氢冷发电机组氢气湿度超标问题的分析及治理

氢冷发电机组氢气湿度超标问题的分析及治理氢冷发电机的氢气湿度超标问题由来已久，但多数情况下未对发电机即时造成明显的破坏，所以并未引起发电企业的重视。但是如果氢冷发电机的氢气湿度超标，必将对发电机内部部件产生不良影响，甚至威胁发电机的安全运行。在国家电力公司制定的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中明确提出要“严格控制氢冷发电机氢气的湿度在规程允许的范围内，并做好氢气湿度的控制措施”氢气湿度超标的危害，根据DL／T651－1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》的规定，运行中发电机内的氢气湿度应在－25～0℃露点温度。为防止发电机电气绝缘因机内过于干燥而开裂，发电机内的氢气湿度不应低于－25℃露点温度；但氢气湿度超标通常是指运行中发电机内的氢气湿度超过0℃露点温度。氢气湿度超标对发电机的危害主要表现在2方面。1．1破坏发电机绝缘氢气在氢冷发电机中主要是起冷却作用。作为冷却介质，时刻与发电机的定子绕组的电气绝缘发生接触。氢气湿度过高会降低发电机内部的定子绕组线棒绝缘性能，长期在氢气湿度超标工况下运行的发电机组，可能因为绝缘性能的降低使内部产生局部放电，从而破坏电气绝缘，导致单相或相间短路事故，危及发电机的安全。虽然目前还没有确切的证据表明某台发电机的定子接地或相间短路故障与氢气湿度超标存在直接的因果关系，但可以发现部分发生了定子接地或相间短路故障的氢冷发电机确实长年运行在氢气湿度不合格的工况下。1．2对金属构件产生腐蚀有资料表明，氢气湿度超标是金属50Mn18Cr4Wn材质的发电机护环产生应力腐蚀的主要诱因。据有关报道，大同二厂＃5发电机（水—氢—氢，200MW）曾因氢气干燥器停运使发电机内的氢气湿度长期严重超标（露点温度20℃以上），最终造成发电机护环产生多处应力腐蚀裂纹，被迫全部更换护环。目前还没有发现其它材质的金属部件由于氢气湿度超标导致腐蚀裂纹的证据，但长期工作在潮湿与高温环境下的金属部件的寿命可能会比正常状态下的金属短一些。2001年，河北省电力公司对河北南网氢冷发电机组氢气湿度超标问题进行了调研。共调研了6台300MW机组，12台200MW机组和2台50MW机组，结果表明6台300MW机组和7台200MW机组氢气湿度合格，5台200MW机组和2台50MW机组不合格，且超标严重。由此可以看出，河北南网运行的氢冷发电机组仍然存在较为严重的氢气湿度超标问题，为确保发电机组安全运行和电网可靠供电，有必要对网内运行的氢冷发电机组氢气湿度超标问题进行分析并开展大规模治理。分析氢冷发电机中氢气运行的每个环节，认为可能造成发电机内部氢气湿度超标的环节有2部分。a．氢气气源本身不合格如氢站内的氢气湿度过高，或由氢站到发电机的氢气管路密封不好造成氢气受潮。如某发电厂在氢站内的制氢设备干燥效果不好，又未加装氢气干燥设备，氢气湿度常年高达－11℃露点温度，这样很难保证发电机内部的氢气湿度合格。b．发电机内部存在密封问题，氢气在发电机内部受潮如平衡阀、压差阀的调整存在问题、发电机密封轴瓦间隙较大、氢冷器漏水以及汽轮机轴封漏汽等。为避免发电机内氢气向外泄漏，有的单位将平衡阀、压差阀调整为负压系统，而不考虑密封油可能向发电机内泄漏。因为多数发电机密封油与汽轮机油是一个系统，而对汽轮机油中含水标准的要求，仅为“没有可见水”（GB11120－1989《L－TSA汽轮机油质量标准》），这种油一旦进入发电机，不仅会直接影响发电机的电气绝缘，造成诸如发电机转子匝间短路等电气缺陷，也会给发电机内的氢气带来水分，导致发电机内氢气湿度超标。