摘 要：对200MW氢冷发电机组氢气湿度超标的危害及原因进行了分析，结合机组运行的实际情况，提出了氢冷发电机氢气湿度的控制方法。通过加强对氢气湿度的关注与调整，可以提高机组运行的可靠性。
关键词：氢冷发电机；氢气湿度；绝缘；腐蚀
氢冷发电机氢气湿度超标对发电机定子、转子线圈绝缘和转子护环的寿命都会带来不利影响。氢气湿度过高不仅危害发电机定子、转子绕组的绝缘强度，而且会使转子护环产生应力腐蚀裂纹；氢气湿度过低可导致对某些部件产生有害的影响，如定子端部垫块的收缩和支撑环的裂纹等。随着电力生产规模的扩大和单机容量的不断提高，氢冷发电机氢气湿度超标问题已经成为发电厂关注的热点问题之一。
大唐长春二热公司现有在役6台国产20万千瓦机组，总装机容量为122万千瓦。发电机的冷却方式均为：定子绕组采用水内冷，转子绕组采用气隙取气斜流式氢气内冷，定、转子铁芯采用氢气表面冷却，整机内部为密闭氢气循环冷却。氢冷发电机的氢气湿度超标问题虽然由来已久，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。《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》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。
1 氢气湿度超标的危害
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，氢气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的绝缘性能。长期在氢气湿度超标工况下运行的发电机组，可能由于绝缘性能的降低使内部产生局部放电，从而破坏电气绝缘，导致单相短路或相间短路事故，威胁发电机的安全。
虽然目前还没有确切的证据表明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对发电机护环产生腐蚀
氢气湿度超标是金属50 Mn18Cr4 Wn材质的发电机护环产生应力腐蚀的主要诱因。据有关资料，某电厂发电机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（露点温度达到20℃以上），最终造成发电机护环产生多处应力腐蚀裂纹，被迫使护环全部更换。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会比正常状态下的金属短一些。
2 原因分析
2.1氢站气源不合格
发电机内氢气湿度的大小与氢站供氢的湿度有直接关系，如果氢站内的氢气湿度过高，或由氢站到发电机之间的氢气管路密封不好造成氢气受潮，势必会对补充到发电机内的氢气湿度造成很大影响，这样就很难保证发电机内部的氢气湿度达标。尤其是在发电机需要大量或者频繁补氢的情况下，更加需要严格控制新鲜氢气的湿度。国家电力行业标准要求供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的允许湿度为：新建、扩建电厂露点温度 td≤-50℃，已建电厂露点温度 td≤-25℃。
2.2发电机内部密封问题
国产200 MW氢冷发电机采用双流环式密封瓦，其密封油系统与汽轮机润滑油系统并非各自独立的系统。如平衡阀、压差阀的调整存在问题，在平衡阀性能欠佳情况下，汽轮机透平油中带水对发电机内氢气的湿度也有间接影响。密封油真空泵工作不正常等原因造成密封油真空箱真空偏低，不能正常排出密封油内气体、水份。
此外，机组轴封压力高或轴加风机工作不正常，使润滑油中带水；密封油进入发电机内；定子水系统泄漏等原因都会导致发电机内氢气湿度超标。密封系统产生极差，密封油可能向发电机内泄漏，而密封油一旦进入发电机，不仅直接影响发电机的电气绝缘，造成发电机转子匝间短路等后果，也会给发电机内的氢气带来水分，导致机内氢气湿度超标。
3 治理措施
根据《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》规定，运行中发电机内的氢气湿度应控制在-25～0℃露点温度。
3.1从源头上解决氢气湿度超标
将供发电机充氢、补氢所使用的新鲜氢气在常压下的湿度控制在允许范围内，应改善制氢站的去湿设备配置，从源头上杜绝氢气湿度不合格问题。根据目前现状，国内许多电厂采用了吸附式分子筛干燥装置，取得了比较满意的效果。
由氢站到发电机之间的氢气管路密封不好也可能造成氢气受潮，因此，还要加强这部分管路的巡视检查以及漏氢监测工作。
3.2确保氢气循环系统密封良好
要确保氢气在发电机内部处于密封环境，应对氢冷发电机的氢气循环回路进行治理，尽可能在整个回路中消灭水分的来源。
一方面，应该重点加强汽轮机轴封漏汽治理，加强平衡阀、压差阀的调整，防止发生氢气泄漏，也阻止密封油大量泄漏进入发电机，致使机内氢气湿度超标。可以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，氢气冷却器也是氢气循环系统密封治理的重点。氢气压力提高可以保证在氢气冷却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发电机氢气受潮，为此应加强氢气冷却器的漏水控制。公司每台机组均采用4台氢冷器，冷却氢气量为73m3。
另一方面，要尽量降低汽轮机润滑油中含水量。由于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，含水量过大时应进行必要的滤油处理。
3.3使用效果良好的氢气干燥器
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，应该采用故障率较低、除湿效果较好的带有自循环系统的吸附式氢气干燥器，以尽可能提高发电机内氢气的干燥程度。
目前公司采用的氢气干燥器为天津净化设备厂生产的QGZ-3型，吸附材料为硅胶、分子筛，干燥后机内露点为-5℃～-25℃。该干燥器可以连续运行，并进行自动切换，即设二只干燥器，一只干燥器工作的同时，另一只干燥器进行再生，以自动方式切换阀门，进行交替工作，实现连续供气的目的。从目前来看，该干燥器的效果还是令人满意的。
3.4加强氢气湿度的在线监测
加强氢气湿度的监测，应安装在线监测装置。对于单机容量偏小，发电机启停频繁，发电机内的氢气湿度也不断变化。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。公司已经在各台机组安装了氢气湿度在线监测装置，并将数据传输到DCS画面中，以便运行人员随时监控。
然而，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。如果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，可以暂时解决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。
4 结论
氢冷发电机氢气湿度超标对机组的危害是一个缓慢的过程。因此，总结经验、巩固成果，长抓不懈尤为重要。氢冷发电机氢气湿度超标的治理是一项跨专业的综合性工程，牵涉面广，必须统一部署，调动各相关专业人员的积极性，密切配合，共同攻关方能奏效。也可以把氢气湿度列为重要的运行指标进行动态考核，以切实提高发电机运行的安全性和经济性，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。
作者简介：
贾千峰（1973-），男，工程师，从事火电厂电气运行管理工作。
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