發電機氫氣純度不合格的原因分析及處理方法

劉汶軒

【摘 要】隨著經濟的快速發展，人們用電量增加，在很大程度上促進了電力行業發展。發電機作為電廠的重要設備，其在長時間運行過程中，容易發熱，因此，需要借助氫氣冷卻器來達到降溫的作用，以保證發電機安全、穩定運行。但是，在發電機運行過程中，許多因素會影響氫氣純度，進而影響冷卻器降溫效率。文章將從密封油系統的工作原因原理入手，對影響發電機氫氣純度的因素進行分析，并進一步對發電機氫氣純度不合格的原因和處理方法進行闡述。

【關鍵詞】發電機；氫氣純度；不合格；原因；處理方法

在經濟發展的刺激下，電力消費水平促進了電力行業的發展。發電機是電站的重要操作裝置，長時間運行會散發大量熱量。氫氣冷卻器可以冷卻發電機，進而使發電機穩定運行。因此，加強對氫氣純度研究，有利于保證冷卻器高效工作。進而保障發電機安全穩定運行。文章將對國產600MW機組氫氣不合格的原因進行分析，其主要表現為發電機運行時含氧量上升且超標，提出相關的處理方法，以期消除發電機氫氣純度不合格帶來的安全隱患，保證發電機高效運行。

一、密封油系統的工作原理

為了避免端軸發生氫氣泄露等問題，發電機內兩端設置了油密封裝置，通過油密封裝置的供油和控制裝置提供密封油和推力油，使其作用于密封瓦。而且由于密封油系統具有壓差閥，所以可以通過其對密封油壓進行調整，這樣在密封瓦和轉子軸頸之間的間隙處，則會在密封油的作用下，形成一定的密封油流，以維持機內的氫氣，將外界的空氣與機內的氫氣有效的隔絕開來。

通過密封油泵向密封瓦中供應空、氫側密封，所以，在發電機組運行穩定時，要有效確保氧側密封油箱內的油位處于穩定狀態，不需要對其進行排油和補油操作。這主要是由于處于密封瓦中的空、氫側油壓并不一定能夠做到絕對平衡，在這種情況下，空氣一側和氫氣一側的油會出現竄流等現象，再加上外部因素的影響，氫氣一側密封油箱油位置會發生一定的變化。而一旦油位發生變化，當處于上升時，則系統則會將補油閥自動關閉，而將排油浮球閥開啟，這樣氫側多余的密封油則會通過油管流至空側密封油尖處，而在油位下降時，則會通過開啟補油浮球閥和關閉排油閥而確保氫側密封油箱的油位處于正常水平。

二、影響發電機氫氣純度的因素

由于發生器墻漆純度變化，泄露的可能性較低。由于氫氣壓力大于大氣壓力，當發電機處于關閉狀態時，發電機管和氫氣發聲器管操作過程中，沒有辦法將外部空氣泄露到發電機內，并且壓縮空氣不能進入發電機，其純度發生變化。首先，在測量氫氣純度時，如果測量結果存在誤差，則氫氣純度的精度將受到影響；當氫氣質量不合格時，氫氣的純度也受到影響。一旦發生器的氫氣溫度過大，氫氣的純度就會降低。當空氣和氫氣側密封油被密封并引導時，也會影響氫氣的純度，因為，油壓差不平衡或其他缺陷，在不同或密封的間隙中，這種情況容易導致溢油，從而影響氫的純度。

影響氫純度的因素有以下幾個方面：第一，氫氣純度測量存在誤差，測量結果不準確；第二，新氫氣質量不合格；第三，氫氣濕度過大；第四，密封油系統存在故障，由于油氫差壓閥動作不良、浮子油箱浮球閥故障、密封瓦損壞等種原因導致發電機進油，致使氫氣受到污染；第五，密封油含水等其他雜質成分超標，從密封瓦處與氫氣接觸，污染發電機內氫氣。

三、發電機系統存在的問題

在發電機密封油系統中，壓差閥的作用是密封瓦空側密封油壓跟蹤氫壓，氫壓信號取自發電機機內氫壓，壓差閥的空側密封油壓信號取自汽端密封瓦空側密封油與勵端密封瓦空側密封油母管油壓，即汽、勵兩端密封瓦空側密封油的母管平衡后油壓。平衡閥的作用是密封瓦氫側密封油壓跟蹤空側油壓。當發電機組運行時間較長后，密封瓦徑向間隙會隨各種因素變化而發生改變，導致汽、勵端空側密封油油壓存在一定的偏差，破壞密封瓦中空、氫側油壓的平衡，導致密封瓦內空、氫側串油量增加，氫側密封油箱補排油頻繁，機內氫氣純度下降。

發電機氫氣純度是決定機組安全的重要指標之一，如果氫氣純度下降至爆炸范圍內，在一定條件下會引起發電機內氫氣爆炸。據相關資料介紹，發電機氫氣純度每降低1%，通風摩擦損耗約增加11%。氫氣純度的不合格不但會降低冷卻效率，在長時間的損耗下，發電機內部構件局部過熱和發電機效率也會降低。另外，由于空氣中的含有氮氣等有害氣體，還會造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕。此外，油進入發電機，如果未及時排出，油在發電機內蒸發，產生油煙蒸汽也會形成很大的危害。

