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    摘要：發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)氫氣濕度是一項(xiàng)重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，氫氣濕度是否在規(guī)定范圍內(nèi)直接影響著機(jī)組的安全運(yùn)行。過(guò)于干燥的環(huán)境會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)定子的某些部件產(chǎn)生有害的影響，造成端部墊塊收縮和支撐環(huán)裂紋，將導(dǎo)致定子端部絕緣發(fā)生磨損。濕度過(guò)高，水汽在氫氣溫度過(guò)低時(shí)會(huì)產(chǎn)生結(jié)露，降低發(fā)電機(jī)絕緣，可能進(jìn)一步造成發(fā)電機(jī)故障。氫氣濕度的變化與密封油、除濕裝置等系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量息息相關(guān)，因此對(duì)氫氣濕度的控制也主要從上述系統(tǒng)著手。

   關(guān)鍵詞：氫氣；濕度；密封油；除濕裝置

   1 概述

    三河發(fā)電有限責(zé)任公司二期兩臺(tái)發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)股份有限公司制造的QFSN-300-2-20B型三相、二極、隱極式轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)，冷卻方式為水—氫—氫。定子繞組的冷卻水由水冷泵強(qiáng)制循環(huán)，進(jìn)出水匯流管分別裝在機(jī)座內(nèi)的勵(lì)端和汽端，并通過(guò)水冷器進(jìn)行冷卻，氫氣則利用裝在轉(zhuǎn)子兩端的軸流式風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，并通過(guò)發(fā)電機(jī)兩端氫冷器進(jìn)行冷卻，在機(jī)內(nèi)密閉循環(huán)。發(fā)電機(jī)端蓋內(nèi)裝有單流環(huán)式油密封，以防止氫氣從發(fā)電機(jī)內(nèi)逸出。

    運(yùn)行初期，發(fā)電機(jī)氫氣濕度變化較大，由于氫氣濕度超標(biāo)，將降低發(fā)電機(jī)絕緣水平，使發(fā)電機(jī)定子絕緣薄弱處發(fā)生相間短路事故；降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣水平，嚴(yán)重的匝間短路可導(dǎo)致軸振和機(jī)組磁化；使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，縮短發(fā)電機(jī)的壽命。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的檢查、分析、處理，目前已經(jīng)基本掌握了對(duì)氫氣濕度變化大的控制調(diào)整方法。

    2 引起發(fā)電機(jī)氫氣濕度變化大的因素分析

    針對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣濕度變化大的問(wèn)題，對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)、氫冷器、密封油系統(tǒng)、排補(bǔ)氫系統(tǒng)、氫氣除濕裝置可能對(duì)氫氣濕度產(chǎn)生的影響，進(jìn)行了分析檢查。

    2.1 內(nèi)冷水系統(tǒng)、氫冷器系統(tǒng)

    發(fā)電機(jī)的定子繞組采用水冷方式。發(fā)電機(jī)額定氫壓為0.25MPa，為避免運(yùn)行過(guò)程中繞組或冷卻水連接管等部位發(fā)生泄漏而使內(nèi)冷水進(jìn)入發(fā)電機(jī)，根據(jù)廠家設(shè)備說(shuō)明書(shū)和公司的集控運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定，機(jī)內(nèi)氫壓必須大于內(nèi)冷水壓力0.03MPa以上，氫氣壓力降至0.23 MPa時(shí)補(bǔ)氫。從實(shí)際運(yùn)行情況看，內(nèi)冷水壓力始終維持在0.19~0.20MPa，在進(jìn)行定冷泵切換時(shí)定冷水壓力升高；另外，由于采用人工補(bǔ)氫，在機(jī)內(nèi)氫壓降低時(shí)，有時(shí)會(huì)因補(bǔ)氫不及時(shí)，使氫壓略低于0.23 MPa，都會(huì)使機(jī)內(nèi)氫壓與內(nèi)冷水的壓差接近甚至小于0.03MPa。

    在對(duì)發(fā)電機(jī)油水檢測(cè)器進(jìn)行排污時(shí)，并未發(fā)現(xiàn)有水流出。說(shuō)明內(nèi)冷水系統(tǒng)雖然存在偏離規(guī)定值運(yùn)行的現(xiàn)象，但該系統(tǒng)并不是影響發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度變化的因素。

    內(nèi)冷水運(yùn)行時(shí)，維持水溫高于機(jī)內(nèi)氫氣溫度。

    發(fā)電機(jī)氫冷器運(yùn)行中，保持氫側(cè)壓力高于水側(cè)壓力，在冷卻水進(jìn)口管路上設(shè)有壓力控制閥門，以確保水壓低于氫壓。

   2.2 密封油系統(tǒng)

    該發(fā)電機(jī)安裝了單流環(huán)式密封油系統(tǒng)，其補(bǔ)油來(lái)自汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)。

