浅谈发电机氢气露点温度

浅谈发电机氢气露点温度

郑明朋

郑明朋

（大唐东营发电公司生产准备部257100）

摘要：发电机内氢气露点温度的高低对发电机的安全运行存在重要影响，本文集中讨论了氢气露点温度高低对发电机系统正常运行的危害及造成氢气湿度过大的原因和所应采取的措施等。

关键词：发电机组；氢气露点温度；影响；原因分析；防范措施

一、大唐东营发电公司发电机组及氢气系统装置介绍：

大唐东营发电有限公司在建机组为上海电气集团股份有限公司生产的THDF125/67型2*1000MW机组，冷却方式为水氢氢冷却即定子绕组水内冷转子绕组及定子铁芯氢气冷却，发电机额定容量为1112MVA，最大连续输出功率为1037MW，额定电流23778A，励磁方式为静态励磁。

氢气干燥系统采用XQS系列强制循环型吸附式采用双塔交替吸附再生可使发电机内的氢气连续不断的通过装有吸附剂的吸收层，不断吸收氢气中的水蒸气。其设备组成包括两支干燥塔、两只内置式循环风机、两只加热器、油过滤器、气水分离器、排水系统、四通阀操作系统、气体置换系统、一台冷却器和电气控制箱等组成。主要工作原理为发电机内潮湿的氢气进入设备后，氢气首先经过油气分离器，将氢气中夹带的油进行分离，然后氢气进入装有固态干燥剂—活性氧化铝吸附层的干燥器，此时氢气中的水分被吸收，合格的氢气进入发电机机内。而后对经过吸水后的干燥剂直接进行加热作用将水变为水蒸气，挥发出的水蒸气经过冷却器后直接凝结成水储存在储水罐中，干燥剂恢复再生功能。运行模式一般为8小时吸附，8小时再生，通过PLC自动进行控制。

二、发电机露点温度概念及影响因素

氢气露点就是饱和温度点，也就是对应饱和压力下氢气中水蒸气凝结成水时的温度，氢气的露点温度大小和温度、压力、含水量有关。简单的说氢气中水蒸气含量愈少，露点温度越低，相反水蒸气含量越高，露点温度越高；氢气中水蒸气的分压力越大，饱和温度越高，氢气的露点温度越高，反之氢气中水蒸气的分压力越小饱和温度越低，氢气的露点温度越低；氢气温度升高，则氢气湿度相对增大，氢气露点温度相对升高，反之氢气温度降低，则氢气湿度相对减小，氢气露点温度相对降低。

三、发电机氢气露点温度高对发电机的影响：

1.发电机内氢气露点温度升高会造成发电机定子绕组、转子绕组绝缘性能下降。氢气露点升高氢气中含有的水蒸气会依附在定子、转子绕组表面上结露形成水珠，导致绕组绝缘性能下降，大量的水珠形成后易在绕组表面形成爬电、闪络导致拉弧放电造成短路事故，更严重者有可能会造成绕组的匝间短路事故，使得部分绕组被短接，一方面使绕组电流急剧增大，导致严重过热使绝缘性能进一步下降形成恶性循环；另一方面使三相不平衡电流增大，造成磁场不对称导致机组振动增大，损坏设备及基础。

2.发电机氢气露点温度升高会增大机组补排氢量，造成资源浪费。露点温度升高，水蒸气形成水珠会使氢气纯度下降，达不到机组正常运行时对氢气纯度的要求（发电机运行过程中氢气纯度要求在98%左右）进而造成机组补排氢量增大。

3.发电机露点温度升高会增大发电机通风损耗和转子摩擦损耗。氢气露点温度升高，纯度下降，将影响氢气对定子铁芯和转子绕组转子铁芯的冷却效果，使其温升增大。试验表明氢气纯度每下降1%，通风损耗及转子摩擦损耗将增加11%左右。

4.发电机露点温度升高会造成转子护环产生应力腐蚀裂纹。露点温度升高会使部分水珠集聚在转子护环上，使其绝缘性能下降，造成机械强度下降。

四、发电机氢气露点温度低对发电机的影响：

1.发电机氢气露点温度低，氢温低会使绝缘材料的脆性增大，承受发电机相间短路电动力的能力降低，当发变组发生短路或相间故障时容易导致绕组因无法承受故障时的电动力而导致断裂。

