水氢氢冷却发电机氢气纯度偏低的原因和对策＊

杨 勤

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江长兴313100）

水氢氢冷却发电机氢气纯度偏低的原因和对策＊

杨 勤

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江长兴313100）

水氢氢冷却发电机氢气纯度偏低不利于机组安全经济运行.以上海电机厂生产的QFSN2－300－2型发电机实际流程为例，分析了水氢氢冷却发电机氢气纯度偏低的主要原因是发电机空侧密封油油质差、空氢侧密封油串油和氢侧密封油扩散到发电机氢气中.建议从提高发电机空侧密封油油质、减少发电机空氢侧密封油串油等五个方面来提高发电机的氢气纯度.

氢气纯度；密封油系统；油质；串油

1 发电机氢气纯度偏低的不利影响及主要原因

发电机正常运行中氢气纯度需要高于97%，最低不能低于90%.若偏低可能产生以下不利影响：①降低了氢气换热系数，在一定条件下可能引起发电机内构件局部过热.②增大了氢气密度，提高了发电机转子的旋转摩擦损耗，不利于延长发电机转子寿命.③增加了氢气排污补鲜次数，也就增加了制氢成本且不利于延长制氢设备使用寿命.

水氢氢冷却发电机的冷却方式为：定子绕组水内冷、定子铁心及结构件氢外冷、转子绕组氢内冷.氢气带走定子铁心及结构件、转子绕组热量后温度升高，在氢气冷却器中被开冷水冷却降温再进入发电机内冷却定子铁心及结构件、转子绕组，如此循环往复.为防止发电机内的氢气外漏到空气中可能遇火爆炸以及空气渗入发电机内污染氢气，在发电机汽励两端各布置有一片双环双流式密封瓦.每片密封瓦设置有两个配油槽，分别流过空侧密封油和氢侧密封油，这样，密封瓦与发电机转子轴颈之间的密封油就起到隔离发电机内氢气和外界空气的作用.

由此可见，可能与氢气接触混合进而降低氢气纯度的介质有：

（1）定冷水.如果在发电机内定冷水流过的绝缘水管存在泄漏点，定冷水和氢气就在发电机内发生接触.

（2）开冷水.如果在氢气冷却器内存在泄漏点，开冷水和氢气就在氢气冷却器内发生接触.

（3）密封油.在发电机汽励两端密封瓦的氢侧配油槽附近，氢侧密封油和发电机内氢气难免存在接触.

为防止发电机内进水，原则上规定发电机内定冷水压力和氢气冷却器内开冷水压力必须低于氢气压力，因此即使这两处水源与氢气存在接触，也主要引起发电机氢气内漏至水中，虽然也有极少量水以水汽形式渗透到氢气里，但对氢气纯度的影响相对有限.

与此相反，为防止发电机内氢气外泄，氢侧密封油压力必须时时高于发电机氢气压力，这样氢侧密封油就容易扩散至发电机氢气中.若扩散入氢气的密封油油质差（如含空气、水汽等物质），那么氢气纯度就要降低.可见发电机氢侧密封油油质差和氢侧密封油向氢气中扩散是发电机密封油系统导致氢气纯度偏低的两个重要条件.为分析发电机氢侧密封油油质差的原因，下面先介绍发电机密封油系统.

2 发电机密封油系统流程简介

发电机密封油系统由空侧密封油系统和氢侧密封油系统组成，如图1所示，虚线上为空侧密封油系统流程图，虚线下为氢侧密封油系统流程图.两个系统之间通过氢侧密封油箱的补油阀和排油阀联系起来.

（1）空侧密封油系统简介.空侧交流油泵或空侧直流油泵从空侧密封油箱将密封油打出，依次经过空侧冷油器、空侧滤油器、发电机汽励两端密封瓦空侧配油槽后，和发电机轴承回油一起返回空侧密封油箱.空侧密封油箱配有排烟风机，用以除去空侧密封油箱中所含氢气、空气、水汽和油烟等.在空侧密封油系统中设有主差压阀和备用差压阀，主差压阀与空侧交、直流油泵并联，通过调节油泵出口回油量来维持空侧油压与发电机氢气压力之差即油氢差压为84KPa左右，备用差压阀串接在空侧密封油的两路备用油源之后，在空侧密封油主油源正常运行时断开，一旦空侧密封油主油源发生故障（如空侧交、直流油泵都不能运转）致使油氢差压值降到56k Pa及以下时，备用差压阀自动打开以确保空侧油压恒高于发电机内氢气压力.从图中可见：整个密封油系统有三路油源：发电机轴承回油、汽轮机低压润滑油和汽轮机高压润滑油，它们都来自于汽轮机润滑油系统，且都直接进入空侧密封油系统.

（2）氢侧密封油系统简介.氢侧密封油自氢侧交流油泵或氢侧直流油泵打出，经氢侧冷油器、氢侧滤油器后分成两路：一路经发电机汽端空氢侧密封油压平衡阀、发电机汽端密封瓦氢侧配油槽、汽端消泡箱流回氢侧密封油箱，另一路经发电机励端空氢侧密封油压平衡阀、发电机励端密封瓦氢侧配油槽、励端消泡箱流回氢侧密封油箱.发动机汽励两端各一个空氢侧密封油压平衡阀调节空氢侧油差压在±490Pa范围内，以控制发电机汽励两端密封瓦的空侧氢侧串流量在许可范围.氢侧密封油箱通过补油阀从空侧密封油补油以及通过排油阀向空侧密封油排油可以维持氢侧密封油箱油位的稳定.

