QFSN-200-2型发电机组氢气湿度在线监测方式改造

修志坚,薛凤莲

（1.辽宁东方发电有限公司,辽宁 抚顺 113007;2.辽宁能港发电有限公司,辽宁 抚顺 113007）

1 概述

辽宁能港发电有限公司2台200MW机组发电机为QFSN-200-2型,采用定子绕组水内冷,转子绕组氢内冷,定子铁心、转子铁心及其构件为氢气表面冷却的水—氢—氢冷却方式。发电机氢冷系统有独立的制氢设备,采用氢气母管方式供给2台QFSN-200-2型发电机循环冷却介质。

根据长期对我国大型氢冷发电机的安全、经济运行状况的考察,由于氢气湿度超标,曾多次发生定子线圈顶部绝缘击穿、转子护环出现裂纹等重大事故。因此必须对发电机内的氢气指标进行严格监测,真实反映氢气循环系统的运行状况,同时对系统被油和其他杂质污染进行监督。

辽宁能港发电有限公司在1996年就已实现对2台200 MW发电机氢气湿度的在线监测。通过氢气湿度分析仪的使用及对在线监测状况的研究,积累了很多经验,发现了一些问题。为了更好地实现氢气湿度在线监测,对2台200 MW发电机氢气湿度在线监测方式进行了改造。

2 原氢气湿度监测存在问题

改造前一直选用HMP-260型氢气湿度分析仪对2台200 MW机组氢气湿度进行在线监测,由于发电机密封瓦不严密及油平衡阀存在问题,使系统内经常有漏油,且HMP-260型氢气湿度仪没有过滤器和排污装置,需经常拆除氢气湿度探头擦拭,时间长易造成氢敏感电机污染及引线断开,无法进行在线监测（只能用手工试验方法进行监测）。而手工试验方法人为误差较大,且计算公式为经验公式,采用的多是一些经验常数,受环境及其他因素的影响极大,不能反映准确的湿度值。

若要加强对200 MW机组发电机氢气湿度的监测及各项考核,必须改变离线监测及在线监测不合理的现状,有效开展对发电机氢气湿度的在线监测,尽可能反映出发电机氢气冷却介质的真实状况,才能真正防止氢气湿度超标对发电机造成的严重危害。

3 氢气在线监测技术

3.1 安全性

手工取样存在安全问题。通常在取样时需将取样门开启排气4～5min,其目的是使氢气管路内各个死角处得到均匀冲洗,保证取样时样品具有稳定的流量和压力。但由于现场对防火要求较为严格,每日的氢气排放量本身就是一个潜在隐患。因此,改变监测方式也是保证火电厂安全运行的重要手段。

3.2 监测指标的确定

国内许多电厂采用相对湿度作为机内氢气监测指标,但多年经验表明,采用该项指标有弊端。

3.2.1 相对湿度法（RH）的缺点

运行中的氢冷机组充有一定水汽质量比的氢气时,机内各点相对湿度因各点氢温不同而有差异,但只要机内各处氢气总压力相同,各部分氢气露点温度也相同。若氢气循环系统中各处氢温不均衡,氢气的相对湿度也不平衡,因此该方法表示的氢气状况并不准确。

另外,原相对湿度在常压和带压下数值之间的差别及其换算方法比较模糊,需经过多次换算,测量及计算方法都很繁琐。

原相对湿度法所测值仅能反映出机内氢气溶解水分大小的变化,而实际上机内循环氢气的运行工况更加复杂,尤其是发电机内密封瓦油系统中油品质量的降低造成油中杂质含量增多、氢温及内冷水温度控制不好使定子水温偏低等。这些均对氢气湿度造成较大影响,而相对湿度值无法准确衡量,使得相对湿度法测值与系统的真实状况差别较大。

3.2.2 露点温度主要特点

氢冷电机的氢气湿度与机内结露风险密切相关。大量文献证实露点与混合气体中水蒸气分压力下的饱和绝对湿度有确定的一一对应关系,而当湿氢气中的水蒸气处于过热状态（发电机内氢气湿度）时,露点与绝对湿度并不存在严格的单值对应关系。对应一个露点温度值,可以有若干个数值不同的绝对湿度。

