发电机氢气系统学习

氢气系统特征

大容量水氢氢冷汽轮发电机，为冷却定子铁芯和转子绕组，要求建立一套专门的供气系统。这种系统应能保证给发电机补氢和补漏气，自动地监视和保持电机内的额定压力、规定的纯度以及冷却器端的氢温。各种不同型号的汽轮发电机，供气系统基本上相同，其主要特征如下：

1、氢气由中央制氢站或储氢罐提供。

2、输氢管道上设置有自动氢压调节阀保持机内为额定氢压。当机内氢气溶于密封油被带走而使氢压下降或机内氢气纯度下降需要进行排污换气时，可通过调节阀自动补氢。

3、设置2台冷凝式氢气干燥器，以除去机内氢气的水分，保持机内氢气干燥和纯度。

4、设置一套气体纯度分析仪及气体纯度计，以监视氢气的纯度。专门用于监视换气的完成情况。

5、在发电机充氢或置换氢气的过程中，采用二氧化碳(或氮气)作为中间介质，用间接方法完成，以防止机内形成空气与氢气混合的易爆炸气体。

本汽轮发电机是采用水氢氢冷却方式，定子绕组为水冷，转子绕组为氢气内冷，铁芯为氢气外部冷却。发电机内的气体转换，自动维持氢压稳定，维持氢气纯度均由外部气体控制系统保证。

氢气系统主要设备

1、氢气干燥器

采用两台型号为LQS-IICS冷凝式干燥器。它是用发电机内风扇压差迫使氢气通过制冷装置流动，含有水份的热氢气遇到冷管壁时，水份在管壁上结露而析出，从而达到干燥氢气的目的。一般是一台运行，一台化霜。也可以互为备用。

2、氢气压力控制装置

采用一套型号为RQKZ的氢压控制装置，氢压控制装置由压力开关、氢压调节器、阀门和压力表等组成。该装置的顶部表示平时指示机内氢气压力，当调整氢压调节阀的输出压力时，则用于指示此时整定压力值。装置的底部表计指示氢源压力。氢源侧装有一个压力开关，当供氢压力低于整定值时发出报警

3、漏液检测器

漏液检测器是指装在发电机机壳和主出线盒下面的浮子开关，其可指示出发电机里可能存在的任何液体。在机壳的底部最可能积液的地方设有开口，将积聚的液体排到漏液检测器。每一个漏液检测器装有一根回气管通到机壳，使得来自发电机机壳的排液管能够气流畅通。回气管和排液管都装有截止阀，另外为了能排除积聚的液体，漏液检测器底部还装有积液排放阀。

4、气体纯度及压力监测装置

监测装置由一次设备压力监测变送装置和二次设备气体纯度仪组成，压力监测变送装置是通过压力变送器来在线测量发电机机内气体的压力；气体纯度仪是利用气体的热导式原理来在线测量发电机机内氢气或二氧化碳气体的纯度。

气体纯度仪提供了发电机在不同工况下的气体纯度，即充二氧化碳置换空气时的二氧化碳纯度、正常运行时的氢气纯度、充氢排二氧化碳时的氢气纯度或二氧化碳排氢气时的二氧化碳纯度。气体纯度仪除具有就地指示、远传输出4－20mA信号和通讯功能外，还具有“氢气纯度低”的报警信号输出触点。在正常运行中，当发电机内氢气纯度下降到90％规定的极限时，相应的低报警输出触点闭合。

压力监测装置也具有就地指示、远传输出4－20mA信号，以及“氢气压力高或低低”报警信号输出触电。在正常运行中，发电机内氢气压力过高或低时，发出报警。

5、氢气温度报警（冷氢温度）

发电机里设有氢气温度开关，当发电机内的冷氢温度过分高时能发出报警。

6、发电机绝缘过热监测装置

该装置能诊断发电机内绝缘局部过热故障，经机内气体采样进行质谱分析以后，能区分发电机定子线棒、铁芯和转子绕组不同部位绝缘过热故障，该装置安装于发电机下部，并有输出信号。

氢气系统参数

氢系统氢气纯度、压力、湿度、除设有防爆型就地指示和报警装置外，还设置输出到远方指示及报警输出接点。

氢气直接冷却的冷氢温度不超过46℃。氢冷却器冷却水进水温度不超过38℃。发电机气体控制系统用来保证实现发电机内气体转换，维持机内氢气压力、纯度、温湿度的特定要求，以确保发电机安全满发运行。

