发电机氢冷系统常见问题分析及处理
摘 要：发电机是发电厂重要的生产设备，随着我国高参数大容量机组的不断涌现，使得发电机氢冷系统的结构更加趋于复杂化。氢冷系统的运行质量直接影响着机组的安全稳定。本文以某电厂采用的西门子350MW机组为例，介绍了发电机氢冷系统的构成，并结合现场实际，总结出日常出现的问题，并对此进行了具体分析，给出了检修注意事项和安全防范措施。
关键词：氢冷系统；常见问题；分析处理
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.038
某电厂一期装机容量6×350MW，发电机为德国西门子公司设计生产。冷却形式为全氢冷，即转子绕组、定子绕组、三相出线和套管直接气体冷却。发电机正常运行所产生的其它热量，如铁损、风阻损耗、杂散损耗等均通过氢气散失。
1 H2冷却的特点
氢是原子质量最小的元素。标态下，H2的密度只有空气的1/14，因此用H2冷却发电机，其通风损耗最小，提高了发电机效率，减少了发电机噪音。其次，H2导热能力强，其导热系数是空气的8.4倍，在相同温差下所吸收的热量更多，换热效率更高，当单机容量一定时，缩小了发电机的体积，减少了材料使用。另外，H2比较稳定，可保护发电机的绝缘。但H2是一种易燃易爆气体，扩散性强，安全要求高。
2 氢冷系统的构成
2.1 气体系统
气体系统由H2供给装置、CO2供给装置、压缩空气供给装置、H2干燥器等组成。H2正常由氢站供给，H2瓶作为气源备用。CO2供给装置包括贮存液态CO2的钢瓶、CO2气化风机、换热器和风扇等。压缩空气供给装置由压缩空气室、空气过滤器和气体干燥器等组成。惰性气体CO2是作为发电机在充、排氢其间，防止H2爆炸的一个重要安全措施。
2.2 密封油系统
密封油系统由密封油泵、密封油箱、中间油箱、贮油箱、真空泵、过滤器、冷油器、差压调节阀等组成。密封油系统将油打入轴与密封环之的间隙形成轴封，防止了H2的泄漏。密封油压高于氢压，经密闭回路供给密封环，保证了可靠的密封效果。
2.3 冷却系统
冷却系统由氢冷器、多级轴流风机、冷却通道等组成。多级轴流风机位于靠近汽轮机侧的转子端部，从发电机内部冷却通道抽出高温H2送入氢冷器，由闭式水进行冷却。冷却通道的精确布置可使H2有选择性地带走发电机内各部热量，最大限度的消除了局部过热，减小了导体间的机械应力。
3 常见问题及处理
3.1 漏氢或氢压低
漏氢的途径分两种，一是通过发电机外壳泄漏到大气中，或通过出线套管泄漏到封母外壳内，另外还有端盖处、氢冷器、气体管路等处不严造成泄露。这种情况气体不易积聚，危险性不大，不难处理。二是由于密封系统异常，使H2进入到发电机的油系统中，甚至汽机蒸汽系统中。发电机氢侧回油至中间油箱，而中间油箱与密封油箱相连，进而进入主油箱。由于压力控制不当，使漏氢最终在主油箱内汇聚，在一定条件下发生爆炸。故正常应严格维持发电机内氢压 0.35MPa，油氢差压在0.2～0.25 MPa之间。还要保证主机油箱排烟风机排烟正常，并定期检测油箱内含氢量。如果H2随主机油进入汽机蒸汽系统，将使汽机叶片受力不均而受到损害。当H2漏入氢冷器内的闭式水时，将破环氢冷器的冷却效果，引起氢温高。这些漏点比较隐蔽，难以查找，耗时较长。在停机检修过程中要把好质量关，做好发电机转子气密性试验，氢冷器水压试验等。
3.2 氢温高
氢温高分为冷氢温度高或热氢温度高。冷氢温度高一般是氢冷器导热故障，或其内的闭式水温度高。应加强闭式水监督，保证闭式水的水质，防止氢冷器脏污。氢冷器维持冷氢温度正常为43℃，闭式水因故停运时，满负荷下，冷氢温度达到机组跳闸值53℃只需短短几分钟。热氢温度异常通常伴随着发电机内部故障，例如绝缘破坏或发生短路，根据相关现象综合判断。
3.3 H2湿度不符合标准