   密封油系統(tǒng)由真空裝置（包括真空油箱、真空泵組和再循環(huán)油泵）、密封油泵、油氫差壓調(diào)節(jié)閥、擴(kuò)大槽、浮子油箱以及空氣抽出槽等設(shè)備組成。其中氫側(cè)（以密封瓦為界，靠近氫氣側(cè)為氫側(cè)，另一側(cè)為空側(cè)）密封油回油經(jīng)過(guò)擴(kuò)大槽、浮子油箱進(jìn)入空氣抽出槽，匯合空側(cè)密封油回油后進(jìn)入潤(rùn)滑油回油系統(tǒng)，返回至汽機(jī)主油箱。空側(cè)密封油回油直接進(jìn)入空氣抽出槽。如圖1所示。
         
                     
                                           圖1  密封油系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

  2.2.1 油氫差壓

    機(jī)組正常運(yùn)行中，依靠油氫差壓調(diào)節(jié)閥自動(dòng)跟蹤發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力的變化，維持油氫差壓在0.05±0.02 MPa范圍內(nèi)。從實(shí)際運(yùn)行情況看，該差壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性良好。在對(duì)油水檢測(cè)器進(jìn)行排污時(shí)，發(fā)現(xiàn)有少量油流出，但數(shù)量很小。

    2.2.2 密封油系統(tǒng)真空裝置

    密封油系統(tǒng)的來(lái)油為汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油。

    正常運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油不斷地補(bǔ)充到真空油箱中，通過(guò)真空泵組的連續(xù)工作，使真空油箱維持一定的真空，潤(rùn)滑油中含有的空氣和水份（水蒸氣）在真空油箱中被分離出來(lái)，通過(guò)真空泵和真空管路被排至廠房外，從而使進(jìn)入密封瓦的油得以凈化，防止空氣和水分對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣造成污染。

    通過(guò)再循環(huán)油泵的運(yùn)行，使真空油箱中的油形成一個(gè)局部循環(huán)回路，從而使油得到更好的凈化。

    為了加速空氣和水份從油中釋放，真空油箱內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)噴頭，補(bǔ)充進(jìn)入真空油箱的油通過(guò)補(bǔ)油管端的噴頭，再循環(huán)油通過(guò)再循環(huán)管端的噴頭而被擴(kuò)散，加速空氣、水份（水蒸氣）從油中分離。

    因此，必須保證密封油真空裝置處于正常的工作狀態(tài)，否則不利于密封油中的空氣和水份（水蒸氣）的擴(kuò)散分離，進(jìn)而在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)入氫氣內(nèi)，最終影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度。

     2.2.3密封油質(zhì)量

    由于發(fā)電機(jī)氫氣與氫側(cè)密封油直接接觸，因此密封油的含水量大小，將直接影響發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的濕度。

    發(fā)電機(jī)密封油油源來(lái)自汽輪機(jī)潤(rùn)滑油。

    從實(shí)際運(yùn)行情況看，由于汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量較差，汽缸兩端汽封處有蒸汽漏出，串入軸瓦中，造成油中積水，返回至主油箱。

    主油箱濾油機(jī)工作效果不好，造成潤(rùn)滑油含水量大。

    主油箱排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，曾發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)外殼積水，外殼處積水無(wú)法及時(shí)排出，又倒流回主油箱，使排煙風(fēng)機(jī)效果降低甚至消失。針對(duì)該問(wèn)題，已在風(fēng)機(jī)外殼底部加裝疏水管進(jìn)行處理。

    潤(rùn)滑油冷卻器運(yùn)行時(shí)油側(cè)壓力高于水側(cè)壓力，備用冷卻器冷卻水出入口門處于關(guān)閉狀態(tài)，放水門開(kāi)啟。因此可以基本排除冷卻器對(duì)油鐘水分的影響。

    含水量大的潤(rùn)滑油補(bǔ)油至密封油后，不但增加了密封油真空裝置的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，降低了除水效果，使密封油含水量增大。

     密封油系統(tǒng)空氣抽出槽安裝有兩臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，維持抽出槽適當(dāng)?shù)呢?fù)壓。運(yùn)行中，排煙風(fēng)機(jī)前部的分離裝置內(nèi)會(huì)有有水析出，因此需要及時(shí)將水排出，以降低油中的水含量。實(shí)際運(yùn)行早期，未能意識(shí)到該問(wèn)題，也是間接影響氫氣濕度的因素之一。目前，已安排定期進(jìn)行手動(dòng)排水。

    2.3 發(fā)電機(jī)排補(bǔ)氫系統(tǒng)

    發(fā)電機(jī)排補(bǔ)氫系統(tǒng)如圖2所示。

    由于制氫站的取消，發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫氣源采用氫罐，因此罐內(nèi)氫氣的質(zhì)量將直接影響補(bǔ)氫后發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的濕度。

