氢气纯度、湿度不合格以及机内进油的危害

0 前言 目前，我国加入电网运行的 300MW 及以上大型汽轮发电机已有近 200 台， 这些机组已成为我国电网的主力机组。其冷却方式绝大部分为水－氢－氢（即 定子线圈水内冷，转子绕组定子铁芯及构件表面氢冷却），简称氢冷发电机。 它们具有效率高，冷却效果好，安全可靠等优势。采用氢气冷却的发电机在运 行和备用期间，发电机内腔充压 0．3MPa，氢气与大气之间采用密封油系统隔绝。由于油氢之间的直接接 触，若运行维护和控制不当，极易造成发电机进油，以及氢气纯度、湿度不合 格，给大型发电机的安全稳定可靠运行带来潜在的危害。 1 氢气纯度、湿度不合格以及机内进油的危害 氢气纯度不合格，将导致冷却效率降低，造成机内构件局部过热，同时有 害气体的存在还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀。 氢气湿度过大，对发电机定子绝缘的影响更大，一是水分在运行中蒸发为 水蒸汽，使微细击穿点之间氢气介质导电率升高。二是水汽吸附在绝缘层上， 侵入绝缘内部的水将造成内部导体与外部绝缘表面电位相等，成为等电位体， 威胁发电机定子绝缘，诱发发电机绝缘事故。油进入发电机内，将直接导致发 电机绝缘腐蚀、老化，若油中含水量超标，油中水分蒸发，则导致与氢气湿度 过大的同样后果。此外，油进入发电机，如果未及时排出，油在机内蒸发产生 油烟蒸汽，其危害也是十分可怕的。 所以，潮湿环境对大型发电机的运行是十分不利的。它将对发电机护环产 生腐蚀作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使机内构件产生表面凝露，使转子 护环受产生附加应力而导致裂纹等危害。近几年来，因为氢气纯度不合格，氢 气湿度过大和机内进油，已造成多次大型发电机绝缘损坏事故。原电力部相继 于 1996 年和 1998 年先后发文，对大型发电机运行中的氢气纯度、湿度和防止 机内进油作了规定。但由于这些异常运行方式带来的是“慢性病”，加之管理方 面的疏忽，这些带普遍性的问题，依然不同程度存在。应当引起高度警觉和重 视，方能防患于未然。把安全工程师站点加入收藏夹 1 1 / 6 6 2 导致大型发电机氢气纯度、湿度不合格和机内进油的原因分析 2．1 监督管理上的忽视是造成大型发电机氢气纯度和湿度不合格的原因之 一。目前，对发电机运行中氢气纯度和湿度虽然有跟班取样分析制度，但还没 有建立监督考核机制，至今未纳入化学监督和绝缘监督的考核范畴，因此，很 难提高紧迫感。以我省某厂 2 台 300 MW 发电机 1999 年 1～12 月份氢纯度、湿 度合格率统计（见表 1）来看，其纯度合格率为 67．5％和 52．5％，而湿度合格率则为 0 和 0．14％。因不属技术监督考核指标，尚未能引起足够的重视。 2．2 氢气干燥装置不够合理。目前 300MW 大型发电机基本都是由转子两 端的风扇随转子旋转产生风压差，在机内形成氢气封闭循环流动，当发电机在 停运备用状态下，机内氢气差压消失，依靠压差进气的氢气干燥器氢气无法流 动，干燥器不能对氢气进行干燥。 2．3 氢气干燥器安装位置不合理，设备存在缺陷，发电机运行中干燥器投 运不正常。 大多数电厂的氢气干燥器设计安装在 0 m 层，由于管路长、管径小、阻力 大、漏氢点多，自动装置不可靠，加之冷凝式氢气干燥器运行2h 后要停 2h 进 行除霜排湿，而设计配套是 1 机 1 台，便形成了停停开开的运行方式。 2．4 发电机密封油中含水超标。由于密封油取自汽轮机润滑油系统，在汽 轮机运行中，由于各方面的原因，造成轴封蒸汽进入轴承油室，凝结成水进入 油中。