氫冷發電機的氫氣濕度超標問題由來已久,但多數情況下未對發電機即時造成明顯的破壞,所以并未引起發電企業的重視。但是如果氫冷發電機的氫氣濕度超標,必將對發電機內部部件產生不良影響,甚至威脅發電機的安全運行。在國家電力公司制定的《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中明確提出要“嚴格控制氫冷發電機氫氣的濕度在規程允許的范圍內,并做好氫氣濕度的控制措施”氫氣濕度超標的危害,根據DL/T651-1998《氫冷發電機氫氣濕度的技術要求》的規定,運行中發電機內的氫氣濕度應在-25~0℃露點溫度。為防止發電機電氣絕緣因機內過于干燥而開裂,發電機內的氫氣濕度不應低于-25℃露點溫度;但氫氣濕度超標通常是指運行中發電機內的氫氣濕度超過0℃露點溫度。氫氣濕度超標對發電機的危害主要表現在2方面。
1.1 破壞發電機絕緣
氫氣在氫冷發電機中主要是起冷卻作用。作為冷卻介質,時刻與發電機的定子繞組的電氣絕緣發生接觸。氫氣濕度過高會降低發電機內部的定子繞組線棒絕緣性能,長期在氫氣濕度超標工況下運行的發電機組,可能因為絕緣性能的降低使內部產生局部放電,從而破壞電氣絕緣,導致單相或相間短路事故,危及發電機的安全。雖然目前還沒有確切的證據表明某臺發電機的定子接地或相間短路故障與氫氣濕度超標存在直接的因果關系,但可以發現部分發生了定子接地或相間短路故障的氫冷發電機確實長年運行在氫氣濕度不合格的工況下。
1.2 對金屬構件產生腐蝕
有資料表明,氫氣濕度超標是金屬50 Mn18Cr4 Wn材質的發電機護環產生應力腐蝕的主要誘因。據有關報道,大同二廠#5發電機(水—氫—氫,200 MW)曾因氫氣干燥器停運使發電機內的氫氣濕度長期嚴重超標(露點溫度20℃以上),zui終造成發電機護環產生多處應力腐蝕裂紋,被迫全部更換護環。目前還沒有發現其它材質的金屬部件由于氫氣濕度超標導致腐蝕裂紋的證據,但長期工作在潮濕與高溫環境下的金屬部件的壽命可能會比正常狀態下的金屬短一些。2001年,河北省電力公司對河北南網氫冷發電機組氫氣濕度超標問題進行了調研。共調研了6臺30 0 MW機組,1 2臺2 00 MW機組和2臺50 MW機組,結果表明6臺300 MW機組和7臺200 MW機組氫氣濕度合格,5臺200 MW機組和2臺50MW機組不合格,且超標嚴重。由此可以看出,河北南網運行的氫冷發電機組仍然存在較為嚴重的氫氣濕度超標問題,為確保發電機組安全運行和電網可靠供電,有必要對網內運行的氫冷發電機組氫氣濕度超標問題進行分析并開展大規模治理。分析氫冷發電機中氫氣運行的每個環節,認為可能造成發電機內部氫氣濕度超標的環節有2部分。
a.氫氣氣源本身不合格
如氫站內的氫氣濕度過高,或由氫站到發電機的氫氣管路密封不好造成氫氣受潮。如某發電廠在氫站內的制氫設備干燥效果不好,又未加裝氫氣干燥設備,氫氣濕度常年高達-11℃露點溫度,這樣很難保證發電機內部的氫氣濕度合格。
b.發電機內部存在密封問題,氫氣在發電機內部受潮
如平衡閥、壓差閥的調整存在問題、發電機密封軸瓦間隙較大、氫冷器漏水以及汽輪機軸封漏汽等。為避免發電機內氫氣向外泄漏,有的單位將平衡閥、壓差閥調整為負壓系統,而不考慮密封油可能向發電機內泄漏。因為多數發電機密封油與汽輪機油是一個系統,而對汽輪機油中含水標準的要求,僅為“沒有可見水”(GB11120-1989《L-TSA汽輪機油質量標準》),這種油一旦進入發電機,不僅會直接影響發電機的電氣絕緣,造成諸如發電機轉子匝間短路等電氣缺陷,也會給發電機內的氫氣帶來水分,導致發電機內氫氣濕度超標。有些單位的發電機排污口1 d竟能排出4~5 L以上的污物,可見密封系統極差,無法保證發電機內的氫氣不受潮。氫氣濕度的治理主要包括2方面:對氫冷發電機的氫氣循環回路進行治理,確保在整個回路中盡可能消滅水分的來源;加強對機內氫氣的干燥,即使回路中存在受潮點,也能保證機內的氫氣合格。
