王亞龍，劉 楊，2，邢鵬飛，康 杰

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450011;2.華能河南中原燃氣發(fā)電有限公司，河南 駐馬店 463000)

THDF108/53型發(fā)電機氫氣純度下降原因分析及控制方案研究

王亞龍1，劉 楊1，2，邢鵬飛1，康 杰1

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450011;2.華能河南中原燃氣發(fā)電有限公司，河南 駐馬店 463000)

發(fā)電機在運行過程中，氫氣純度下降對機組安全運行造成嚴重威脅。若氫氣純度下降至爆炸極限范圍內(nèi)，可能引起發(fā)電機內(nèi)氫氣爆炸，為電站乃至整個電力系統(tǒng)帶來不可挽回的損失。針對某電站發(fā)電機組運行過程中氫氣純度下降問題進行系統(tǒng)分析，并提出相關(guān)控制措施。實踐表明具有一定的可行性，為今后電站處理氫氣純度問題提供依據(jù)。

發(fā)電機組;氫氣純度;原因分析;控制方案

某電站采用THDF108/53型發(fā)電機組，其冷卻方式為水—氫—氫 (定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，定子鐵芯氫外冷)。發(fā)電機組在運行過程中，發(fā)電機內(nèi)氫氣純度每下降1%，通風(fēng)損耗及轉(zhuǎn)子摩擦損耗將增加11%。為保證機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，發(fā)電機氫氣純度須在95%～98%。電站常通過不斷補、排氫氣等方式嚴格控制發(fā)電機內(nèi)氫氣純度［1］。

1 氫氣系統(tǒng)概況

氫氣系統(tǒng)主要設(shè)備有氫氣控制裝置、氫氣干燥器、漏氫檢測裝置和氫氣冷卻器等。機組正常運行時，充氫裝置供給發(fā)電機氫氣并加壓到0.5 MPa，在發(fā)電機內(nèi)部形成一個閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，即氫氣從發(fā)電機勵磁端經(jīng)轉(zhuǎn)子同軸徑向離心風(fēng)扇加壓后，流過轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯的間隙，再從定子繞組與發(fā)電機外殼之間的間隙回到勵磁端，在發(fā)電機勵磁端的上方布置4組氫氣冷卻裝置，流過冷卻器后的氫氣再次回到離心風(fēng)扇的入口，完成循環(huán)冷卻過程。部分氫氣在離心風(fēng)扇作用下，流入氫氣干燥裝置后回到發(fā)電機，除去氫氣中的水分，如圖1所示。

為防止機內(nèi)氫氣外泄，發(fā)電機采用單流環(huán)式密封油系統(tǒng)進行密封，以確保發(fā)電機組安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行［2］。密封油從密封環(huán)支座上的密封環(huán)室通過環(huán)上的徑向孔和環(huán)形槽注入密封間隙。從密封環(huán)的氫側(cè)和空側(cè)排出的油經(jīng)定子端蓋上的油路返回密封油系統(tǒng)［3］。

在密封油系統(tǒng)中，油經(jīng)過真空處理、冷卻和過濾后返回密封環(huán)，如圖2所示。

圖1 氫氣系統(tǒng)圖

圖2 密封油系統(tǒng)圖

2 氫氣純度下降原因分析

自機組并網(wǎng)運行一段時間后，在DCS上查看氫氣純度曲線呈下降趨勢，氫氣純度由99.3%降到95.8%。查詢相關(guān)設(shè)備和曲線，可能導(dǎo)致發(fā)電機氫氣純度下降原因分析如下。

2.1 氫氣濕度過大

發(fā)電機運行中，若閉式冷卻水調(diào)整不當(dāng)將導(dǎo)致冷氫溫度與定子冷卻水溫度差值小于5℃，氫氣在定子冷卻水管道外壁結(jié)露，造成發(fā)電機內(nèi)氫氣濕度增大［4］;定子冷卻水系統(tǒng)機內(nèi)接頭和氫氣冷卻器細微滲漏也可能導(dǎo)致機內(nèi)氫氣濕度增大。

