氢冷发电机氢气湿度的监控与管理

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摘 要 氢气湿度超标对发电机会造成很多损害，影响了设备的正常运行，应该加强对氢气湿度的监控和管理，采取相应的防范措施，以提高氢气品质，保障发电机安全运行。

关键词 发电机；氢气湿度；监控

中图分类号 TM3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）170-0201-02

在发电厂的氢冷发电机的运行中，对于氢气湿度有清晰明确的标准和要求，氢冷发电机在运行时，其氢压之下的最高值、最低值，以及在充氢、备氢时需要补充新鲜的氢气，其湿度值值必须在可允许的范围之内。氢冷发电机的监控和管理工作是一项细致、艰巨并且繁琐的任务，需要做好标准化的宣传和贯彻，实施有效的管理。本文通过分析氢气湿度的标准和超标带来的危害，提出相关的防范措施，以提高监控管理氢气的工作。

1 氢气的湿度标准

气体中含有的水汽含量为湿度，湿度的表示方式有相对湿度、绝对湿度以及露点湿度，它们互相可以换算。在运行中氢压的湿度允许低限是露点温度Td=-25℃，这是以发电机的最低湿度来限定了可允许的最高湿度，即发电机的最低温度为5℃时，最高的露点湿度为Td=-5℃；发电机的最低温度大于等于10℃时，最高湿度限定为Td=0℃。发电机在充氢、补氢时所用的新鲜氢气，其常压之下的允许湿度需要区分是新建厂房还是已建厂房，新建的电厂为Td≤50℃，已建的电厂为Td≤25℃[1]。

2 由氢气湿度超标造成的危害

2.1 由湿度超标引起的转子护环损害

较高的的氢气湿度会造成发电机的转子护环产生应力腐蚀，如果转子护环上已经出现裂纹，氢气湿度超标会造成裂纹的快速发展。有3个必要的因素会导致应力腐蚀，为较大应力、材质、腐蚀介质。转子护环的应力腐蚀出现裂纹和氢气的湿度含量有非常大的关系，在我国电厂应用的护环一般采用采用18Mn5Cr、18Mn4Cr奥氏体钢，机械性能很好。而由于出现腐蚀介质，比如硫酸盐、氢氧根等，在相对湿度大于50%时，护环的抗应力腐蚀能力会遭到破坏，其裂纹的扩展速度有所增加。

2.2 由湿度超标引起的转子风叶危害

某厂300MW机组因为氢气湿度超标，在发电机检修过程中检查发现发电机汽励两侧机座内靠转子风叶附近绝缘油漆大片发霉、脱落，检查汽励两侧转子风叶表面有明显的汽蚀现象，后逐一对转子风叶进行称重，并联系厂家对比同型号机组转子风叶参数，结果发现约60%叶片重量存在一定偏差，严重更达10%，于是更换了全部汽励侧转子风叶。因此，氢气湿度大不仅会引起机座和叶片的腐蚀与磨损，如若转子风叶磨损严重，将会影响转子动平衡，给机组的安全运行带来严重危害。

2.3 由湿度超标引起的绝缘危害

在氢冷发电机中氢气湿度超标会造成定子的绝缘电气强度下降，如定子存在绝缘薄弱处，则很可能出现短路。例如300MW发电机的定子在端部绝缘具有两个薄弱的环节，为引线和水接头处，而且这两个部位都处在高电位。在氢气中水汽非常大时，绝缘的薄弱处会出现击穿发电情况。如果氢气中水汽严重超标时，例如大于80%，定子的绝缘缺陷会发展迅速，导致绝缘强度的下降。

3 导致氢气湿度超标的原因及对策

3.1 缺乏严格的监督和管理

在发电机的配套系统中应配备相应的氢气湿度、纯度监视设备。检测人员需要进行严格的监督和管理，而现实中一些工作人员缺乏管理意识，没有及时的发现数据变化，或者在变化趋势有变动时提高警惕，严格的把控氢气湿度标准。因此，应当重视监督管理工作，避免发生后续的事故。

3.2 干燥装置设置不合理

大型的发电机中转子两边的风扇会在旋转中产生风压差，形成了氢气的循环流动，发电机停运时这种氢气压差消失，干燥器之内失去了压差进气，也就不能够使氢气循产生环流动，干燥器也就无法进行氢气干燥。针对这种情况可采用氢气通道风机，或者在停机时进行盘车。

