摘要：發(fā)電機在運行中，發(fā)電機氫氣濕度是一項重要的監測指標，氫氣濕度是否在規定范圍內直接影響著(zhù)機組的安全運行。過(guò)于干燥的環(huán)境會(huì )對發(fā)電機定子的某些部件產(chǎn)生有害的影響，造成端部墊塊收縮和支撐環(huán)裂紋，將導致定子端部絕緣發(fā)生磨損。濕度過(guò)高，水汽在氫氣溫度過(guò)低時(shí)會(huì )產(chǎn)生結露，降低發(fā)電機絕緣，可能進(jìn)一步造成發(fā)電機故障。氫氣濕度的變化與密封油、除濕裝置等系統的運行質(zhì)量息息相關(guān)，因此對氫氣濕度的控制也主要從上述系統著(zhù)手。

   關(guān)鍵詞：氫氣；濕度；密封油；除濕裝置

   1 概述

    三河發(fā)電有限責任公司二期兩臺發(fā)電機為東方電機股份有限公司制造的QFSN-300-2-20B型三相、二極、隱極式轉子同步發(fā)電機，冷卻方式為水—氫—氫。定子繞組的冷卻水由水冷泵強制循環(huán)，進(jìn)出水匯流管分別裝在機座內的勵端和汽端，并通過(guò)水冷器進(jìn)行冷卻，氫氣則利用裝在轉子兩端的軸流式風(fēng)扇進(jìn)行強制循環(huán)，并通過(guò)發(fā)電機兩端氫冷器進(jìn)行冷卻，在機內密閉循環(huán)。發(fā)電機端蓋內裝有單流環(huán)式油密封，以防止氫氣從發(fā)電機內逸出。

    運行初期，發(fā)電機氫氣濕度變化較大，由于氫氣濕度超標，將降低發(fā)電機絕緣水平，使發(fā)電機定子絕緣薄弱處發(fā)生相間短路事故；降低發(fā)電機轉子絕緣水平，嚴重的匝間短路可導致軸振和機組磁化；使發(fā)電機轉子護環(huán)產(chǎn)生應力腐蝕裂紋，縮短發(fā)電機的壽命。經(jīng)過(guò)對系統的檢查、分析、處理，目前已經(jīng)基本掌握了對氫氣濕度變化大的控制調整方法。

    2 引起發(fā)電機氫氣濕度變化大的因素分析

    針對發(fā)電機氫氣濕度變化大的問(wèn)題，對發(fā)電機內冷水系統、氫冷器、密封油系統、排補氫系統、氫氣除濕裝置可能對氫氣濕度產(chǎn)生的影響，進(jìn)行了分析檢查。

    2.1 內冷水系統、氫冷器系統

    發(fā)電機的定子繞組采用水冷方式。發(fā)電機額定氫壓為0.25MPa，為避免運行過(guò)程中繞組或冷卻水連接管等部位發(fā)生泄漏而使內冷水進(jìn)入發(fā)電機，根據廠(chǎng)家設備說(shuō)明書(shū)和公司的集控運行規程的規定，機內氫壓必須大于內冷水壓力0.03MPa以上，氫氣壓力降至0.23 MPa時(shí)補氫。從實(shí)際運行情況看，內冷水壓力始終維持在0.19~0.20MPa，在進(jìn)行定冷泵切換時(shí)定冷水壓力升高；另外，由于采用人工補氫，在機內氫壓降低時(shí)，有時(shí)會(huì )因補氫不及時(shí)，使氫壓略低于0.23 MPa，都會(huì )使機內氫壓與內冷水的壓差接近甚至小于0.03MPa。

    在對發(fā)電機油水檢測器進(jìn)行排污時(shí)，并未發(fā)現有水流出。說(shuō)明內冷水系統雖然存在偏離規定值運行的現象，但該系統并不是影響發(fā)電機內氫氣濕度變化的因素。

    內冷水運行時(shí)，維持水溫高于機內氫氣溫度。

    發(fā)電機氫冷器運行中，保持氫側壓力高于水側壓力，在冷卻水進(jìn)口管路上設有壓力控制閥門(mén)，以確保水壓低于氫壓。

   2.2 密封油系統

    該發(fā)電機安裝了單流環(huán)式密封油系統，其補油來(lái)自汽輪機潤滑油系統。

   密封油系統由真空裝置（包括真空油箱、真空泵組和再循環(huán)油泵）、密封油泵、油氫差壓調節閥、擴大槽、浮子油箱以及空氣抽出槽等設備組成。其中氫側（以密封瓦為界，靠近氫氣側為氫側，另一側為空側）密封油回油經(jīng)過(guò)擴大槽、浮子油箱進(jìn)入空氣抽出槽，匯合空側密封油回油后進(jìn)入潤滑油回油系統，返回至汽機主油箱?？諅让芊庥突赜椭苯舆M(jìn)入空氣抽出槽。如圖1所示。
         
