660 MW发电机漏氢原因分析与处理对策

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摘要： 鸳鸯湖电厂1号发电机为QFSN6602型汽轮发电机，采用水氢氢冷却方式，正常运行时发电机内氢压高于定子冷却水压力；当定子线棒存在裂纹并发生泄露时，将会导致定子冷却水含氢量急剧升高，从而使定子冷却水进入发电机造成发电机烧损.定子冷却水箱安装氢气泄露检测仪，在线检测定子冷却水箱内氢气含量，当氢气浓度达2%时就会报警.讨论了发电机定子冷却水箱内检测仪报警后的原因分析及处理，为同类机组类似故障处理提供参考.

关键词： 发电机定子线棒； 定子冷却水箱； 氢气浓度； 分析处理

中图分类号： TM 311文献标志码： A

Analysis and countermeasures of hydrogen leakage of

660 mw generators

XU Rongtian

（Shenhua Guoneng Ningxia Coal & Power Corporation Limited， Lingwu 750410， China）

Abstract： The No.1 generator in Yuanyang Lake Power Plant is a QFSN6602 turbogenerator with water hydrogen cooling.The hydrogen pressure inside the generator is higher than the cooling water pressure inside the stator under normal use.However，if stator bars had cracks and caused leaks，the hydrogen content in the cooling water would increase rapidly and the cooling water pressure inside the stator would be higher than the hydrogen pressure inside the generator.The stator cooling water would flow into the generator and damage the generator.By installing a hydrogen leak detector on the stator cooling water tank，the hydrogen content inside the tank can be detected online.If the hydrogen content reached 2%，the alarm would be raised.In this paper，the cause of alarm raised by the hydrogen leak detector on the stator cooling water tank was analyzed.Treatment measures were discussed to provide reference for the fault handling of similar units.

Key words： generator stator winding stator； cooling water tank； hydrogen content； analysis and handling

发电机漏氢是氢冷发电机普遍存在的问题.大量漏氢会导致氢压下降，影响发电机冷却效果，从而限制发电机负荷.漏氢严重时可能造成发电机着火，甚至引起氢气爆炸，造成发电机损坏以至机组停机[1].鸳鸯湖电厂一期工程2×660 MW超临界空冷燃煤机组发电机为QFSN6602型水氢氢发电机.

1号机组于2010年12月31日投产发电.2012年1月运行人员发现定子冷却水箱含氢量为0.5%并呈上升趋势，运行部制定应急措施.2012年3月2日23时定子冷却水箱含氢量为3.5%，立即停机排氢进行检查，发现发电机定子线棒存在裂纹，导致泄漏.本文就 660 MW发电机漏氢原因的分析与处理对策进行阐述，为同类机组类似故障处理提供参考.

1水氢氢发电机冷却原理

QFSN6602型汽轮发电机冷却系统主要有定子冷却水系统、定子通风冷却系统、转子通风冷却系统组成.冷却方式为：发电机转子绕组采用氢内冷；定子铁芯采用氢气冷却；定子绕组及出线采用冷却水冷却；氢气采用开式循环水进行冷却.

1.1定子冷却水系统的设备及流程

定子冷却水系统配备了定子水箱、定子水泵、冷却器、压力和温度调节阀、出口滤网、进回水管、离子交换器等设备.系统流程如图1所示.

图1定子冷却水系统流程图

Fig.1Flow chart of the stator cooling water system

定子冷却水经水泵升压后进入冷却器进行热交换，利用温度、压力调节阀将温度、压力控制在设定值.冷却水从励磁端进入发电机与定子线棒进行热交换，经汽轮机端流出至水箱.在进入发电机之前，约有20%的定子冷却水经旁路进入离子交换器，连续进行水质净化.当发电机定子冷却水导电度持续升高时应进行水箱换水并检查树脂失效情况.

能源研究与信息2013年第29卷

第3期徐荣田：660 MW发电机漏氢原因分析与处理对策

1.2定子冷却水系统运行方式

对于整个系统，定子水泵一台运行，一台备用.冷却器采用开式循环水冷却，为并联运行方式，正常运行中一台运行，一台备用.发电机定子冷却器的冷却水量为204 t・h-1.在定子水回水管上的最高点引出一路细管直接连接到定子水箱，从而使可能泄漏的氢气直接进入水箱，同时也可避免因虹吸现象而在高温出水端出现汽化，形成较大的气阻.在进回水管之间还设了一路联络细管，以保证回水侧的压力高于大气压，可在一定程度上降低汽化的可能性.

1.3发电机氢气冷却系统

发电机的转子绕组、定子铁芯均为氢气冷却.运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量.质量越轻，损耗越小.采用氢气为冷却介质，其特点为：

（1） 氢气密度很小，纯氢仅为空气的7%；即使在发电机机座内氢压0.4 MPa下，其密度亦只有空气的50%，因此大大降低了通风损耗.

（2） 氢气具有高导热性（约为空气的7倍）和高的表面热传递系数（约为空气的1.35倍）.故氢冷发电机具有较大的有效材料单位体积的输出容量，特别是内冷结构中氢气直接与发热导体接触，提高氢压可使发电机容量显著提高.

（3） 氢气冷却均为密闭循环系统，机内长期运行干净无尘，减少了检修费用.

（4） 机中无氧无尘，减少了异常运行状态下发生电晕所导致的对绝缘的有害影响，有利于延长绝缘寿命.