H2湿度过高，使发电机绕组绝缘强度降低，甚至会使转子护环因受力不均而产生裂纹； H2湿度过低，会影响定子端部垫块的收缩或使支撑环产生裂纹。根据国家行业标准《氢冷发电机H2湿度的技术要求》规定，已建电厂（站） H2露点温度应≥ -25℃，绝对湿度<4.75g/m³，容量在300MW及以上的发电机应连续监测H2湿度。应定期启动H2干燥器对H2进行干燥再生，或H2露点温度、绝对湿度不在正常范围时，也应对H2再生。
3.4 H2纯度不符合标准
H2纯度应在在 96%以上。当密封油差压阀调整不当，空侧油压远大于氢侧油压，空气进入发电机H2系统，使H2纯度降低。另外在雨季，水汽易混入氢气中。原因是油系统中含水量较高，在相对高温高压的氢侧密封油中，水汽通过蒸发，进入相对低压的H2中，既影响纯度又影响湿度。所以这时应加大油氢差压的监视和油系统排烟风机的维护，并缩短H2干燥周期。
4 检修注意事项
4.1 充、排氢
发电机内气体置换一般在转子静止下进行。置换前应确证气体检测仪可靠，密封油系统运行正常。整个置换过程中，严格维持发电机内压力在0.08 ～ 0.1MPa。在涉及H2的置换时，应缓慢进行，防止H2流摩擦过热发生爆炸。控制流速在100～150ml/min，使被置换气体逐层排出，防止两种气体互窜，影响纯度。充氢时，先用CO2排出发电机内的空气，再由H2排出CO2，排氢过程与此相反。因H2密度小，为保证取样点准确性和防止油污染，H2纯度测点一般位于发电机本体底部高约15cm的位置。为防止密度较大气体停留在H2干燥器或其进、出口管道等较低部位，在充氢过程中，将以下操作重复至少20 次：①H2干燥器由干燥位切至中间位；②干燥器内气体压力到零并维持 10 秒；③ 再切至干燥位对干燥器充压。规定CO2在发电机内停留不超24小时，宜在6小时内排出，防止时间过长而凝露。当一种气体置换完毕，就地表记显示纯度合格且稳定后，进行手动取样化验。不同的阶段，取样点也是不同的。当由CO2置换H2时，CO2置密度远大于H2密度，CO2在下，H2在上，上部CO2纯度必须合格，故取样点在上部。同理，当由空气置换CO2时，取样点在下部。
4.2 风压试验
风压试验用来检测发电机的密封性能。风压试验通常充入额定氢压的压缩空气，记录其24小时内每小时压力、大气压、温度等变化数据，来折算一天内的漏氢量。风压试验时应关闭气体分析仪关断门，防止气体分析仪损坏。在查漏时，一般先用涂肥皂水起泡法粗查，如找不出漏点，可充入适量氟利昂细查。查完后，用干净的棉布将肥皂水擦
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拭干净，防止生锈。但对绝缘值有严格要求的部位禁止使用肥皂水，比如导电螺钉密封，出线端子瓷瓶，用电信号传导的测点等处。
4.3 防止H2着火爆炸
当空气中H2占其体积的4%～75%时，便形成一种极易爆炸的混合物。H2的着火温度为574℃，着火能量极低，约为20KJ，所以对H2系统相关阀门尽量用手操作，如不能开关，可用涂有黄油的铜制门钩，且操作速度应缓慢。在氢冷发电机上有检修、动火等工作，必须与H2系统有明显的断点。相关工作人员禁止携带手机、钥匙、手表、戒指等金属物品，并穿布鞋和不带拉链的连体服。如动火，应先办理动火工作票，检查消防器材完好。由专业人员对气体进行取样分析，合格后才能许可。动火工作中，设立专人监护，手持气体分析仪，严密监视气体含量变化情况。如进入发电机镗内，应每隔十分钟对进入的人员呼喊联系。检修过程中，无论排氢与否，始终保持发电机底部排风扇运行正常，保证空气流通良好。
5 结语
随着我国电力市場的改革和机组单机容量的越来越大，对发电机氢冷系统的技术要求也越来越高了。因为氢冷系统的健康状况直接影响着机组的稳定运行，还影响着机组的经济指标。这里仅列举出发电机氢冷系统一些常见的问题及处理方法，目的在于提前采取有效的预防措施，确保机组安全可靠运行。
参考文献：
[1]西门子发电机设计资料C311[S].江苏省工程技术翻译院.
[2]杨贵恒，贺明智，金钊.发电机组维修技术[M].北京：化学工业出版社，2007.
作者简介：李天波（1982-），男，山西晋城人，本科，工程师，研究方向：发电厂电气设备检修。