                     
                                           圖1  密封油系統簡(jiǎn)圖

  2.2.1 油氫差壓

    機組正常運行中，依靠油氫差壓調節閥自動(dòng)跟蹤發(fā)電機內氫氣壓力的變化，維持油氫差壓在0.05±0.02 MPa范圍內。從實(shí)際運行情況看，該差壓調節閥調節特性良好。在對油水檢測器進(jìn)行排污時(shí)，發(fā)現有少量油流出，但數量很小。

    2.2.2 密封油系統真空裝置

    密封油系統的來(lái)油為汽輪機的潤滑油。

    正常運行時(shí)，潤滑油不斷地補充到真空油箱中，通過(guò)真空泵組的連續工作，使真空油箱維持一定的真空，潤滑油中含有的空氣和水份（水蒸氣）在真空油箱中被分離出來(lái)，通過(guò)真空泵和真空管路被排至廠(chǎng)房外，從而使進(jìn)入密封瓦的油得以?xún)艋?，防止空氣和水分對發(fā)電機內的氫氣造成污染。

    通過(guò)再循環(huán)油泵的運行，使真空油箱中的油形成一個(gè)局部循環(huán)回路，從而使油得到更好的凈化。

    為了加速空氣和水份從油中釋放，真空油箱內部設置有多個(gè)噴頭，補充進(jìn)入真空油箱的油通過(guò)補油管端的噴頭，再循環(huán)油通過(guò)再循環(huán)管端的噴頭而被擴散，加速空氣、水份（水蒸氣）從油中分離。

    因此，必須保證密封油真空裝置處于正常的工作狀態(tài)，否則不利于密封油中的空氣和水份（水蒸氣）的擴散分離，進(jìn)而在運行過(guò)程中進(jìn)入氫氣內，最終影響發(fā)電機氫氣濕度。

     2.2.3密封油質(zhì)量

    由于發(fā)電機氫氣與氫側密封油直接接觸，因此密封油的含水量大小，將直接影響發(fā)電機內氫氣的濕度。

    發(fā)電機密封油油源來(lái)自汽輪機潤滑油。

    從實(shí)際運行情況看，由于汽輪機軸封系統運行質(zhì)量較差，汽缸兩端汽封處有蒸汽漏出，串入軸瓦中，造成油中積水，返回至主油箱。

    主油箱濾油機工作效果不好，造成潤滑油含水量大。

    主油箱排煙風(fēng)機運行時(shí)，曾發(fā)現風(fēng)機外殼積水，外殼處積水無(wú)法及時(shí)排出，又倒流回主油箱，使排煙風(fēng)機效果降低甚至消失。針對該問(wèn)題，已在風(fēng)機外殼底部加裝疏水管進(jìn)行處理。

    潤滑油冷卻器運行時(shí)油側壓力高于水側壓力，備用冷卻器冷卻水出入口門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，放水門(mén)開(kāi)啟。因此可以基本排除冷卻器對油鐘水分的影響。

    含水量大的潤滑油補油至密封油后，不但增加了密封油真空裝置的運行負擔，降低了除水效果，使密封油含水量增大。

     密封油系統空氣抽出槽安裝有兩臺排煙風(fēng)機，維持抽出槽適當的負壓。運行中，排煙風(fēng)機前部的分離裝置內會(huì )有有水析出，因此需要及時(shí)將水排出，以降低油中的水含量。實(shí)際運行早期，未能意識到該問(wèn)題，也是間接影響氫氣濕度的因素之一。目前，已安排定期進(jìn)行手動(dòng)排水。

    2.3 發(fā)電機排補氫系統

    發(fā)電機排補氫系統如圖2所示。

    由于制氫站的取消，發(fā)電機補氫氣源采用氫罐，因此罐內氫氣的質(zhì)量將直接影響補氫后發(fā)電機內氫氣的濕度。

    如圖2所示，在發(fā)電機補氫管上裝有吸附式氫氣干燥器，裝有0.1m3(約70Kg )硅膠，同時(shí)干燥器內裝有濾網(wǎng)，具有過(guò)濾、擴容疏水（液）的功能，可以對補充進(jìn)入發(fā)電機的氫氣進(jìn)行干燥處理，以確保進(jìn)入發(fā)電機的氫氣濕度合格。因此應定期對干燥器內干燥劑進(jìn)行檢查、再生（烘焙干燥）或更換，以保證干燥效果。干燥器底部安裝有排污閥門(mén)，以對可能存在的水分進(jìn)行定期排放。