1.3 加強氫氣循環系統密封治理
a.加強氫氣氣源治理
依靠先進的過濾等手段來確保氫站內的氫氣濕度降到較低的水平,通常要求氫站內氫氣濕度td≤-25℃露點溫度。
b.根據補氫量對氫氣循環回路進行密封治理
重點加強汽輪機軸封漏汽治理,加強平衡閥、壓差閥的調整,既不能發生氫氣泄漏,也不能造成密封油大量泄漏進入發電機,致使機內氫氣濕度超標。為此應將發電機兩側密封油檔更換為微正壓型密封油檔,阻止密封油向機內滲漏,同時應調整發電機密封瓦間隙到zui合理的程度。此外,氫冷器也是回路中密封治理的重點,雖然氫氣壓力較高可以保證在氫冷器存在泄漏現象時不發生機內進水,但不能避免此時因氣水分子交換導致氫氣受潮,為此應加強氫冷器的漏水控制。
c.盡量降低汽輪機潤滑油中含水量
考慮到氫氣與發電機密封油之間不可能達到的密封隔離,應對密封油進行微水含量監視,過大時應進行濾油處理,這是保證發電機內部氫氣濕度不超標的一個重要措施。含水量標準應執行頒布的DL/T705-1999運行中氫冷發電機用密封油質量標準的規定,控制在50 mg/L以內。
1.4 加強發電機內部的氫氣干燥
a.使用效果較好的氫氣干燥器
盡管任何一種氫氣干燥器在運行狀態良好時,都能保證氫氣循環系統密封良好的發電機內的氫氣濕度在合格范圍以內,但是考慮到氫氣干燥器的運行可靠程度、氫氣循環系統密封不好時的除濕效果,以及發電機停機時多數氫氣干燥器將退出運行等因素,建議在氫氣濕度超標較為嚴重的發電機上優先選用帶有自循環系統的吸附式氫氣干燥器,利用其故障率較低、除濕效果較好的特點盡可能提高發電機內氫氣的干燥程度。
b.如采取以上措施后,發電機內氫氣濕度仍無法達標,可考慮在發電機勵側增加1臺氫氣干燥器。氫氣濕度較高時,2臺氫氣干燥器同時工作,其它時間可1臺備用。但應注意的是,干燥器的開孔位置和角度會影響自循環型干燥器的循環效果,為避免造成氫氣循環的死區,應請有經驗的單位進行專業設計。
1.5 加強氫氣濕度的監測和管理
a.加強氫氣濕度的監測,可安裝在線監測裝置。特別是一些調峰電廠和機組,由于發電機啟停頻繁,機內氫氣濕度也處于變化之中,為防止停機時發電機內的氫氣濕度超標而失去監控,應考慮安裝在線監測裝置。
b.目前氫氣濕度檢測和監測裝置沒有統一的校驗儀器和標準,不能保證氫氣濕度數據的詳實可信。一些單位采用便攜式儀器與實驗室測量、在線監測裝置之間進行互相比較,暫時解決了沒有校驗儀器的問題,但不能*解決校驗標準的問題。因此,應對氫氣濕度檢測和監測裝置建立量值傳遞制度進行探索,定期進行氫氣濕度檢測儀器的抽檢和現場抽檢。河北南網通過對氫氣濕度超標發電機的治理,取得了明顯效果。到目前為止,2001年氫氣濕度超標的發電機多數已經合格,部分發電機的氫氣濕度指標還達到了令人滿意的水平,如治理前某熱電廠2臺200 MW發電機氫氣露點值平均為18℃,治理后均已降到-16℃以下。由以上治理效果可知,通過科學分析和各專業協同配合,是能夠*氫冷發電機氫氣濕度超標這個頑癥的。在*消除這一現象后,氫冷發電機的故障率將會進一步下降,這將為提高發電機組等效可用系數和安全經濟運行水平起到巨大的作用。
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