2019.6 EPEM 61
发电运维
Power Operation
某
绗缝被9F 联合循环电厂燃机发电机由上海电气公司制造，型号为QFSN-300-2，采用水氢氢冷却方式，额定氢压0.31MPa，额定油氢压差84kpa，机 组正常运行要求氢气控制系统干燥器出口露点小于-25℃，氢气纯度大于98%，小于96%必须进行 补排。
该电厂第一套机组在2018年7月投产商运后，7月至9月氢气纯度一直保持在98.5%，从10月开始发现第一套机组氢气纯度慢慢下降，每天大概下降0.1%，一个月后氢气纯度由98.5%下降至95.8%。
1.1 密封油系统
该电厂采用双流环式密封油系统，双流环式密封瓦供油分为氢侧供油和空侧供油。空侧密封油正常流程：空侧油箱-空侧交流油泵-主差压阀-空侧冷油器-空侧过滤器-密封瓦空侧-空侧油箱；空侧密封油事故流程：空侧油箱-密封油直流油泵-备用差压阀-空侧冷油器-空侧过滤器-密封瓦-空侧油箱；氢侧密封油流程：氢侧油箱-氢侧密封油泵-氢侧冷油器-氢侧过滤器-励端平衡阀/机端平衡阀-励端密封瓦氢侧/机端密封瓦氢侧-消泡箱-氢侧油箱。主差压阀油氢压差整定值为84kpa，备用差压阀油氢压差整定值为56kpa，机端、励端差压平衡阀要求空侧、氢侧油压差值在±0.49kpa，励端、机端的氢侧回油在消泡箱前室中分离气体后通过U 型油封弯管回到氢侧油箱，回油中的氢气以及氢侧油箱上部氢气通过U 型油封弯管
水氢氢发电机氢气纯度下降原因分析与处理
中电（四会）热电有限责任公司 苏兴跃 张钊武 段 赫
摘要：分析了水氢氢发电机氢气纯度下降的主要因素是发电机励端平衡阀工作异常导致密封油氢侧进油压力偏低，引起氢气纯度下降，最终彻底解决了氢气纯度下降问题。关键词：水氢氢；氢气纯度；密封油；平衡阀单水合肼
两端接口再次回到消泡箱。机端、励端空侧回油跟轴承润滑油汇集后回到空侧油箱，空侧油箱通过U 型管与燃机润滑油箱相连接。密封油封系统设置有真空净油装置，为油质提供保障。
1.2 氢气系统
发电机氢气系统主要包括氢气干燥系统、绝缘过热检测系统、漏氢监测系统和氢气控制系统。氢气干燥系统主要用于降低发电机内氢气湿度，保持干燥装置出口露点小于-25℃。干燥介质采用活性氧化铝，干燥器的工作和再生过程由就地PLC 控制，投运后自动运行，整个氢气干燥过程是闭式循环，不会消耗氢气和引入其他气体。绝缘过热检测系统主要是检测预判发电机内部是否有部件出现绝缘过热现象，为发电机的安全运行提供超前判断。漏氢监测系统主要监测氢气泄露情况，该电厂设置八处漏氢监测，分别为定冷水箱上部、发电机励端、机端轴承回油、发电机中性点处、发电机出线箱与封闭母线连接处、发电机a、B、C 相出线，当氢气泄露浓度大于1%高报警，大于2%高高报警，提醒运行人员处理。
利路防水接头
2 发电机水氢氢冷却的优缺点
氢气相对于空气等其他气体比重小，发电机转动部件的摩擦损失和通风损耗较小；氢气的比热相对空气等其他气体大，换热效果明显，同等的发电机容量冷却器体积小，节省耗材，降低成本；氢气理化性质稳定且不助燃，发电机发生绝缘击穿事故不会扩大事故引发更大危险[1]；采用氢气冷却，发电机
的密封性要求严格，有助于阻止杂质进入发电机内部，保证绝缘良好。
发电运维
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氢气易燃易爆，与空气混合达到爆炸极限（4%~76%）时容易发生爆炸事故；为防止发电机内部氢气泄露，需要配备密封油系统和氢气泄露监测装置，氢气运行中发生损耗，补排氢气需要配备氢站和氢气控制系统，增加维护量和成本；定子线圈采用水冷，需要配备定冷水系统，为防止定冷水外漏造成事故，必须装设发电机漏水监测装置。
3 氢气纯度下降的影响