    如干燥器內硅膠失效或未能進(jìn)行定期排污，都將影響發(fā)電機內氫氣濕度。同時(shí)應保證干燥器旁路門(mén)關(guān)閉嚴密。
    
                  
                                    圖2  發(fā)電機氫氣系統簡(jiǎn)圖

    2.4 發(fā)電機氫氣除濕裝置

   發(fā)電機氫氣除濕裝置如圖3所示。
            
                      
                               圖3 發(fā)電機氫氣除濕裝置簡(jiǎn)圖

    發(fā)電機安裝XFG-1F型氫氣干燥器，用以清除發(fā)電機氫氣內的水分。在吸附式干燥器前布置油分離器，機組正常運行時(shí)循環(huán)風(fēng)機停運，旁路門(mén)開(kāi)啟，發(fā)電機內氫氣在轉子兩端風(fēng)扇的作用下，順序經(jīng)過(guò)循環(huán)風(fēng)機旁路、除濕裝置入口濕度計、油分離器、吸附式干燥器、除濕裝置出口濕度計，最后返回至發(fā)電機內。

    在油分離器內將氫氣中的油分分離后，進(jìn)入吸附式干燥器內，利用活性氧化鋁作為干燥劑，當活性氧化鋁吸收水分達到飽和后，程序自動(dòng)將其轉為再生狀態(tài)，通過(guò)加熱使氧化鋁束縛的水分汽化，再通過(guò)一股氫氣將釋放出的水分帶走，最后經(jīng)過(guò)冷卻，將帶出的水分冷卻為冷凝水，由疏水門(mén)排出。

    循環(huán)風(fēng)機的旁路門(mén)在運行中控制著(zhù)經(jīng)過(guò)除濕裝置的氫氣流量，對于控制氫氣的濕度起著(zhù)至關(guān)重要的作用，通過(guò)實(shí)際操作，運行中通過(guò)調整循環(huán)風(fēng)機的旁路門(mén)可以將氫氣濕度控制在要求的范圍內(-5 ~15)。同時(shí)，再生后的冷凝水需要及時(shí)排出，否則將影響再生效果，進(jìn)而影響整個(gè)干燥器的干燥效果。

    3 影響發(fā)電機氫氣濕度變化大的原因總結

    通過(guò)上述分析，可以發(fā)現，影響發(fā)電機濕度主要原因如下：

    （1）密封油含水量大；

    （2）系統各部位的水分無(wú)法及時(shí)排出；

   （3）氫氣除濕裝置循環(huán)風(fēng)機旁路門(mén)開(kāi)度不合適。

    4 結語(yǔ)

    （1）進(jìn)行系統的分析，考慮通過(guò)軸端汽封間隙調整、軸封系統管路改造、合理調整軸封壓力和軸封供回汽門(mén)開(kāi)度等手段，提高軸封系統系統運行質(zhì)量，盡量減少和消除軸封漏汽。

    （2）加強對汽輪機潤滑油的油質(zhì)監督，提高濾油機的維護質(zhì)量，保證其濾水效果。定期對主油箱底部進(jìn)行排污，同時(shí)視油位情況，補充合格潤滑油。保證主油箱排煙風(fēng)機和空氣抽出槽排煙風(fēng)機的正常運行，維持適當的負壓。保證主油箱排煙風(fēng)機、空氣抽出槽排煙風(fēng)機、除濕裝置干燥器等部位的水分及時(shí)排出。

    （3）加強密封油系統真空設備的運行維護，保證設備運行正常，確保密封油系統真空油箱、再循環(huán)泵運行時(shí)清除油中水分的效果。

    （4）視氫氣濕度的變化情況，及時(shí)合理調整循環(huán)風(fēng)機旁路門(mén)開(kāi)度，維持氫氣濕度在規定范圍內。

   參考文獻：

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   男，河北三河人，專(zhuān)科，助理工程師，現就職于三河發(fā)電有限責任公司，主要從事電廠(chǎng)集控運行。

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   男，河北遷安人，專(zhuān)科，助理工程師，現就職于三河發(fā)電有限責任公司，主要從事電廠(chǎng)安全經(jīng)濟運行工作。

   孟森林（1974-）

    男， 河北廊坊人，本科，助理工程師，現就職于三河發(fā)電有限責任公司，主要從事電廠(chǎng)集控運行工作。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十二期