浅谈汽轮发电机试验站气系统

刘洋

摘 要：对于汽轮机试验站系统，气系统是其中重要的一部分，在试验过程中及容易造成事故，危害生产和人员安全，文章简单介绍下气系统的作用和相关要求。

关键词：气系统；试验站；充氢

1 概述

气系统主要用于发电机充、排氢置换、保持机内压力、检测气体纯度、温度，干燥机内氢气。当充氢时，发电机在静止状态，先用瓶装二氧化碳通过气体管路充入发电机的底部，机内空气经氢气汇流排沿排空管排出，当二氧化碳纯度达到96%时停止充入二氧化碳。当用氢气置换二氧化碳时，利用瓶装氢气，通过充氢气管路，把氢气充入电机内上方的氢气汇流排，把二氧化碳经过沿排空管排放到大气中。当机内氢气压力达到额定氢压，机内氢气纯度为98%时，停止充入二氧化碳。试机运行时，测试氢气纯度，测量机内温度，进行氢气干燥，由油水报警器检测机内漏水、漏油。排放氢气时采用充氢气的相反操作规程操作即可。

1.1 概要

大功率发电机的冷却一般是通过发电机里的带有一定压力的氢气流来实现的。选择氢气作为热传导气流，是根据它与空气质量的比较而得出的：密度小14倍；导热率大7倍；热对流系数大1.5倍。最大冷却效率是在正常运行工程下，纯度至少在98%时得出的：事实上，如果纯度降低1%，则会导致摩擦和空气阻力损失10%，如果纯度降至88%则会损失加倍，它接近于空气-氢气混合物的爆炸极限值（75%）。在往发电机里注入氢气之前，要用CO2排出空气。当向发电机内再注入空气时，还要使用CO2作为中介气体。所以，发电机气体系统包括的因素有：供给氢气；供给二氧化碳；气体分布和分析；渗漏监测。

1.2 外观特性

二氧化碳气体加热膨胀装置：当氢冷发电机准备发电前或由发电转为停机检修时，为避免空气与氢气混合而产生爆炸性气体时，利用二氧化碳作为发电机内的中间介质进行气体置换。在发电机进行气体置换过程中，瓶内高压状态下的二氧化碳气体在向常压状态转换时，由于瞬间膨胀的物理变化伴随着大量的吸热过程，从而使气体的温度急骤下降。当较低温度的气体进入发电机组的内部时，会使发电机内部局部形成冷凝结露对发电机运行带来不利的影响，而采用加热膨胀装置可解决此难题。

1.3 气体特性

（1）空气。气源：压缩空气；运行压力：0.5±0.2Mpa。（2）二氧化碳气或氮气作为氢冷发电机充排氢的置换气体。氢冷汽轮发电机在充氢与排氢的过程中二氧化碳气体与氮气都可以作为充排氢的置换气体。但由于两种气体的特性不同，置换时又表现出不同的特点。

空气中各种气体的不同特性

从表空气中各种气体特性可以看出，二氧化碳气体比重较大而氮气在空气中含量占78%以上，其比重与空气相近。因此两种气体作为置换气体时表现的特点为：a.二氧化碳气体由于其比重较大与氢气空气比重有较大区别。当作为氢冷发电机的充氢排氢置换气体却可很方便测定出其纯度从而可有效的进行气体置换，保证充排氢的安全；二氧化碳做置换气体的缺点是充二氧化碳置换时其速度不可过快否则管路结冰。但在管路系统中增设加热与膨胀装置可有效的克服这个缺点。另外从经济角度考虑，二氧化碳的价格仅为氮气的1/3。b.氮气与空气特性相近，当作为发电机充排氢的置换气体时，由于其特性很难测定出其纯度。国外采用氮气，并有专门的仪器测其纯度，而现国内没有这种气体在线纯度监测仪器，特别充氢时如果保证不了氮气的纯度，当充入氢气与残留空气混合，此时容易发生爆炸事故。另外氮气价格是二氧化碳气价格的三倍，虽然其充氮气时不会冻结，但价格的差距与较大的不安全性还是很少有人采用。