（5） 氢气密度很低，又密闭循环于由中厚钢板焊成的机座内，故环境噪音较小.

（6） 发电机内的氢气含氧量小于2%，所以一旦发电机绕组击穿时着火的危险性很小.

（7） 氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为成熟.

但是其最大的缺点是，一旦与空气混合后在一定比例内达到规定的温度或遇到明火，就具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳均设计成防爆型，气体置换采用CO2.1.4转子与铁芯的氢气冷却流程

转子的冷却采用气隙取气斜流式通风结构，如图2所示.在转子表面槽楔上开有进气口和排气口，转子绕组上也开有通风孔，组装固化后组成斜流式通风路径.气体沿转子表面通过一组斜槽吸入斜流式通道进入槽底，在槽底径向转弯，然后通过另一组斜流式通道返回气隙.它是利用布置在两端的两个风扇使氢气获取压力，随转子转动而进、出冷却通道.

图2气隙取气斜流式通风结构图

Fig.2Schematic of the gappickup diagonal

flow ventilation system

转子与铁芯的冷却通道为多进多出结构，如图3所示.采用径向和轴向气隙隔板，从而使气体分为不同的冷热区域，可有效遏制冷、热风的混合，沿转子轴向温度分布比较均匀.整体上冷却区域可分为四部分.

氢气经风扇升压后进入转子与铁芯的冷却通道，换热后进入氢气冷却器进行降温，再进入风扇，开始下一个循环.

图3气体斜向通道

Fig.3Gas diagonal passes

2发电机漏氢途径

发电机漏氢主要途径有外漏氢和内漏氢两种.密封瓦座衬垫制作安装工艺，密封瓦平行度以及密封瓦轴向和径向间隙，发电机大端盖、中间环、密封瓦安装位置，发电机注胶情况，法兰垫子安装情况，测温元件安装到位与否等都会对氢气泄露产生影响[2].

2.1外漏氢

外漏氢是指发电机内的氢气通过泄漏点漏到机壳外的空气中.由于氢气在空气中扩散迅速，在距离泄漏点0.25 m以外的空气中就很难发现氢气的存在.通常情况下这种漏氢危险性较小.因为标准状况下，氢气密度仅为空气的1/14，是地球上最轻的物质；氢分子运动速度最快，从而具有最大的扩散速度和很高的导热性.其导热能力是空气的7倍；而且氢气密度很小，流动阻力也很小.

2.2内漏氢

内漏氢是由于油氢差压阀性能不佳，使氢气大量窜入空侧或密封瓦座结合面造成漏氢.氢气随着密封瓦的空侧回油而进入汽轮机主油箱，并在主油箱内形成爆炸性气体的内漏氢；还有一种内漏氢是在发电机定子绕组的空心导线内水压低于机内的氢压，当空心导线的严密性遭到破坏时，氢气便先漏入定子绕组空心导线内冷水中，阻碍水的正常循环，降低了冷却水量.另外，氢气漏入氢气冷却器的冷却水或封闭母线中也属于内漏氢.

3鸳鸯湖电厂漏氢案例分析

3.1事故现象

鸳鸯湖电厂1号机组定子冷却水箱含氢量逐渐升高直至满量程（氢气检漏仪满量程为氢气纯度4%），发电机电磁声音增大，立即停机检查.

3.2故障检查与分析

3.2.1检查过程

（1） 发电机说明书规定发电机漏氢量小于10 m3・d-1.故障发生前发电机补氢量已超过规定值，停机前定冷水箱氢气纯度大于4%，加之发电机电磁声音和另一台机组相比明显异常，初步判断定子线棒发生泄露.

（2） 机组停运后立即对发电机进行气体置换.气体置换完毕后起吊氢气冷却器.定子冷却水系统投入运行后发现，励磁端22号定子线棒处漏水，如图4所示.

图4励磁端22号定子线棒处漏水示意图

Fig.4Water leakage at the No.22 stator bar of reed end

（3） 汽轮机缸温达到停运盘车条件.发电机抽转子后通水检查发现，22号定子线棒上层与下层结合面呲水.扒开线棒发现22号线棒端部与下层结合面磨损并出现裂纹，从而导致泄露.

3.2.2原因分析

通过查看制造厂装配记录发现，该定子线棒在装配前已对线棒端部进行绑扎并固定.线棒与集水环连接时发生错位，装配人员使用专业工具调整角度时导致端部绑扎松动.机组正常运行时定子线棒上下层发生振动摩擦，造成定子线棒形成裂纹.由于氢压高于水压，氢气则泄露至定子冷却水中.

3.3处理

经与制造厂会诊，制造厂决定将该发电机定子线棒全部更换.更换后发电机启动试运行正常，补氢量小于10 m3・d-1，缺陷消除.

4结论

对660 MW发电机漏氢原因进行了分析，并对处理对策进行了阐述.通过对故障的检查、分析与处理，得出以下结论：发电机定子冷却水箱需每班进行氢气检测两次，氢气纯度大于2%时应停机检查，大于3%时应立即停机检查.

参考文献：

[1]刘兴华，张春，李九栋，等.发电机漏氢分析与处理[J].宁夏电力，2011（3）：29-31.

[2]孔令军，岳啸鸣.氢冷发电机漏氢分析及防范措施[J].河北电力技术，2011，30（6）：35-37.第29卷第3期能源研究与信息Energy Research and InformationVol.29No.32013