四、發電機氫純度不合格的原因分析

（一）密封瓦空、氫側竄油 密封油箱長期補油或排油

密封瓦空、氫側竄油，密封油箱長期補油或排油運行，均會使空、氫側密封油兩個獨立循環的系統受到破壞。油具有既溶解于氫氣又溶解于空氣的性質，且隨著油溫、油壓的升高，溶解度不斷增大。根據亨利定律分析，不管是空側密封油通過密封瓦竄至氫側，最后回到主油箱引起的密封油箱排油，還是氫側密封油通過密封瓦竄至空側最后回至主油箱引起密封油箱補油，新油進入密封油箱后，油中的空氣就會從油中釋放出來，經回氫管進入發電機，導致發電機的氫純度下降。由此得出，形成發電機密封瓦空、氫側竄油的原因如下：第一，汽、勵兩側密封瓦空側密封油壓的相互干擾，造成密封瓦空、氫側密封油壓跟蹤不穩定，引起空、氫側密封油相互串油；第二，密封瓦間隙超差引起密封油竄流；第三，空、氫側密封油供油管安裝錯誤；第四，差壓閥和平衡閥工作異常；第五，壓差閥、平衡閥壓力取樣管存在節流，導致壓差閥、平衡閥自動跟蹤異常；第六，氫側油管路供油不足，密封油箱中自動補排油閥故障，造成密封油箱長期補油或排油運行。

（二）氫氣中含有水蒸汽或空氣

發電機密封油含水超標導致水蒸氣進入發電機引起氫氣純度下降。另外，空氣會通過壓縮空氣與氫氣系統連接的閥門進入發電機，由于壓縮空氣的壓力高于的發電機正常運行時的氫氣壓力，如果與氫系統連接的閥門不嚴，將導致空氣進入氫系統。

五、保證發電機氫氣純度采取的措施

（一）現汽、勵側密封瓦密封油獨立循環控制

增設一臺壓差閥，布置在原平衡閥汽側形成對稱布置，原壓差閥命名為勵側壓差閥，新增壓差閥命名為汽側壓差閥，斷開原汽、勵側空側密封油壓之間的連接，汽側壓差閥空側油壓信號取自汽側空側密封油壓，勵側壓差閥油壓信號取自勵側空側密封油油壓。密封油系統改造后，一路通過汽側壓差閥、平衡閥向汽側空側密封瓦供油；另一路通過勵側壓差閥、平衡閥給勵側空側密封瓦供油，改造后密封油系統結構如圖1所示。

（二）提高密封瓦檢修質量標準

第一，控制測量密封瓦徑向間隙。將存在故障的發電機返廠修復，汽側密封瓦軸頸修至218mm左右，勵側密封瓦軸頸修至219mm左右，并重新配密封瓦和徑向瓦，密封瓦徑向間隙控制在0.20～0.25mm；第二，測量密封瓦軸向間隙。分別測出密封瓦寬度和密封外殼體槽寬度，將密封瓦放入殼體中，模擬工作狀態為密封瓦氫側與殼體貼緊，在密封瓦圓周方向分18等分，用塞尺檢查密封瓦空側與殼體間隙小于0.03mm，密封瓦氫側與殼體間隙在0.13～0.18mm，再用紅丹粉檢查密封瓦空側與殼體間的接觸情況，如有缺陷，設法消除。

（三）檢查油路、信號管連接方式

用通壓縮空氣的方法檢驗汽、勵側平衡閥密封油壓力信號表計是否正確，具體操作步驟：第一，將壓力表從汽側向勵側編號為、一號、二號、三號、四號、五號；第二，從汽側空側密封油壓力信號管向壓力表充氣，二號和四號表壓力上漲，確認空側密封油壓力信號管聯絡門為開啟狀態；第三，閉關空側密封油壓力信號管聯通門，重復向內充氣。四號壓力表上漲，得出相關結論，四號為汽側空側密封油壓力表，二號為勵側空側密封油壓力表；第四，分解汽側氫側密封油壓力信號管向壓力表充氣，三號表壓力上漲。得出相關結論，三號表是汽側氫側密封油壓力表，一號表是勵側氫側密封油壓力表；第五，五號表壓力恒定不變，是氫壓壓力表。

用通壓縮空氣的方法檢驗汽側密封瓦空、氫側壓力信號管連接是否正確。用分解汽、勵側密封瓦空、氫供油管法蘭晃動管路的方法檢查，發現汽側空側供油是汽側平衡閥帶的，汽側氫側供油是壓差閥帶的，汽側密封瓦空、氫側供油管和信號管的連接為錯誤接法。因此，在檢驗之后，調換了汽側平衡閥的空、氫側壓力信號管和汽側密封瓦空、氫供油管。目前，密封系統平衡閥、壓差閥跟蹤正常，發電機氫純度已合格。

六、結束語

總而言之，在發電機組運行過程中，由于各種因素影響，發電機氫氣純度會受到影響而不合格，影響氫氣冷卻器的正常運行。因此，在發電機運行過程中，要對氫氣純度不合格的原因進行分析，并排除相關影響因素，有效解決氫氣純度不合格問題，保證發電機穩定運行。

【參考文獻】

[1]熊海軍. 發電機氫氣純度下降原因分析及處理[J]. 軍民兩用技術與產品， 2017（20）.

[2]王煉崗. 發電機氫氣純度下降原因分析及處理[J]. 城市建設理論研究（電子版）， 2017（16）.

[3]遲洋. 發電機氫氣純度下降過快原因分析及處理措施[J]. 中國科技投資， 2016（19）.

[4]姜煉軍. 發電機氫氣純度故障分析[J]. 工業， 2016（7）：00182-00182.

[5]黃林燕. 發電機氫氣純度快速下降的原因查找與處置[J]. 產業與科技論壇， 2017， 16（18）：73-74.

[6]沈玉端. 冷卻發電機氫氣純度偏低的分析與處理研究[J]. 科技創新與應用， 2016（22）：156-156.

[7]吳曾濤. 某火電廠發電機氫氣純度低原因分析[J]. 建筑工程技術與設計， 2016（22）.

[8]王立龍. 發電機氫氣純度降低原因分析與對策[J]. 科技風， 2013（14）：49-49.