經過取樣確認氣泡為氫氣；確定定子冷卻水系統存在漏點。

3.結束語

本文列舉了氫冷系統的幾種典型故障情況，氫氣泄漏變大、氫氣濕度 升高、氫氣純度下降，對于查找故障原因指出了方向，對故障的處理進行了總結。實際工作過程中，氫冷系統的故障類型可能千變萬化，故障原因也可能多種多樣，這就要求運行人員能夠理清頭緒及時查找故障原因，保證機組安全運行。運行人員要勤學善思，不斷開拓視野，以過硬的理論知識來保障機組安全運行。

參考文獻：

[1] 某核電站汽輪發電機漏氫處理應急預案ATO-0-MKAOO-001

[2] 某核電站發電機氫冷系統運行規程SOP-1-MKGOO-001

[3] 華東六省一市電機工程（電力）學會.600MW電氣設備及其系統 [M].北京：中國電力出版社，1999

[4] JB-T6227-2005中華人民共和國機械行業標準一氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定

[5] DL/T651-1998中華人民共和國電力行業標準一氫冷發電機氫氣濕度的技術要求