1、设计参数

最大氢气压力(发电机机壳内)  0.5MPa

额定氢压允许变化范围  0.39～0.44MPa

发电机机壳内氢气纯度

额定                98％

最小               95％

发电机补氢纯度＞99％

发电机补氢湿度(露点)  ≤-25℃

氢气系统运行

1、发电机气体置换

气体置换应在发电机静止或盘车时进行，同时密封油系统应投入运行。如出现紧急情况，可在发电机减速时进行气体置换，但不允许发电机在充入二氧化碳气体下高速运行。发电机气体置换采用中间介质置换法，充氢前先用中间介质(二氧化碳或氮气)排除发电机及系统管路内的空气，当中间气体的含量超过95％(C02)，95％(N2)，(容积比，下同)后，才可充入氢气，排除中间气体，最后置换到氢气状态。这一过程所需的中间气体为发电机和管道容积的2～2.5倍，所需氢气约为2～3倍，发电机由充氢状态置换到空气状态时，其过程与上述类似，先向发电机引入中间气体排除氢气，使中间气体含量超过95％(C02)，97％(N2)后，方可引进空气，排除中间气体。当中间气体含量低于15％以后，可停止排气。此过程所的需气体为发电机和管道容积的1.5～2倍。

2、发电机正常运行的补氢排氢

正常运行时，由于下述原因发电机需补充氢气：

(1)由于存在氢气泄漏，故必需补充氢气以保持压力；

(2)由于密封油中溶解有空气，至使机内氢气污染纯度下降：需排污补氢，以保证氢气纯度。正常运行时氢气减压器整定值为0.4MPa；发电机运行时，当机内氢气压力下降到0.38MPa时，压力开关动作报警；手动调节氢气减压器补氢，当机内氢压升至0.42MP时，手动调节氢气减压进口门。打开排气阀门使机内氢气降低到0.4MPa。

3、氢气纯度要求

氢气是易燃易爆性气体。在密闭容器中，当氢气与空气混合，氢的含量为4％～75％，即形成易爆炸的混合气体。我国发电机运行规程规定：“一般要求发电机内氢气纯度保持在96％以上。低于此值时，应进行排污”。国外大容量氢冷(包括水氢氢冷)发电机，如600MW水氢氢冷汽轮发电机要求机内的氢气纯度不低于97％或98％。

容量氢冷发电机内要求保持高纯度的氧气，其主要目的是提高发电的效率，从经济方面考虑。因为氢气混入空气或纯度下降时，混合气体的密度随氢气纯度的下降而增大，使发电机的通风摩擦损耗也随着氢气纯度的下降而上升。一台运行氢压为0.5MPa、容量为907MW的氢冷发电机，其氢气纯度从98％降到95％时，摩擦相和通风损耗大约增加32％，即相当于损失685kW。一般情况下，当机壳内的氢气压力不变时，氢气纯度每降低l％，其通风摩擦损耗约增加11％。我国发电机运行规程又规定：“当氢气纯度降低到92％或者气体系统中的氧气超过2％时，必须立即进行排污”，这说明运行的氧气纯度在92％～95％之间时，除对效率有所影响外，并无严重危害。当然，长期运行在这个氢气纯度范围是不经济的。所以又规定了一个必须立即排污的下限。

发电机运行中的纯度下降的主要原因，是密封瓦的氢侧回油带入溶解于油的空气，或密封油箱的油位过低时从主油箱的补充油中混入空气。氢气纯度低，其中的有害杂质主要是水分和空气的氧。在干燥的氢气中，含氧量的多少也可反映氢气的纯度。故有的发电机氢气系统中，通过对含氧量的监视来监视氢气的纯度，一般要求氢气中的含氧量低于2％。对于大容量发电机，由于氢气纯度要求更高，故要求其氢气中的含氧量更低，小于l％。

4、氢气的湿度要求

（1）湿度的表示方法

湿度是表示气体中水蒸气含量的一个物理量。氢气湿度的表示方法主要有以下三种。

1)绝对湿度。是指单位体积气体中所含水蒸气的质量，单位为g/m3。

2)相对湿度。是指在某一温度下，每立方米气体所含水蒸气的质量与同温度下每立方气体所能含有的最大水蒸气质量(即饱和水蒸气的质量)之比。相对湿度常用％表示。

3)露点。是指气体在水蒸气含量和气压不变条件下，冷却到水汽饱和(出现结露)时的温度。气体中的水蒸气含量愈少，使其饱和而结露所要求的温度越低。反之，水蒸气含量愈多，降温不多就可出现结露。因此，露点的高低是衡量气体中水蒸气含量的一个尺度。

（2）对机内氢气湿度的要求

氢冷发电机不仅对机内氢气的纯度有规定要求，而且对机内氢气的湿度也有规定要求。

湿度过高，不仅影响绕组绝缘的电气强度，而且还会加速转子护环的应力腐蚀，以致出现裂纹，并很快的扩展。我国早期颁发的《发电机运行规程》规定，发电机运行时必须监视湿度，而其相对湿度不得超过85％。

最近，在GB/T7064—1996基础上，又颁发了适用于国产200MW及以上氢冷发电机的我国电力行业标准DL/T651—1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》，规定机内氢气湿度和供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气湿度均以露点温度表示。