3.3 新制氢气的湿度较高

根据我国的制氢设备的运行情况分析，如果制氧设备只是应用水冷除湿，氢气的最低湿度会达到露点湿度-10℃，绝对的湿度仅有2.03g/m3，很多电厂的绝对湿度为8g/m3～14g/m3，相当于露点湿度为7℃～17℃，并不能够达到新鲜氢气的标准和要求。如果水冷却器后再加装冷凝式的干燥器，当运行正常的时候，氢气的露点湿度最低为-18℃，绝对湿度是1.04g/d，也是不能够达到新鲜氢气的标准[2]。而如果安装分子筛干燥器，其露点湿度可低于-50℃，也就满足了相应标准。如制氧设备为中压制氢设备，用水冷除湿，可以将露点湿度下降到-20℃～-25℃。对于老厂来说已经接近了标准值，对于新建厂来说，则还不能满足要求。因此应在制氢设备中加装分子筛干燥器，有效的降低新鲜氢气的湿度，满足相关的标准和要求。

3.4 水系统泄漏问题

氢冷发电机中水系统的泄漏可引起湿度的超标，氢压虽然大于水压，但是水汽还是有可能会扩散到氢气的系统。水系统泄漏主要包括了氢冷却器以及内冷水系统出现泄漏，这个问题应该引起管理人员高度的重视，加强对氢冷发电机的检查，出现隐患进行及时的排除，提高检修的质量。

3.5 密封油带水漏进发电机中

密封油带水以及密封瓦中串油都会导致氢气湿度太大，当油中的水分漏进了发电机中造成了湿度超标。应保持空测油压和氢侧的油压为相等数值，或者互相之间的差值为最小，这两侧的油流应该互相独立起来，使空侧油压和氢侧油压不产生交换。因此应该设置密封油净化装置，使其保持尽量的平衡状态。同时还需要注意避免出现轴封漏气现象，有效防止水对油质造成污染。

实例分析：在某发电厂，自2012年到2014年，两年之间10号发电机经检测其纯度和湿度均存在不合格现象。经过管理人员多方面的检测分析，一致认为故障原因在于密封油系统，在氢油、空油之间发生了交换现象，但是却找不到引起交换的原因。一直到2014年的3月，情况发生恶化，发电机12m平台氢侧油压下降至0.15MPa，通过检查可确定发电机出现了氢侧油泄漏情况。在停机处理之后，发电机的漏点湿度及纯度都恢复了正常。

4 发电机氢气湿度监控和管理

4.1 使用合理的湿度单位，利于监控

湿度表示方式中，漏点湿度比较直观，为国际通用的湿度单位，在电厂的生产运用当中，应当将相对湿度列出更加具有实用性，利于运行过程中对湿度的监控。发电机内的相对湿度可以直观的表达出设备的运行状态，利于把握实现运行目标。如只是显示漏点湿度，在运行时如果出现了温度超标现象，在幅度不大的情况下不用紧张，这并不会造成发电机的损害。因此通常情况下，应用漏点温度作为监控目标就可以。

4.2 制氢时的湿度监控

在制氢设备开始运行的时候，应控制好风温和水温，应保持风温在35℃～45℃之间，在补氢时需要通过控制水冷器，控制温度在40℃～50℃之间。并且装置分子筛干燥器，加强维护与监控，将储罐内的压力值尽量保持比较高的水平上，以保证送氢的湿度能够符合标准要求。

4.3 机组启动或充氢备用时的氢气湿度监控

在做充氢气备用时需要保持温度必须高于5℃，氢压不可以低于0.1MPa，应当保持干燥器能够正常的运行。在机组启动时，并网之后投入冷却器，停机时需要保持内冷水正常运行，冷却水可停止，使内冷水可以保持在比较高的温度不下降，防治定子绝缘受潮，避免转子互环发生应力腐蚀。

4.4 运行中的湿度监控

在发电机进行运行的过程中，应当控制风温保持在35℃～45℃，冷却水温在40℃～50℃，以避免大量低温氢气的补入，并且需要加强相关设备的排污工作，保证较高的储罐压力值，加强监管其再生效果，保证氢气湿度能够符合标准。

5 结论

在氢气的湿度管理中，发电设备、氢气湿度检测和设备操作属于不同的专业，而各个专业在电厂的日常管理中都属于边缘管理，没有将氢气的湿度管理作为重点工作。因此管理人员应该重视这项工作，认识到湿度超标对于设备的损害，制定相关的检测及技术维修保证措施，及时的处理设备运行时出现的各种情况。

参考文献

[1]陈喜发.氢冷发电机氢气湿度的监控与管理[J].大众科技，2008（9）：131-132.

[2]吴锐.氢冷发电机氢气湿度的监控与管理[J].河北电力技术，2002，21（6）：35-37.

[3]国家能源局.DL/T 1164-2012汽轮发电机运行导则[M].北京：中国电力出版社，2012.

[4]中华人民共和国电力工业部.DL/T 651-1998 氢冷发电机氢气湿度的技术要求[S]，1998.