650MW发电机氢气湿度控制分析

孟洪汉 卢凯超 魏晓栋 孙幸光 李凤山

摘 要：现阶段，氢气冷却被广泛用作于大型发电机的冷却方式。中核运行二厂目前采用的两台发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN-650-2型发电机。采用的内部氢气循环，定子绕组水内冷，定子铁芯及端部构件氢气表面冷却，转子绕组气隙取氢气内冷的冷却方式。在实际运行中氢气的湿度等相关参数就成为影响电厂运行的重要性能参数，该文结合核电650MW发电机组的运行实际，分析了实际运行中秦山二期650MW发电机组氢气湿度的控制要求，并对氢气湿度异常原因及控制处理进行了分析探讨。

关键词：氢气湿度 控制分析 护环 应力腐蚀

中图分类号：TM310 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0099-01

发电机是核电站中的重要设备之一，其运行性能的好坏直接关系到电厂的稳定运行与否。氢气是一种无色、无味、极轻且易燃、易爆的气体，但它的比重仅为空气的l/15，因此，使用氢气作为冷却介质，发电机通风损耗可以减少6.95%，转子表面摩擦损失只有空气冷却介质的1/10，同时由于氢气的散热能力是空气的4倍，从而可以使发电机运行温度降低，发电机效率大为提高。然而使用氢气作为发电机冷却介质我们要严格控制好氢气的湿度，否则会给发电机的稳定运行带来巨大的安全隐患。

1 氢气湿度的影响及控制范围

1.1 氢气湿度过高、过低的危害

氢气湿度过高，会使发电机转子护环产生应力腐蚀纹损并使裂纹快速发展，并且会降低定子的绝缘电气强度，湿度过大会使发电机铁芯表面生锈，定子、转子绕组受潮，造成绝缘闪络击穿及线圈烧毁事故，此外氢气湿度过大还会造成发电机护环应力腐蚀，尤其是18 MnCr护环，对湿度非常敏感。此外，机内氢气湿度过大会使机内氢气纯度降低，导致通风损耗增加和降低冷却效率。若机内产生结露现象，成为短路事故发生的诱发因素。氢气湿度过低，可导致定子端部垫块收缩和支撑环裂纹。过低的氢气湿度会导致发电机内部的绝缘漆干裂，同样造成发电机的绝缘下降。

1.2 氢气湿度的行业标准

在秦山2期实际运行中，基本采用绝对湿度标准进行运行控制，根据系统手册，秦山2期发电机的氢气湿度控制范围为湿度最高不得超过2g/m3，当湿度在2g/m3以上但不超过2.5g/m3时，每年只允许运行3次，每次持续时间不得超过3d，氢气湿度最低不得低于0.05g/m3（对应的露点温度-47.45℃）。根据最新的运行管理要求，在实际运行中通常在氢气湿度为0.8 g/m3时，启动氢气干燥器，氢气湿度1.6 g/m3时停运氢气干燥器。

2 影响氢气湿度的原因及控制方法

2.1 在实际运行中造成发电机氢气湿度高的可能原因

（1）秦山2期汽轮发电机中的氢气是由SRI（常规岛设备冷却水系统）来冷却的。由于加工工艺和安装质量等方面的缺陷以及发电机振动等方面的原因，使氢气冷却器存在不同程度的泄漏现象，漏出来的水进人机体内，增加了机体内的氢气湿度。

（2）GHE（发电机密封油系统）在运行过程中，密封油系统中的油不可避免的含有水分，由于氢侧密封油直接与发电机内的氢气接触，油中含有的水分发散到氢气中，造成氢气湿度增加。另外由于密封油本身也采用闭式冷却水冷却，油—水冷却器也存在不同程度的泄漏现象，都可能会使密封油中的水含量超过额定值，间接影响到发电机中的氢气湿度。

（3）制氢站送往发电机的氢气本身湿度超标，造成发电机内的氢气湿度超标。

（4）特殊情况下，发电机内氢气压力较低时，此时发电机的氢侧回油箱密封油油位过高，可能使少量密封油流入发电机机座内，油中含有的水份被释放出来，使氢气湿度大大增加。

2.2 发电机内的氢气湿度控制方法：

（1）提高氢气冷却器和油—水冷却器的加工制造质量。氢气冷却器直接与氢气接触，氢气冷却器的加工制造质量将直接对氢气的湿度产生影响，一旦加工制造存在缺陷，造成冷却水泄漏，氢气湿度就会大大提高。油—水冷却器间接与氢气接触，油—水冷却器如果存在加工制造质量问题，会使密封油中的含水量增大，同样也会使氢气湿度增加。

（2）发电机运行过程中，要密切关注空、氢测的密封油压差。

QFSN-650-2型汽轮发电机采用的是双环双流式油密封瓦，密封瓦内有空、氢两个环状配油槽。密封油系统提供的氢侧密封油流向氢侧配油槽，空侧密封油流向空侧配油槽，然后沿转轴轴向穿过密封瓦内径与转轴之间的间隙流出，如果空、氢侧油路的供油压力在密封瓦处相等，两股油流就不会在两条配油槽之间的间隙窜流。

由于空侧密封油与空气直接接触，其中含的水分要大于氢侧密封油，氢测密封油直接与发电机内的氢气相接触，如果能保证空测、氢侧的密封油不相互接触，那么，就大大减小了空侧密封油中含有的水分通过与氢侧密封油相接触再经由氢侧密封油渗透到发电机氢气中的可能。GHE系统中（发电机密封油系统）密封油环采用的是双流式密封油环，主要目的就是保证空侧油和氢侧油的独立。但是由于结构制造等原因，要使两路密封油完全独立是不可能的，这样就必然出现空侧油与氢侧油接触的情况，空、氢侧油的接触面积是在密封瓦与轴之间的一块环形空间，要使两路油在接触时的交换量达到最小限度，理论上来说只要这两路油之间没有压差，就可以使这个区域的油交换维持在很低的水平上，因此，控制空、氢侧油压的压差是控制发电机内氢气湿度的重要手段之一。

系统手册中规定发电机空、氢侧的压差必须控制在+100mm·H2O，正常运行时发电机之间的空氢侧压差是通过平衡阀GHE238/242VH来调节的，如果平衡阀工作不正常，导致空、氢侧窜油就有可能导致发电机氢气湿度不正常。

另外，在满足密封和冷却的前提下，尽可能减少氢侧回油量，减少氢气与密封油的接触面积可以改善发电机内的氢气质量，但也不宜过小，目前，2期的空侧油流量为220L/h，氢侧油流量为50L/h，也是出于控制氢气湿度的考虑而设计的。

（3）采用氢气干燥器。

采用氢气干燥器是控制发电机内氢气湿度最直接有效的方法，目前2期采用的干燥器为吸附式干燥器。

3 结语

发电机氢气冷却对于电厂的重要运行具有着极为重要的意义，在氢气湿度上要严格进行控制，在保证核电厂安全可靠性的前提下，合理的设计控制标准，严格的执行控制要求，在异常情况时要准确分析可能导致氢气湿度控制异常的原因，迅速准确的进行干预及处理，确保650MW核电发电机组的安全稳定运行。

参考文献

[1] 戴庆忠.全氢冷透平发电机[J].东方电气评论，2004（1）.

[2] 韩永辉.汽轮机发电机护环的应力腐蚀[J].现代零部件，2005（Z1）.