综合上述两种气体置换的特点及我们对国内外电机生产厂家与电厂的了解。从几十年的使用情况来看，用二氧化碳气体做置换气体根本没出现任何事故，所以国内一般采用二氧化碳气体作为置换气体。

2 发电机气体系统的作用

发电机气体系统的作用：供给二氧化碳，供给氢气，分配和调节气体，控制渗透，监测和分析，气体干燥。

2.1 二氧化碳的供给

二氧化碳的供给包括：二氧化碳汇流排和二氧化碳加热膨胀装置。

（1）二氧化碳汇流排包括六个连接软管和二氧化碳气瓶。（2）二氧化碳加热膨胀装置。二氧化碳加热膨胀装置可有效的克服发电机气体置换时的骤冷骤热现象，防止冷凝和结露，防止绝缘老化，保证发电机的工作效率。电气控制柜对加热器的工作进行自动控制，使柜内温度控制在规定的范围内。（3）氢气的供给包括：氢气汇流排和五个连接软管及氢气瓶。

2.2 气体调节

（1）氢气减压。从氢气瓶内出来的气体经过瓶用减压阀减压，氢气压力达到0.6Mpa。再经过氢气过滤器，达到氢气减压阀再次减压。所达到的最大压力为0.4Mpa。（2）二氧化碳气体减压。从二氧化碳瓶内出来的气体经过瓶用减压阀减压，二氧化碳气体压力达到6Mpa。通过软管连接，经过减压阀再次减压后达到0.15Mpa。

2.3 气体纯度分析

发电机运行后，分析和测量机内气体纯度。通过控制面板可知道：气体的百分比（氢气或二氧化碳）；如果气体纯度达不到规定值则报警；远传给控制室显示样气（氢气或二氧化碳）经过减压后进入分析仪，然后再排放到外界大气中。

2.4 渗漏监测

当出线罩或发电机内漏水或漏油时，油水报警器向控制室发出报警信号。

系统运行和维护有关的监测，是通过就地显示和逻辑传感器给出的电信号来实现的，它包括下列作用：（1）二氧化碳的监测包括：加热膨胀装置就地显示的加热温度；减压前的二氧化碳压力；减压后的二样花坛压力报警信号。（2）氢气的监测包括：减压前的氢气压力；减压后的氢气压力；发电机内氢气压力。（3）气体的分配和监测包括：通过氢气纯度分析仪的气体流量及所占百分比；通过二氧化碳气体纯度分析的气体流量及所占百分比；发电机内部的氢气温度、湿度报警信号（临界值）。

3 三气系统的运行

3.1 气体辅助设备包括

一般密封油系统；排污恢复系统；氢气供给系统；二氧化碳供给系统；空气供给系统。

3.2 运行前的系统准备

发电机停机，且处于常压空气状态；密封油系统在运行中；二氧化碳加热膨胀装置处于待机中；二氧化碳，氢气，空气的提供准备完毕。检查相关电源；检查相关阀门的开关；具体操作请看气系统充氢操作规程。

4 气系统的维护

对设备所做的任何工作，都由合格的能胜任的人来完成.还必须按照下列操作来执行：必须有效地执行各项规章制度；危险设备要有安全规程；只允许合格人员进入工作区；参考相应供应商的使用手册，并按照其中说明执行；每项工作之前和之后，要列出一个所需工具的清单在开始压力管道工作前必须先执行：含有要更换部件的管道要被分隔开，使管道减压，如果可能的话，释放掉只重新安装干净的的零部件；工作结束时，要确保没有任何零件或部件遗留在设备里面或附近使用零件要小心，以免碰撞其他元件操作阀门要慢，特别是打开它们的时候以免冲撞管道内壁绝不要在开放的空气中卸下减压阀。

5 结束语

气系统是汽轮发电机试验站中重要的一部分，而电机出厂试验需做的充氢实验更是试验站工作中的重点，只要我们认真执行操作标准，严格规范各项操作，我们就会避免试验事故，更好的完成电机试验。