2.发电机氢气露点温度低也会对发电机某些部件产生不利影响，如可导致定子端部垫块收缩和支撑环裂纹。

五、发电机氢气湿度增大的原因分析

1.制氢站制氢品质不高，氢气中水分含量过高。现在大型电厂氢气来源均为制氢站电解碱性水溶液发生电化学反应制氢，因此就不可避免的会使氢气中带有一定量的水蒸气，但行业标准DL/T651-1998规定氢气露点温度应在0℃到-25℃之间含水量不超2g/m³。

2.氢气干燥机故障或者性能下降。这是造成发电机氢气湿度增大的主要因素，氢气干燥机的工作原理为发电机内的氢气进入氢气干燥机后首先进行油气分离之后进入装有固态干燥剂活性氧化铝吸附层的容器中，氢气中的水分被吸收，合格的氢气再次回到发电机内，而活性氧化铝吸附层则靠再生作用后恢复活性。氢气干燥机故障后起不到除去氢气中水蒸气的作用。

3.发电机内氢气冷却器泄漏。由于氢冷器制造工艺不良、长期运行腐蚀严重或者检修水平不高氢冷器砂眼未被发现等原因造成氢冷器泄漏，造成氢气湿度增大。

4.密封油系统的影响。正常运行中密封油系统起到密封氢气防止氢气外泄的作用，密封油氢差压维持在100±20Kpa，当密封油油质较差含水量增大时，在密封瓦处就会有部分水蒸气进入到氢气系统造成含水量增大。

5.润滑油系统的影响。润滑油含水量增大也会导致机内氢气湿度增大。一方面润滑油作为密封油系统的油源，其含水量的多少直接影响到密封油的品质，另一方面润滑油起到润滑冷却发电机轴承的作用，含水量增大也会使部分水蒸气因轴承温度高直接析出进入到氢气系统。

6.定冷水系统的影响。定冷水系统在发电机内起到冷却定子绕组的作用，一方面当定冷水管道长期腐蚀或者检修质量差存在砂眼等时因其压力低于氢气压力会导致定冷水直接进入氢气系统，使其含水量增大；另一方面当定冷水温度过低时对于机内氢气来说相当于一冷源会使氢气过冷却。

7.发电机启动或低负荷运行时，氢气冷却器冷却水流量调节不及时或者冷却水量过大亦或冷却水温度过低，导致氢温过低产生凝霜。

8.发电机停机后，氢气系统循环动力失去此时若氢气循环风机未投入运行或者氢气循环风机投入运行但氢气干燥器未投入运行，均会造成氢气湿度过大。

六、防止氢气露点温度升高造成发电机损坏事故的措施

1.保证制氢站氢气品质合格，符合行业标准DL/T651-1998规定氢气露点温度应在0℃到-25℃之间含水量不超2g/m³。保证氢气纯度在98%以上。

2.保证氢气干燥机运行正常及必要的投入率。加强对氢干机的维护巡检力度，每个班定时对其储水罐进行防水检查，检查氢干机的干燥再生装置运行正常。

3.利用停机检修机会加强对发电机氢气冷却器、定冷水引出管接头腐蚀情况的检查，检查是否存在砂眼，同时加强对发电机密封瓦的检查，有必要时要进行发电机密封试验，确保密封性。

4.运行中加强对密封油系统及润滑油系统的监视。控制好密封油油氢差压，避免密封油进入发电机内部，同时提高油系统油净化装置的投入率，加强对其油质的监督化验工作，保证油质合格。

5.正常运行中控制好定冷水温度，保证在任何情况下定冷水温度都要大于氢气温度6℃以上，防止氢气过冷却，导致水蒸气在定子绕组上结露。

6.加强发电机内氢气湿度的检测，提高检测精度，安装氢气湿度在线监测装置，做到发电机氢气湿度变化早发现、早处理避免事故扩大。

7.机组启停及低负荷时加强对氢冷器冷却水压力流量的调整，保证氢温在正常范围内运行，同时机组停运后要及时投入氢气循环风机运行。

参考文献：

[1]《防止电力生产事故二十五项重点要求》

[2]百度百科露点温度概念

[3]DL_T_651-1998氢冷发电机氢气湿度的技术要求

[4]QG-100强制循环型吸附式氢气干燥机说明书