氢气湿度的标准如下：

1)发电机在运行氢压下的氢气允许湿度高限：发电机内最低温度为5℃及≥10℃时，发电机在运行氢压下的氢气允许湿度高限(露点温度r。)为-5℃及0℃，允许湿度的低限为露点温度=-25℃。

发电机内最低温度：稳定运行中的发电机，以冷氢温度和内冷水入口水温中的较低值，作为发电机内的最低温度值。停运和开、停机过程中的发电机：以冷氢温度、内冷水入口水温、定子线棒温度和定子铁芯温度中的最低值，作为发电机内的最低温度值。

2)供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气正常压下的允许湿度：对新建、扩建电厂(站)，露点温度，≤-50℃：对己建电厂(站)，露点温度≤-25℃。对进口的发电机，应按制造厂规定的氢气湿度标准掌握：如制造厂无明确规定时，应按本标准执行。对200MW以下氢冷发电机的氢气湿度允许值，可参照此标准确定。在新的湿度标准中，不但规定了机内允许湿度的高限，而且规定了机内允许湿度的低限。规定低限，主要是怕气体太干燥引起绝缘材料收缩，造成固定结构松弛，甚至会使绝缘垫块产上裂纹。

3)氢气湿度过高的影响。机内氢气湿度过高时，一方面会降低氢气纯度，使通风摩擦损耗增大。效率降低：另一方面，不仅会降低绕组绝缘的电气强度(特别是达到结露时)，而且还会加速转子护环的应力腐蚀。特别是在较高的工作温度下，湿度又很大时，应力腐蚀会使转子护环出现裂纹，而且会很快地发展。

机内氢气湿度过高的主要原因有以下几种：可能是制氢站出口的氢气湿度过高；可能是氢气冷却器漏水；对于水氢氢冷却方式或水水氢冷却方式的发电机，还有可能是定、转子绕组的直接冷却系统漏水。密封油的含水量过大或氢侧回油量过大。如果轴封系统中氢侧回油量大，再加上油中含水量大(要求含水量控制在500ppm以下)，从密封瓦的氢侧回油中出来的水蒸气就会严重影响机壳内氢气的湿度。

氢气系统操作

用二氧化碳置换空气的操作：

1)投入氢纯度风扇，开启上部取样门，关闭底部取样门。

2)将检验合格的CO2瓶与CO2汇流排连接好。

3)确认发电机排CO2门关闭。

4)开启发电机充CO2隔离门。

5)开启发电机排氢门。

6)开启CO2汇流排减压阀前、后截门。对应开启CO2汇流排分气门及CO2瓶针阀，调节针阀使阀后压力保持0.15MPa（充CO2时应从汇流排末端开始，两瓶一组。

7)调整使CO2汇流排总门以外3m无结霜现象。

8)开启发电机排气总门，并使发电机内部压力维持0.015～0.02MPa。

9)当CO2瓶内压力降至0.5MPa时，更换新瓶。

10)当CO2纯度达90﹪，开启系统下列排污阀进行排污3～5分钟，排污完毕后关闭以下排污阀：#1～#5检漏计底部及管道排污门、纯度风扇进出口排放门、发电机工况监视柜排放门、氢气干燥器排放门、差压变送器排放门。