（3）机组运行期间，发电机氢气系统或多或少存在泄漏，所以氢气压力总是呈缓慢下降趋势.在发电机氢气系统定期或不定期排污补鲜过程中，氢气压力下降后又上升的速度还有所增大.空侧密封油系统中的主差压阀跟随上述各种情况下的氢气压力变化，使得空侧密封油压恒高于氢气压力84KPa左右.随着空侧密封油压变化，氢侧密封油系统中发电机汽励两端空、氢侧油压平衡阀随之动作，使得氢侧密封油与空侧密封油差压维持在±490Pa范围内.

3 发电机氢侧密封油油质差的原因

3.1 发电机空侧密封油油质差

众所周知，在汽轮机润滑油排油烟机抽吸作用下，汽轮机润滑油箱及回油系统保持微负压状态.这种微负压状态为汽轮机高中压缸和低压缸的端轴封蒸汽进入润滑油系统提供了可能，如果轴封齿因故受到损害，这种可能性会更大.汽轮机润滑油冷油器泄漏也会引起润滑油中进水.如果汽轮机润滑油滤油装置没有可靠运行，润滑油中没有除去的水分就可能通过发电机轴承回油等处进入发电机空侧密封油系统.

在空侧密封油箱排烟风机抽吸作用下，空侧密封油箱也保持微负压状态，使得空侧密封油回油在返回空侧密封油箱时难免携带有空气.

3.2 发电机空氢侧密封油串油

如果空侧密封油串入氢侧密封油，那么上述空侧密封油中可能含有的水分、空气等就进入氢侧密封油劣化氢侧密封油油质.氢侧密封油串入空侧密封油也会有同样后果，因为氢侧密封油串入空侧密封油后，氢侧密封油箱油位降低，为维持氢侧密封油箱油位稳定，氢侧密封油箱将通过补油阀从空侧密封油系统补油，也就补进了空侧密封油中可能含有的水分、空气等杂质.

从发电机密封油流程图可以看出，发电机空、氢侧密封油系统相互串油的地点有以下两处：一处是发电机汽端和励端的密封瓦；另一处是氢侧密封油箱补、排油阀.

发电机汽端和励端密封瓦处或多或少存在串油，但不能过量.引起串油量增大以致过量的情形主要有：

（1）若氢侧密封油系统两个平衡阀中任一个存在机械缺陷或密封油中所含杂质影响到平衡阀的调节品质，发电机汽励两端的空、氢侧密封油差压就难以时时维持在±490Pa范围，从而导致发电机汽端或励端密封瓦的串油量增大.

（2）若发电机汽励两端的空、氢侧密封油差压信号失真，即使数据上显示在±490Pa范围，可能导致发电机汽端或励端密封瓦的串油量增大.

（3）发电机汽励两端密封瓦与轴颈的间隙偏大也可能导致发电机汽端或励端密封瓦的串油量增大.

氢侧密封油箱补、排油阀中任一个开启都意味着空氢侧密封油串油，两阀开启状态可能发生在以下情形：

（1）发电机汽端和励端密封瓦处空氢侧密封油串油量增大，补油阀或排油阀将自动开启以维持氢侧密封油箱油位稳定.

（2）发电机氢侧密封油压比氢气压力偏高较多使得较多密封油进入氢气里，以及氢侧密封油系统存在泄漏等原因使得补油阀自动开启以维持氢侧密封油箱油位稳定.

（3）氢侧密封油箱补油阀和排油阀中任一个存在内漏，另一个阀相应开启以维持氢侧密封油箱油位稳定.

4 发电机氢气纯度偏低的对策

4.1 提高发电机空侧密封油油质

（1）密切监视汽轮机高中压缸和低压缸的轴封蒸气压力和温度，尤其在开停机和机组出力突变时.

（2）若汽轮机润滑油油质恶化，需要尽快查明原因处理并及时投运汽轮机润滑油在线或离线滤油装置.

（3）重视发电机空侧滤油器排污，必要时增加排污次数.

4.2 减少发电机空氢侧密封油串油

（1）在确保测量信号不失真的基础上，尽量调整发电机空氢侧密封油差压在规定范围内.

（2）利用停机检修的机会检查或处理可能引起串油的以下设备缺陷：发动机空侧密封油系统主差压阀和发电机汽励两端空氢侧油压平衡阀脏污磨损；氢侧密封油箱补油阀和排油阀内漏以及发电机汽励两端密封瓦与轴颈的间隙偏大.

（3）若空侧密封油油质差且空氢侧密封油串油不可避免，则需加强氢侧密封油滤油器排污.

4.3 减少扩散到发电机氢气中的氢气密封油

（1）在确保测量信号不失真的基础上，尽量调整发电机油氢差压在规定范围内.

（2）利用停机检修机会检查或处理发电机空侧密封油主差压阀脏污磨损、发电机氢侧密封挡油环位置变化等.

4.4 及时排放发电机氢气中分离出来的油和水

（1）若发电机氢侧密封油压过高于发电机氢气压力，发电机底部检漏仪会有油沉积，需要及时排放.

（2）为减少发电机氢气中所含水汽，在发电机氢气系统中还设置有两台氢气干燥器，它们良好的冷却和化霜效果不仅能降低氢气湿度，还能提高氢气纯度，为此需要定期开启氢气干燥器排水阀将氢气中冷凝下来的水分等杂质及时排出.

4.5 不忽视其它次要因素的影响

虽然原则上规定发电机内定冷水压力、氢气冷却器内开冷水压力必须低于氢气压力，但实际上不能完全否定水压高于氢压的可能性.另外，补进发电机的新鲜氢气的品质如何也不容忽视.

TM621

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1009－1734（2011）S0－0035－03

2011－09－10

杨勤：高级工程师，从事发电生产运营工作.