含有较高水分的油在密封瓦中蒸发进入氢气内。 2．5 发电机启动升负荷或低负荷运行，氢气冷却器冷却水量调整控制不当 或冷却水温过低，流量过大，导致氢温过低产生凝露。内冷水系统机内接头和 氢冷器微细渗漏也可能导致机内氢气湿度增大。（考试大注册安全工程师） 2 2 / 6 6 2．6 发电机油水指示计失效或无远传报警功能，运行值班人员巡视检查维 护不到位，未按规定进行排污排油水，造成油水长期沉积在发电机内蒸发，影 响氢气湿度升高。 2．7 发电机内进油的原因 2．7．1 发电机密封瓦结构不尽合理。目前 300 MW 大型氢冷发电机均采用 双流环式密封瓦，油密封装置置于发电机两端盖内，其作用是通过轴颈与密封 瓦之间的油膜阻止氢气外逸。双流环即密封瓦的氢侧与空侧各自自成独立的循 环油路，通过平衡阀的控制使两路油压维持均衡，限制两路油相互窜流，从而 达到减少氢气外漏。油与空气和氢气之间的隔绝是采用两道迷宫式油档来实现 的，氢侧为了防止油进入发电机内，还有一道迷宫式外油档阻止油进入发电 机。此种结构的密封瓦，要求装配间隙精度相当严，如果制造、安装达不到要 求，间隙过大等，都极易造成密封油进入发电机。 2．7．2 平衡阀或差压阀工作失常。300MW 发电机运行中要求平衡调节阀 调节精度达到 5．1 Pa，要求差压阀具有良好、灵敏的跟踪性能和富余的调节范围。但该 2 阀的装配精度相当高，如果油中含有杂质、水分等，则极易造成2 阀卡涩，工 作失常，我省某厂 2 台 300MW 发电机就因为上述原因，先后多次造成发电机进 油，少则 100 多 kg，多则几百 kg，被迫在大修中采用大量的带电清洗剂对定子 线圈进行清洗。 3 提高氢气纯度、降低氢气湿度的措施 3．1 从氢气质量源头抓起，保证制氢站补向发电机的氢气纯度和湿度达到 要求，干燥器能正常投入，确保进入储氢罐的氢气湿度（用美国CENER－ ALEASTERN 公司产 D－2 型露点仪检测），常压下湿度不大于 2 g／m3，露点≤ －50℃。（考试大注册安全工程师） 3．2 保证发电机冷凝式氢气干燥器正常投运，有条件时应将管道加大至50 mm 以上，并尽可能缩短管道长度，减少弯曲，减少管路阻力。最好每台机组 安装 2 台干燥器，互为联动备用，在机组运行时，始终有1 台干燥器随机运 行。 3 3 / 6 6 3．3 制氢站的储氢罐最好划分成常用罐和备用罐分组运行。常用罐做正常 补氢用，每天排污放水 1 次，备用罐供紧急情况下使用，每 3 d 排污放水 1 次， 在向补氢系统供氢前应测试氢气湿度、纯度达到标准。 3．4 对补氢系统进行必要的完善，在机前补氢管道、输氢管道最低点适当 增加排污放水点，在向发电机补氢前，先进行输氢母管的排污放水，并测定母 管氢气纯度、湿度合格才能向发电机内补氢。 3．5 防止密封油带水。关键是要使轴封系统经常处于最佳状态下运行，既 要保持汽轮机真空不受影响，又要不让轴封蒸汽进入油中。检修时，轴封间隙 必须调整合理。油净化装置要通过摸索规律，制订定期投运的周期，确保油中 含水量不大于 500 mg／L。排油烟（油汽）系统要正确合理，根据机组的特点， 轴承室内保持一定的微负压。此外，轴封进汽自动调整装置要正常投入运行， 并保证其在工况变化时，具有良好的跟踪性能。每当发生较大的变工况，如机 组启动、停运过程或较大幅度变负荷时，运行人员都必须及时调整轴封进汽压 力。机组运行中要经常监视各回油窥视窗有无水珠和汽雾。每天取油样对油中 含水情况进行分析，当油中含水超标时，应对油箱进行放水排污并投入润滑油 净化装置运行。 3．6 切实控制好发电机的运行风温和水温，一般进风温度