发电机氢气湿度大原因分析与处理

引言

0FsN-l000-2-27型汽轮发电机为汽轮机直接拖动的隐极式、二极、三相同步发电机,采用水氢氢冷却方式,即定子绕组水内冷,定、转子铁芯及转子绕组氢气冷却,氢气干燥装置为一台牡丹江联和电力生产的xFG-1F型吸附式氢气干燥器,xFG-1F型氢气干燥器的运行方式为吸湿与再生自动切换,并配有油气分离器防止氢气中密封油气污染吸附剂,氢气处理能力为100Nm3/h。

现场两台1000Mw发电机的氢气湿度情况存在一定差异,在线氢气湿度表分别在氢气干燥器前后各有一个,以此观察机内氢气湿度及氢气干燥器的运转情况。其中,#4发电机氢气干燥器进口露点温度可以长期维持在-15~-10℃,出口露点温度在-25~-15℃:但#3发电机氢气干燥器进口露点温度长期在-5~0℃,出口露点温度在-15~5℃,在长时间高负荷运行工况下,露点温度间歇性超过0℃,且化学定期手测氢气湿度与在线表计无明显偏差。按照DL/T651一2017《氢冷发电机氢气湿度技术要求》的规定,发电机运行状态下最低温度大于10℃的机组,氢气露点温度允许最高为0℃,故#3发电机氢气湿度存在间歇性的超标现象。根据《防止电力生产事故的二十五项反措要求》,在氢气湿度超标的情况下,禁止发电机长时间运行,故需对氢气湿度超标的情况进行分析与处理,以防止情况恶化。

1氢气湿度超标对发电机的危害

(1)氢气湿度超标易造成发电机定子线圈短路事故。氢气湿度越大,氢气中含水量也越高,会导致定子绕组的绝缘性能下降,更容易发生表面爬电、闪络等现象,甚至拉弧放电,造成定子绕组短路。

(2)氢气湿度超标易造成发电机转子护环产生应力性腐蚀。发电机氢气湿度高,将对其接触的金属产生应力性腐蚀,由于应力性腐蚀会使护环产生裂纹,同时护环内的绝缘紧固件也会产生松动,导致绝缘紧固件与护环端部转子线圈摩擦,引起转子线圈接地或短路情况的发生。

(3)影响发电机的运行效率。由于氢气中含水量高,机内冷却气体密度增大,增加了发电机通风损耗,降低了发电机的运行效率。

2#3发电机氢气湿度大原因分析

2.1补入发电机氢气湿度大

按照DL/T65l一20l7《氢冷发电机氢气湿度技术要求》的规定,发电机充氢、补氢用的氢气常压下的允许湿度为露点温度≤-50℃,通过几次对化学制氢站来氢气湿度分析检查,满足露点温度≤-50℃的要求,且每次发电机补氢后氢气湿度未见明显变化,几台机组共用一套补氢系统,若存在补氢露点超标情况会对几台机组均有影响,因此可以排除补入发电机氢气湿度大这一原因。

2.2发电机在线氢气湿度表计不准

经过在线湿度表计显示露点温度与化学人员现场测量露点温度结果对比,无明显异常,且在线表计经过校准后与校准前露点温度显示没有明显变化,因此可以排除发电机在线氢气湿度表计不准这一原因。

2.3氢冷器、定冷水系统漏水进入发电机

因定子冷却水与氢冷器冷却用工业水的压力低于氢压较多(定子冷却水额定压力0.3MPa,工业水额定压力0.4MPa,氢气额定压力0.52MPa),同时定子冷却水水箱水位一直较稳定,定子冷却水系统压力始终正常,氢冷器冷却状况良好,无冷却不良现象,且在定子冷却水水箱顶部安装的氢气含量检测装置也从未检测到有氢气泄漏现象,因此,可排除定子冷却水系统及氢冷器冷却水漏水进入发电机,导致#3发电机组氢气湿度大。

2.4密封油系统中水分进入机内

造成发电机氢气湿度大的常见原因为密封油中含水量偏高,密封瓦存在窜油现象,油中水分扩散到机内。为了防止氢气泄漏,密封油压力需要高出机内氢气压力,现场油氢压差维持在0.056MPa左右,通过油氢压差阀来维持压差稳定,所以密封油侧、氢侧存在的压差无法彻底消除,存在少量窜油现象,油中的水分就会进入到氢气中。而通过对密封油箱处取样分析可以得出密封油中含有一定量的水分(与#4发电机密封油系统中含水量未见明显差异),同时在以前检修期间也存在有密封油进入机内的现象,因此,密封油中水分进入机内导致机内氢气湿度增大是有可能的,但由于#4发电机同样存在少量密封油进入机内的情况,因此密封油中水分进入机内只是氢气湿度大的原因之一。

2.5氢气干燥器故障

2.5.1氢气干燥器分子筛效率不足

#3发电机氢气干燥器投运后已两年未更换分子筛及油气分离器的活性炭,存在分子筛效率变低可能。

2.5.2氢气干燥器加热功率不足

通过对再生气流调节,氢气干燥器的两干燥塔加热温度均能达到140~160℃,再生气流温度能达到70~80℃,满足厂家对干燥器温度要求,因此电加热功率足够。

2.5.3氢气干燥器内部回路不畅

虽然通过调节气流流量,加热温度及再生气流温度满足正常要求,但仍存在气流整体流量偏小导致干燥器处理气体量不足使整体湿度偏大的可能。

3处理

利用#3发电机组检修机会,对#3发电机氢气湿度大情况进行了处理。

对发电机密封瓦的间隙进行了调整,在保持油氢压差不变的情况下保证更少的密封油泄漏进发电机膛内:对发电机氢冷器进行了水压试验,定子冷却水回路进行了水路气密试验,试验均证明无泄漏现象,保证了运行中没有定子冷却水或工业水进入发电机膛内:更换了#3发电机氢气干燥器的分子筛及油气分离器的活性炭,更换过程中对分子筛及活性炭的检查未发现异常现象,因此分子筛和活性炭效率应未受影响,但同时在更换分子筛的过程中发现一干燥塔的气流回路存在部分堵塞现象,即在相同加热温度和再生气流温度情况下,再生气流的流量会较正常回路偏小,因此会导致氢气干燥器处理能力不足:检查了干燥器其他回路的通流情况,未发现异常。

4结语

通过上述措施的实施,在#3发电机组检修完成启动之后,对氢气露点进行观察发现,即使在长期高负荷工况下,进口露点也可以保持-10~-5℃,出口露点在-20~-10℃,较检修前有了显著改善,能够保证氢气露点在合格范围内。