有些单位的发电机排污口1d竟能排出4～5L以上的污物，可见密封系统极差，无法保证发电机内的氢气不受潮。氢气湿度的治理主要包括2方面：对氢冷发电机的氢气循环回路进行治理，确保在整个回路中尽可能消灭水分的来源；加强对机内氢气的干燥，即使回路中存在受潮点，也能保证机内的氢气合格。1．3加强氢气循环系统密封治理a．加强氢气气源治理依靠先进的过滤等手段来确保氢站内的氢气湿度降到较低的水平，通常要求氢站内氢气湿度td≤－25℃露点温度。b．根据补氢量对氢气循环回路进行密封治理重点加强汽轮机轴封漏汽治理，加强平衡阀、压差阀的调整，既不能发生氢气泄漏，也不能造成密封油大量泄漏进入发电机，致使机内氢气湿度超标。为此应将发电机两侧密封油档更换为微正压型密封油档，阻止密封油向机内渗漏，同时应调整发电机密封瓦间隙到最合理的程度。此外，氢冷器也是回路中密封治理的重点，虽然氢气压力较高可以保证在氢冷器存在泄漏现象时不发生机内进水，但不能绝对避免此时因气水分子交换导致氢气受潮，为此应加强氢冷器的漏水控制。c．尽量降低汽轮机润滑油中含水量考虑到氢气与发电机密封油之间不可能达到绝对的密封隔离，应对密封油进行微水含量监视，过大时应进行滤油处理，这是保证发电机内部氢气湿度不超标的一个重要措施。含水量标准应执行最新颁布的DL／T705－1999运行中氢冷发电机用密封油质量标准的规定，控制在50mg／L以内。1．4加强发电机内部的氢气干燥a．使用效果较好的氢气干燥器尽管任何一种氢气干燥器在运行状态良好时，都能保证氢气循环系统密封良好的发电机内的氢气湿度在合格范围以内，但是考虑到氢气干燥器的运行可靠程度、氢气循环系统密封不好时的除湿效果，以及发电机停机时多数氢气干燥器将退出运行等因素，建议在氢气湿度超标较为严重的发电机上优先选用带有自循环系统的吸附式氢气干燥器，利用其故障率较低、除湿效果较好的特点尽可能提高发电机内氢气的干燥程度。b．如采取以上措施后，发电机内氢气湿度仍无法达标，可考虑在发电机励侧增加1台氢气干燥器。氢气湿度较高时，2台氢气干燥器同时工作，其它时间可1台备用。但应注意的是，干燥器的开孔位置和角度会影响自循环型干燥器的循环效果，为避免造成氢气循环的死区，应请有经验的单位进行专业设计。1．5加强氢气湿度的监测和管理a．加强氢气湿度的监测，可安装在线监测装置。特别是一些调峰电厂和机组，由于发电机启停频繁，机内氢气湿度也处于变化之中，为防止停机时发电机内的氢气湿度超标而失去监控，应考虑安装在线监测装置。b．目前氢气湿度检测和监测装置没有统一的校验仪器和标准，不能保证氢气湿度数据的详实可信。一些单位采用便携式仪器与实验室测量、在线监测装置之间进行互相比较，暂时解决了没有校验仪器的问题，但不能彻底解决校验标准的问题。因此，应对氢气湿度检测和监测装置建立量值传递制度进行探索，定期进行氢气湿度检测仪器的抽检和现场抽检。河北南网通过对氢气湿度超标发电机的治理，取得了明显效果。到目前为止，2001年氢气湿度超标的发电机多数已经合格，部分发电机的氢气湿度指标还达到了令人满意的水平，如治理前某热电厂2台200MW发电机氢气露点值平均为18℃，治理后均已降到－16℃以下。由以上治理效果可知，通过科学分析和各专业协同配合，是能够根除氢冷发电机氢气湿度超标这个顽症的。在彻底消除这一现象后，氢冷发电机的故障率将会进一步下降，这将为提高发电机组等效可用系数和安全经济运行水平起到巨大的作用。