引道结构图氢气纯度下降，发电机的通风摩擦损耗增加，发电机效率降低，出力减小，同时定子线圈和其他部件温度上升，绝缘有可能降低，影响机组的经济运行和安全运行，实验数据表明，氢气压力维持稳定，氢气纯度每下降1%，发电机的通风摩擦损耗大约增加11%[2]。
4 氢气纯度下降的原因分析
4.1 氢站出口氢气纯度、湿度超标
多次校验氢站出口氢气纯度为99.99%，露点为-26℃~-35℃，均满足要求。
4.2 在线氢气纯度仪测量有误差
将就地氢气纯度仪的氢气取样低位手动门关闭，打开氢气取样高位手动门，排污后发现氢气纯度由95.8%上升到98.6%，采用手持氢气纯度仪从各个低位排污点测量，均发现氢气纯度小于96%，说明在线氢气纯度仪测量不存在过大的测量偏差。
4.3 密封油排烟风机运行异常仿流明
由于密封油排烟风机与密封油空侧油箱相连，而空侧油箱经过U型管与润滑油箱相连，密封油排烟风机出力偏小容易造成空气和少量泄露的氢气聚集到空侧油箱，然后通过U型管回到润滑油箱，反之密封油排烟风机出力过大，容易将空侧油吸出，造成风机过载跳闸，查看TCS曲线，密封油排烟风机出口负压稳定在-0.53kpa~-0.82kpa之间，属于正常情况，测量密封油排烟风机和润滑油排油烟风机出口排放处，氢气浓度基本为零。
4.4 密封油含水量超标
密封油指标每周化验一次，7~9月密封油含水量平均值约为39mg/L，满足小于50mg/L的标准，氢气纯度下降期间，多次取样化验密封油含水量基本在50mg/L附近波动，最高一次化验值达到53.7mg/ L，超过标准值50mg/L，初步怀疑氢气纯度下降可能与密封油含水量超标有关。4.5 氢气干燥装置除湿效果不佳
检查氢气干燥装置进出口露点分别-18℃和~35℃，均正常，打开进出口分离器底部排污手动门未见有水滴，汽水分离器自动疏水器良好，干燥塔运行无异常。
4.6 机端、励端平衡阀异常
励端、机端平衡阀工作异常可能会导致空侧、氢侧密封油互串。平衡阀的调节精度要求很高，目前平衡阀要求精度为±50mm水柱（±490kpa），密封油含有的水汽、空气等杂质进入平衡阀的油缸会阻碍平衡阀活塞的正常运动，导致平衡阀调节精度变差，空氢侧油压失调。如果氢侧密封油压力大于空侧密封油压力，氢侧的密封油经过密封瓦间隙向空侧密封油流动，导致氢侧油箱液位下降，氢侧油箱液位下降到一定数值时，氢侧油箱补油阀自动打开，空侧密封油携带水汽、空气等杂质进入氢侧油箱，从而向发电机内部扩散，导致氢气纯度下降；如果空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，空侧密封油通过密封瓦间隙直接向氢侧密封油流动，导致携带水汽、空气等杂质的空侧密封油串入氢侧并将水汽、空气释放到发电机内部，从而导致氢气纯度下降[3]。
甲类功率放大器
就地查看密封油系统运行参数如表1，由表1中数值（前）可知，励端氢侧密封油进油压力0.37MPa 明显低于励端空侧进油压力0.41MPa，造成空侧密封油向氢侧密封油流动，是导致氢气纯度下降的原因之一。机组停运后，对励端、机端平衡阀进行活动试验，具体操作是通过打开、关闭平衡阀的进油手动门和轻敲平衡阀阀体，活动平衡阀后相关数值如表1中数值（后），励端、机端空氢侧进油压力基本相等，将氢气纯度从96%通过补排升高至98%持续跟踪观察一个月后氢气纯度稳定在97.8%。
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4.7 氢侧油箱补、排油浮球阀异常
氢侧油箱补油、排油浮球阀异常会导致空氢侧密封油不断进行交换，导致氢侧油箱油位波动，在氢气纯度稳定后，连续观察氢侧油箱油位，机组运行时稳定在5~15mm，机组停运时稳定在95~105mm，用测温测量氢侧油泵进出口温度为58℃（运行）、37℃（停运）补排油管道温度稳定在29℃，说明氢侧油箱补油、排油浮球阀工作正常。4.8 主差压阀工作异常