2.2 密封瓦塊處空氣側(cè)和氫氣側(cè)密封油竄流

正常運行時，密封瓦塊中空氣側(cè)和氫氣側(cè)密封油具有幾乎相同壓力，空氣側(cè)和氫氣側(cè)密封油各自保持相對獨立的狀態(tài)進行循環(huán)流動。發(fā)電機位于軸系3號軸承和4號軸承之間，發(fā)電機和機組軸系6號軸承距離較近。長期運行以來，軸系6號軸承振動較大，間接導(dǎo)致發(fā)電機密封瓦塊處空氣側(cè)和氫氣側(cè)壓力不平衡程度增加。若氫氣側(cè)壓力較大，氫氣側(cè)密封油向空氣側(cè)密封油竄油，導(dǎo)致氫側(cè)密封油箱油位下降，帶有大量空氣的密封油從密封油貯油箱進入氫側(cè)密封油箱，造成密封油系統(tǒng)空氣含量增加。若空氣側(cè)壓力較大，含有大量空氣的油向氫氣側(cè)密封油竄油，將空氣側(cè)密封油內(nèi)所含的空氣帶入發(fā)電機，造成氫氣純度下降。

2.3 密封油真空泵工作不正常

密封油系統(tǒng)中，密封油真空泵作用是抽出密封油真空油箱中空氣、水蒸氣和一些雜質(zhì)，維持密封油真空油箱真空。發(fā)電機密封油真空油箱額定真空為-40 kPa，實際運行時密封油真空油箱真空過低，真空泵出力不足，造成氫氣純度下降。

2.4 氫側(cè)密封油箱或密封油真空油箱浮球閥故障

密封油系統(tǒng)中自動補、排油的浮球閥卡澀，導(dǎo)致浮球閥不能正常開啟或關(guān)閉;或因浮球閥浮球內(nèi)漏后進油，不能正常浮起造成浮球閥不能正常開啟或關(guān)閉［5］。二者都會導(dǎo)致密封油系統(tǒng)自動補、排油功能失常，含有空氣的油進入密封油系統(tǒng)中，引起機內(nèi)氫氣純度下降。

2.5 密封油排煙風(fēng)機工作不正常

密封油系統(tǒng)中，密封油排煙風(fēng)機作用是抽出發(fā)電機軸瓦間和真空泵出口管道中的空氣、水蒸氣和一些雜質(zhì)。如果密封油排煙風(fēng)機工作不正常，密封油系統(tǒng)中空氣含量增加，引起發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降［6］。

2.6 密封油系統(tǒng)差壓閥或流量調(diào)節(jié)閥工作不正常

發(fā)電機正常運行中，通過差壓閥來調(diào)節(jié)密封油和氫氣的壓差在正常范圍內(nèi)。若差壓閥無法調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)閥才動作，保證發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行。如果差壓閥或流量調(diào)節(jié)閥工作不正常，密封油和氫氣壓差失調(diào)，使空氣漏入發(fā)電機內(nèi)，引起氫氣純度下降。

3 氫氣純度控制方案

結(jié)合電站實際運行情況，對影響發(fā)電機組氫氣純度因素分析，造成氫氣純度下降的主要原因為閉式冷卻水溫度過高、軸系6號軸承振動偏大以及密封油真空泵出力不足等，制定解決控制方案如下。

a. 運行升壓水系統(tǒng)，降低閉式冷卻水溫度。發(fā)電機組正常運行時，閉式冷卻水由開式水系統(tǒng)經(jīng)板式換熱器冷卻。開式冷卻水由循環(huán)水系統(tǒng)供應(yīng)，也可由升壓水系統(tǒng)供應(yīng)。正常運行時，開式冷卻水由循環(huán)水系統(tǒng)供應(yīng)。定子冷卻水和氫氣均由閉式冷卻水冷卻。運行升壓水系統(tǒng)，增加開式冷卻水流量，降低閉式冷卻水溫度，使定子冷卻水溫度與冷氫溫度差值≥5 C°，防止氫氣在定子冷卻水管道外壁結(jié)露以降低氫氣純度。