经调查发现,国外大部分电厂通常也是采用以露点温度表示法来作为氢气的控制标准,但其并不刻意追求露点“标准”很小的差别,也不脱离机组特点及实际情况而提出某个单一的露点标准值。确立一种新的思路,依据氢冷电机的实际情况,建立一种适应实际特点的监控模式。基于以上构想,确立了以露点温度（Td）和绝对湿度（a）联合监测法代替传统的相对湿度（RH）或绝对湿度（a）的单一法作为研究方向。

进一步研究发现,当采用露点与绝对湿度联合监测时,监测结果更加准确、真实、稳定,使氢气湿度的各项监督更全面,对冷却干燥器的及时投入有指导作用。

3.3 露点温度（Td）和绝对湿度的控制标准

制氧站出口氢气湿度：露点（Td）≤-25℃;绝对湿度（a）≤2.5 g/m3。

发电机内氢气湿度：露点（Td）≤0℃;绝对湿度（a）≤10 g/m3。

密封油含水量：油中含水量小于1 000mg/L。

随着科技水平的高速发展,新型传感技术及先进的监测手段已日趋成熟和完善,电力系统的专家已逐步达成共识,开展在线连续监测分析已刻不容缓。因此,发电机氢气指标得到及时、准确监控是关系到大型机组安全运行的重要工作。

4 测量仪表的选型

引进芬兰维萨拉公司生产的HMT-364E型在线温湿度仪,以露点温度（Td）和绝对湿度（a） 2项指标代替相对湿度（RH）对机组氢气进行在线监测。HMT-364E型温湿度仪具有以下优点。

a.配置简单且测量稳定

HMT-364E型温湿度仪传感器探头和仪表集中安装在仪表箱中,采样系统由过滤器、排污装置传感器套筒、流量计等组成。通过观察流量范围可知前级过滤器是否被油污堵塞,提醒及时排污、清洗,且不影响发电机正常工作,提高了测量精度和稳定性。探头过滤器防电磁干扰、抗油污染。仪表配备的显示器和键盘可操作和设定传感器,传感器可通过RS232C串行总线、RS485/422串行总线、数字环流模块与电脑或终端连接。

b.易于设定数值及调整

带微处理器的HMT-364E型温湿度仪变送器可由传感器测出的温度、露点温度计算其他参数。用2个模拟量输出通道,通过改变仪表内部拨码器,可选择以下任意2个参数作为输出信号：露点温度（Td）、绝对湿度（a）、混合率（X）、湿球温度（TM）、温度（T）和相对湿度（RH）。露点温度和绝对湿度为目前在线氢气湿度监测指标。

5 改造效果

在安装中保留了原有的氢气直流管段和取样门,重新加工制作了系统旁路管段（采取一些防油污染的必要措施）,安装了温湿度传感器,用白钢管分别将样气从氢系统中进出口接至探头出入口。将仪表的外部供电方式改为内部供电方式,在机柜DAS数据采集板上直接改为直流24 V内部供电,仪表的每一个参数显示与输出只需2根线就能完成。

表1 有关试验数据

2009年8月,2台200 MW机组HMT-364E型温湿度仪全部安装完成并投入运行。与此同时,组织技术人员进行调试及对比试验。利用手工试验采用干湿球法进行比较,先后分析近60个数据,取得满意的效果。表1为氢气湿度分析仪在1号机运行时的监测值。

由表1可知,自仪表初投至设备稳定后,发电机内主要氢气指标（露点温度（Td）＜0℃,一般维持在-2.0～5.0℃;绝对湿度（a）＜5 g/m3,一般维持在2～4 g/m3）一直维持较好。

6 结束语

HMT-364E型在线温湿度仪安装方便,监测容易,正常运行时基本上无维护量;其仪表变送器探头抗油、水污染能力强,测量精度较高;仪表量程适合,测量数据准确,内部软件设置合理,完全适合发电机在线氢气湿度的监测;仪表带有各种串行接口,可为今后进一步采用微机化监控创造了条件。应用HMT-364E型温湿度仪进行改造后,解决了投入冷冻干燥机的不规律性和人为取样化验造成误差等,能真实、迅速地反映机内氢气中湿度含量的变化。