    如圖2所示，在發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫管上裝有吸附式氫氣干燥器，裝有0.1m3(約70Kg )硅膠，同時(shí)干燥器內(nèi)裝有濾網(wǎng)，具有過(guò)濾、擴(kuò)容疏水（液）的功能，可以對(duì)補(bǔ)充進(jìn)入發(fā)電機(jī)的氫氣進(jìn)行干燥處理，以確保進(jìn)入發(fā)電機(jī)的氫氣濕度合格。因此應(yīng)定期對(duì)干燥器內(nèi)干燥劑進(jìn)行檢查、再生（烘焙干燥）或更換，以保證干燥效果。干燥器底部安裝有排污閥門，以對(duì)可能存在的水分進(jìn)行定期排放。

    如干燥器內(nèi)硅膠失效或未能進(jìn)行定期排污，都將影響發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度。同時(shí)應(yīng)保證干燥器旁路門關(guān)閉嚴(yán)密。
    
                  
                                    圖2  發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

    2.4 發(fā)電機(jī)氫氣除濕裝置

   發(fā)電機(jī)氫氣除濕裝置如圖3所示。
            
                      
                               圖3 發(fā)電機(jī)氫氣除濕裝置簡(jiǎn)圖

    發(fā)電機(jī)安裝XFG-1F型氫氣干燥器，用以清除發(fā)電機(jī)氫氣內(nèi)的水分。在吸附式干燥器前布置油分離器，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)循環(huán)風(fēng)機(jī)停運(yùn)，旁路門開(kāi)啟，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣在轉(zhuǎn)子兩端風(fēng)扇的作用下，順序經(jīng)過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)旁路、除濕裝置入口濕度計(jì)、油分離器、吸附式干燥器、除濕裝置出口濕度計(jì)，最后返回至發(fā)電機(jī)內(nèi)。

    在油分離器內(nèi)將氫氣中的油分分離后，進(jìn)入吸附式干燥器內(nèi)，利用活性氧化鋁作為干燥劑，當(dāng)活性氧化鋁吸收水分達(dá)到飽和后，程序自動(dòng)將其轉(zhuǎn)為再生狀態(tài)，通過(guò)加熱使氧化鋁束縛的水分汽化，再通過(guò)一股氫氣將釋放出的水分帶走，最后經(jīng)過(guò)冷卻，將帶出的水分冷卻為冷凝水，由疏水門排出。

    循環(huán)風(fēng)機(jī)的旁路門在運(yùn)行中控制著經(jīng)過(guò)除濕裝置的氫氣流量，對(duì)于控制氫氣的濕度起著至關(guān)重要的作用，通過(guò)實(shí)際操作，運(yùn)行中通過(guò)調(diào)整循環(huán)風(fēng)機(jī)的旁路門可以將氫氣濕度控制在要求的范圍內(nèi)(-5 ~15)。同時(shí)，再生后的冷凝水需要及時(shí)排出，否則將影響再生效果，進(jìn)而影響整個(gè)干燥器的干燥效果。

    3 影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度變化大的原因總結(jié)

    通過(guò)上述分析，可以發(fā)現(xiàn)，影響發(fā)電機(jī)濕度主要原因如下：

    （1）密封油含水量大；

    （2）系統(tǒng)各部位的水分無(wú)法及時(shí)排出；

   （3）氫氣除濕裝置循環(huán)風(fēng)機(jī)旁路門開(kāi)度不合適。

    4 結(jié)語(yǔ)

    （1）進(jìn)行系統(tǒng)的分析，考慮通過(guò)軸端汽封間隙調(diào)整、軸封系統(tǒng)管路改造、合理調(diào)整軸封壓力和軸封供回汽門開(kāi)度等手段，提高軸封系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，盡量減少和消除軸封漏汽。

    （2）加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油的油質(zhì)監(jiān)督，提高濾油機(jī)的維護(hù)質(zhì)量，保證其濾水效果。定期對(duì)主油箱底部進(jìn)行排污，同時(shí)視油位情況，補(bǔ)充合格潤(rùn)滑油。保證主油箱排煙風(fēng)機(jī)和空氣抽出槽排煙風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，維持適當(dāng)?shù)呢?fù)壓。保證主油箱排煙風(fēng)機(jī)、空氣抽出槽排煙風(fēng)機(jī)、除濕裝置干燥器等部位的水分及時(shí)排出。

    （3）加強(qiáng)密封油系統(tǒng)真空設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，保證設(shè)備運(yùn)行正常，確保密封油系統(tǒng)真空油箱、再循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)清除油中水分的效果。

    （4）視氫氣濕度的變化情況，及時(shí)合理調(diào)整循環(huán)風(fēng)機(jī)旁路門開(kāi)度，維持氫氣濕度在規(guī)定范圍內(nèi)。

   參考文獻(xiàn)：

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   [3] 東方汽輪機(jī)廠設(shè)備運(yùn)行說(shuō)明書(shū)[Z]．

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    李小龍（1977-）

   男，河北三河人，專科，助理工程師，現(xiàn)就職于三河發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事電廠集控運(yùn)行。

   張新元（1976-）

   男，河北遷安人，專科，助理工程師，現(xiàn)就職于三河發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作。

   孟森林（1974-）

    男， 河北廊坊人，本科，助理工程師，現(xiàn)就職于三河發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事電廠集控運(yùn)行工作。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十二期