b. 運行頂軸油系統(tǒng)，減小機組軸系6號軸承振動。由于機組軸系6號軸承振動較大，間接造成發(fā)電機軸瓦密封空氣側(cè)和氫氣側(cè)壓力不平衡程度增加。在軸瓦密封兩側(cè)不斷竄油，引起氫氣純度下降。為控制發(fā)電機組氫氣純度下降，保證機組安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行。運行頂軸油系統(tǒng)，減小軸系6號軸承振動，避免振動間接引起氫氣純度降低。

c. 檢修密封油真空泵，提高密封油真空油箱真空度。密封油真空泵出力不足，導(dǎo)致密封油真空油箱真空度偏低，密封油系統(tǒng)空氣量增加，引起氫氣純度下降。密封油真空泵經(jīng)檢修提高出力，保證密封油真空油箱真空度，減少密封油系統(tǒng)中空氣含量，使發(fā)電機內(nèi)氫氣純度上升。

4 結(jié)束語

機內(nèi)氫氣純度下降，可能造成發(fā)電機繞組絕緣下降，甚至引起發(fā)電機護環(huán)產(chǎn)生氫致裂紋，嚴重威脅發(fā)電機安全運行。因而要對影響發(fā)電機氫氣純度的因素詳細分析，找出發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降的真正原因，提出可行控制方案，為今后電站運行及檢修維護提供參考。

［1］ 張修波，姚德全，韓德才.氫冷汽輪發(fā)電機氫氣純度下降過快的原因［J］.東北電力技術(shù)，2002，23(4):27-28.

［2］ 丁勇富，陳 懇.發(fā)電機氫氣純度下降原因分析及處理［J］.電站系統(tǒng)工程，2009，25(5):39-40.

［3］ 趙韻奇，熊大健.600 MW氫冷發(fā)電機氫氣純度下降的原因分析及處理［J］.汽輪機技術(shù)，2008，50(2):148-150.

［4］ 吳貴德，劉 武，鄒 衢，等.發(fā)電機氫氣濕度超標(biāo)的原因分析［J］.東北電力技術(shù)，2015，36(3):24-27.

［5］ 徐艷麗，謝 慧，李海榮，等.利用DCS歷史曲線分析發(fā)電機氫純度下降原因 ［J］.電力科學(xué)與工程，2013，29(3):59-64.

［6］ 陳啟卷.電氣設(shè)備及系統(tǒng) ［M］.北京:中國電力出版社，2006.

Cause Analysis on Hydrogen Purity Decline of THDF108/53 Generator and Control Scheme Research

WANG Ya-long1，LIU Yang1，2，XING Peng-fei1，KANG Jie1
(1.North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou，Henan 450011，China;2.Huaneng Henan Zhongyuan Gas Power Generation Company Limited，Zhumadian，Henan 463000，China)

Hydrogen purity decline causes a serious threat to safe operation in the process of generator operation which may cause hydrogen explosion inside generator when hydrogen purity falls to the explosion limit.It causes irretrievable losses for power station even the whole power system.According to the problems of hydrogen purity decline for given power station in the operation process，the reasons for the decrease are analyzed systematically and control schemes are proposed.Practice shows that it has certain feasibility which providing a foundation for power plant dealing with hydrogen purity in the future.

Generator set;Hydrogen purity;Cause analysis;Control scheme

TM311;TM621.3

A

1004-7913(2015)08-0007-03

國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目 (201310078070);華北水利水電大學(xué)創(chuàng)新計劃項目 (HSCX2014116)

王亞龍 (1990—)，男，碩士，研究方向為電站運行維護與優(yōu)化。

2015-05-10)