主差压阀跟平衡阀精度要求都很高，主差压阀工作异常容易导致油氢压差失稳，正常油氢压差整定值为84kpa。主差压阀是采集空侧油压和发电机内氢压进行调节的，氢压变化，空侧油压跟随调节，空侧油压变化，氢侧油压经过平衡阀跟踪空侧油压[4]， 当油氢压差远大于84kpa时，要防止氢侧油进入发电机，污染氢气，使氢气纯度下降；当油氢压差远小于84kpa时，要防止氢气外漏，查看TCS曲线，氢气纯度持续下降期间，油氢压差基本稳定在80~88kpa，主差压阀调节正常。
4.9 密封瓦间隙超标
国产引进的300MW汽轮机或燃机发电机组，密封瓦间隙一般为0.15~0.28mm[5]，当密封油温度大幅增高时，密封瓦间隙会慢慢增大，密封油流量跟随增加以维持一定的密封油压力，此时要注意发电机
励端、机端的消泡箱液位是否报警，查看TCS 曲线，机组自投运以来，消泡箱液位正常未报警，由于该电厂投产商运不久，基本排除密封瓦间隙变大导致氢气纯度下降这一原因，密封瓦间隙待机组大修后进行测量比对。
4.10 密封油温偏高
密封油温度高低影响油的粘度从而影响油压，油温升高，粘度降低，油的通流面积不变，油压会相应降低，氢气纯度下降期间密封油温度基本稳定在35~45℃，属于正常情况。由于氢侧油路管径小，油温变化不大且氢侧油泵出口压力高可调节范围大，因此仅针对空侧油温高低对油压影响作了以下试验：机组停运后将空侧密封油温度由37℃降至30℃，空侧密封油泵出口压力由0.525MPa升高至0.545MPa，空侧供油母管压力由0.44MPa升高至0.46MPa，油氢压差由85kpa升高至90kpa，机端、励端平衡阀压差表无明显变化，维持aIR SIDE HIGHER 10mbar；机组运行中将空侧密封油温度由42℃升高至49℃（高报警值），空侧密封油泵出口压力由0.515MPa降至0.49MPa，空侧母管压力由0.435MPa降至0.42MPa，油氢压差由85kpa 降至78kpa，机端、励端平衡阀差压表由aIR SIDE HIGHER 15mbar变成H2 SIDE HIGHER 10mbar，此时密封油空侧进油压力0.396MPa略小于氢侧进油压力0.40MPa。
通过该试验表明，空侧油温升高至报警值49℃以上时，使空侧母管压力进一步降低至接近励端、机端
密封油的进油压力，造成空侧励端、机端进油压力可调范围缩小，对油氢压差和平衡阀压差造成一定的影响，因此，在机组运行中必须保持密封油温不超限（49℃）。
5 结论
经过对发电机氢气纯度下降原因的一一排查和分析，查明影响氢气纯度下降的最主要原因是励端平衡阀工作异常导致发电机励端氢侧进油压力偏低，空侧密封油串入到氢侧密封油从而将空侧密封油携带的水汽和空气等杂质释放到发电机内部，次要原因是密封油含水量稍微偏高，经过活动励端平衡阀和滤油，解决了氢气纯度下降的原因，目前该机组氢气纯度基本稳定在97.8%，彻底解决了氢气纯度下降的问题，大大提高了机组运行的安全性和经济性。
参考文献
[1]卢广法，沈建明，朱国雷.西门子F级燃气-蒸汽联合循环发电机组培训教材[M].杭州，浙江大学出版社,2014:187-188.
[2]赵韵奇，熊大健.600MW氢冷发电机氢气纯 度下降的原因分析及处理[J].汽轮机技术,2008
(02):148-150.
[3]李阳.660MW氢冷发电机氢气纯度下降分析[J].山东工业技术,2019(10):183-184.
[4]王劭刚.发电机氢气纯度下降分析[J].科技创新导报,2017,14(35):69-70.
[5]胡晓辉.双流环密封油发电机氢气纯度下降的原因分析[J].华电技术
,2008(07):14-16.
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