淺談影響發電機氫氣純度的因素

郭立澤 孫利娟

【摘 要】本文介紹了影響發電機氫氣純度的因素，分析了氫冷發電機氫氣純度降低的原因，對氫氣純度降低對發電機的危害進行了分析。

【關鍵詞】氫氣;純度;密封油

我廠汽輪發電機均為上海電機廠生產的QFSN-330-2型發電機，此類發電機采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水冷卻，定子鐵芯為氫氣冷卻，轉子繞組為氫氣內部冷卻。發電機總裝氣體容量68.8立方米，內部氫氣正常運行壓力0.28--0.32MPa。機組配備了發電機氫、油、水系統。氫系統用于冷卻發電機轉子繞組及定子鐵芯，定子冷卻水系統用于冷卻發電機定子繞組，密封油系統是為了防止外界空氣進入發電機內部及阻止發電機內氫氣逸出，這樣可以保證發電機內氫氣具有一定的純度和壓力。密封油系統采用雙流環流式油密封，將供油系統分為空氣側和氫氣側兩路分開的密封油系統，使氫側油與空側油的串流降至最低限度。在軸承回油及空側密封油和公用的回油管道上，設有U型氣封管，以防止氫氣混入汽輪機潤滑油中。

氫氣作為一種極易爆炸的危險品，如果氫氣中含氧量大于3%，遇火立即爆炸，而發電機在運轉過程中可能出現定、轉子放電現象，就是說，發電機內內氫氣純度的降低將存在氫爆的可能;發電機氫氣純度降低，可能造成發電機繞組絕緣下降，嚴重威脅發電機的安全，同時，還是造成發電機護環存在著氫致裂紋的主要原因;同時發電機氫氣純度降低將影響冷卻效果，直接與發電機效率有關，氫氣純度每下降1%，通風損耗及轉子摩擦損耗將增加11%，正常運行時廠家要求氫氣純度在95%--98%之間，我廠規定氫氣純度>96%。所以運行中必須嚴格監視，及時調整，確保純度合格。

機組正常運行時影響發電機氫氣純度的主要因素主要有以下幾個方面：發電機氣體置換時，排死角不徹底;若有CO2瓶接入氫系統時，誤開相關閥門;

發電機氫氣冷卻器泄漏;測量儀表出現問題;氫站所制氫氣品質差;發電機密封油系統運行不正常。

針對以上幾種原因，為防止發電機氫氣純度降低，我們在生產運行中應從以下幾個方面入手，保證發電機氫氣純度在規定范圍內。

1、發電機進行氣體置換時，嚴格按照規程規定，在電機內氫氣純度大于96%后進行了全面排放死角2分鐘，然后再進行升壓，基本可以排除發電機氣體置換時排死角不徹底的問題;

2、檢查無CO2瓶接入發電機氫氣系統，發電機經CO2置換后及時將CO2瓶與氫氣系統隔離;

3、正常情況下，發電機內氫氣壓力略高于發電機氫氣冷卻器內冷卻水的壓力，但在特殊工況下，如循環水泵切換過程中，兩臺泵并列運行時，冷卻水壓力可能會短時高于發電機氫氣壓力，若氫氣冷卻器有泄漏，就會造成發電機內進水。同樣，定子冷卻水系統也可能因同樣原因造成冷卻水進入發電機內部。因此，任何時刻必須保證發電機內部氫壓高于水壓，發現水壓高于氫氣壓力時立即采取措施;注意防止定冷水系統滿水。

4、同時對比DCS畫面上氣體純度與就地氫氣純度檢測裝置，再結合人工取樣測量，故基本可以判斷是否測量儀表故障的情況。

5、氫站所制氫氣品質差，通過補排氫則無法提高氫氣純度，若發生發電機氫氣純度低，通過補排氫長時間無法使氫氣純度提高，則應考慮氫站制氫原因;

6、發電機密封油系統運行情況，是影響發電機氫氣純度的一個重要因素。本廠機組采用雙流環式密封油系統，流向密封環將起密封作用的油流分為空側和氫側兩股。空側油從密封環出來后流向空側回油箱與5、6瓦回油混合，一部分進入空側油泵，另一部分進入主機油系統;氫側油從密封環出來后經消泡箱回到氫側回油箱，空側油為主密封油，通過主差壓閥調節使油壓始終保持高于機內氫壓55-97KPa，便可防止氫氣從發電機內逸出，我廠規程規定值為80～85KPa范圍內。主差壓調節閥失靈、卡澀，空側密封油泵出力不足，或空側密封油泵出口安全門內漏，都會使空側密封油壓無法調高，造成油-氫差壓偏低，從而影響發電機內氫氣純度與壓力;氫側密封油始終跟蹤空側油而達到平衡，運行時通過平衡閥維持空氫側密封油壓差±490Pa范圍內。如果這兩股油在密封瓦和轉軸的交匯處壓力相同的話，則這兩股油不會交換，帶有空氣的空側油不會進入發電機而污染機內的氫氣，帶有氫氣的密封油也不會流向發電機外而引起氫氣泄漏量過大。密封油系統正常運行中氫側回油箱的補、排油閥是關閉的，氫側密封油處于一個靜態平衡（相對）當中，若氫側回油箱的補、排油閥調整不當，補、排油閥都有開度或補、排油過于頻繁，則氫側回油箱處于動態平衡之中，這也是造成空-氫側密封油互相串油的重要因素。

另外，氫側密封油直接與發電機內氫氣接觸，其含水量越大，密封油油溫越高，其內部水份與油分子越容易擴散到氫氣中，從而影響發電機內氫氣純度，因此維持密封較低含水量，控制密封油溫度處于規定范圍的較低水平，也是保證發電機內氫氣純度的重要環節。

結語

總之，化驗人員每月都會定期對密封油進行油質化驗監督，但并未對油中氣體含量進行化驗監督，無法確定油中含氣量是否合格。若密封油中含氣量較多則會直接影響氫氣的純度，因此個人認為此因素是影響氫氣純度的重要因素。

參考文獻：

[1]莫宗寶，徐超，龍瀟.氫冷發電機氫氣濕度超標的原因分析[J].電站輔機，2011（2）.

[2]郭志海.密封油系統異常運行情況的分析及處理[J].電力安全技術，2011（5）.

[3]張麗萍，汪斌.提高氫冷發電機氣密性試驗真實性的探討[A].2007云南電力技術論壇論文集[C].2007.

（作者單位：1 內蒙古京科發電有限公司;2 內蒙古錫林郭勒盟西烏旗工業和信息化局）