11)关闭发电机排气阀及CO2瓶阀，保持机内压力0.02MPa，稳定15分钟。

12)打开发电机排气阀及CO2瓶阀，继续充入CO2。

13)当机内CO2纯度达95﹪，停止充CO2，关闭发电机排气门。

14)关闭CO2瓶针阀及CO2减压器前后阀。

15)关闭发电机充CO2总隔离门。

16)关闭发电机排气总门。

以氢气置换二氧化碳操作：

1)联系制氢站，发电机准备充氢。

2)CO2置换结束，机内CO2纯度达95﹪以上，发电机内压力0.015～0.02MPa。

3)开启发电机排气总门。将排气管接通到底部汇流管。

4)开启氢气纯度风扇底部取样门，关闭上部取样门。将发电机纯度风扇取样门切至底部。

5)开启氢母管至1号机氢压控制站手动门，开启发电机补氢调节阀前手动门，检查供氢母管压力0.63～0.7MPa。

6)开启发电机补氢调节阀后手动门，开启发电机补氢手动门。

7)开启发电机补氢压力调节阀旁路门或用发电机补氢压力调节阀，将氢气充入机内，控制机内气体压力不允许超到0.021MPa，最大不允许超到0.035MPa。

8)开启发电机排气总门。开启发电机排CO2门，调节使机内气压保持0.015～0.02MPa。注意发电机密封油压正常。

9)联系化学化验，当机内氢气纯度达96﹪以上，含氧量＜2﹪时，开启下列排污阀排污3～5分钟。

10)1～5号检漏计底部排污门以及管道排污门：发电机工况监视柜排放门、纯度风扇进、出口排放门、氢气干燥器排放门、差压变送器排放门。

11)将发电机出线盒排气手动门打开，对含有CO2的发电机出线盒进行排气约2分钟。

12)开启发电机1号检漏器排液侧管道排气门进行排气约2分钟以排出发电机汽励段最低位置可能积聚的CO2气体。

13)关闭发电机排CO2门及发电机排气总门。

14)稳定30分钟，发电机提高氢压。

15)用充氢压力旁路门或发电机补氢压力调节阀，逐渐提高机内氢压至0.32MPa，注意充氢速度、发电机密封油压。

16)关闭充氢压力调节阀旁路门及前后门。根据情况投入发电机氢冷器，调节氢温正常。

17)充氢结束后，检查密封油系统运行正常。

CO2置换氢气

1)准备好经化验合格的CO2瓶300M3左右，全面检查发电机氢气系统各阀门位置正确，有关仪表投入。

2)确认密封油系统运行正常。

3)关闭氢母管至发电机来氢总门，关闭发电机充氢压力调节阀；关闭发电机充氢调节阀前截门、发电机充氢调节阀前后阀门及旁路门。

4)投入氢纯度风扇，开启上部取样进出气门。

5)关闭纯度风扇下部取样进出气门。

6)检查氢冷器已停运，检查确认CO2排放阀关闭。

7)开启发电机排气总门。

8)检查CO2汇流排与合格CO2瓶已连接好。

9)缓慢开发电机排氢门，降低机内氢压，并注意密封油压自动调节跟踪正常。

10)当机内氢压降至0.015～0.02MPa，开启发电机充CO2总隔离门，调节CO2瓶针阀，使阀后压力0.15MPa。

11)开启CO2瓶门相应的汇流排隔离门调整CO2进气压力，向发电机充CO2，保持机内氢压0.015～0.02MPa，保证供气管在距发电机3m以内无结霜现象。

12)当机内CO2纯度达95﹪以上时，开启下列阀门排放发电机死角5分钟后关闭：1～5号、检漏计底部及管道排污门、纯度风扇进出口排放门、发电机工况监视柜排放门、差压变送器排放门、氢气干燥器底部排放门、发电机氢气母管汇流排处排放阀。

13)停止充CO2，关闭CO2瓶门，关闭相应汇流排各分门，关闭发电机充CO2总隔离门。减压阀及其截门，关闭发电机排氢门、发电机排气总门。·14)稳定30分钟后，化验CO2纯度仍95﹪以上，置换结束。

空气置换CO2

1)全面检查发电机氢气系统各阀门位置正确，有关仪表投入，确认密封油系统运行正常。

2)关闭氢母管至1号机来氢总门。

3)拆除压缩空气管道堵板，开启压缩空气供发电机供气门；开启发电机充氢调节阀前后隔离门。

4)关闭发电机排氢门；开启充氢总门，开启发电机排CO2门。

5)缓慢开启发电机排气总门降低机内气压，并注意密封油压自动调节跟踪正常。

6)将纯度风扇取样切至底部取样。

7)当机内CO2降至0.015～0.02MPa，调整充氢压力调节阀向发电机内充空气，使阀后压力达0.12MPa，保持机内压力0.015～0.02MPa。

8)当底部排气管上取样分析CO2＜9.8﹪，氧含量＞18.7﹪，排死角。

9)当机内空气纯度达95﹪以上时，开启下列阀门排放发电机死角5分钟后关闭：1～5号检漏计底部及管道排污门、纯度风扇进出口排放门、发电机工况监视柜排放门、差压变送器排放门、氢气干燥器底部排放门。

10)当空气纯度＞95﹪，CO2＜5﹪时，置换完毕。

11)关闭发电机充氢压力调节阀前后隔离门。关闭压缩空气来供气门。发电机泄压后，开启系统所有排气门，拆卸压缩空气来气管。

氢冷器投运

1冲车前，开启氢冷器放空气门。

2发电机并网后，当发电机氢温≥45℃，及时投入氢冷器水侧。

3正常运行时，允许停用一个（1/4组）氢冷器，但必需降负荷到80﹪。

氢气干燥器的运行

氢气干燥器由就地的控制面板进行操作。

启动前的准备：

1)氢气干燥器电源送好。

2)闭式冷却水至氢气干燥器供回水手动门打开，闭式冷却水投入正常。

启动过程：

1)检查设备和控制箱一切正常的前提下，打开总电源，合上控制箱开关，把OFF/ON开关置于ON状态。

2)验证四通阀转换是否适当，通过界面设定运行方式为“测试干燥/步按钮开”把“运行—停止”开关旋置运行处。验证下列操作步骤来检验干燥器每步运行是否正常。

3)第一步A塔吸湿，B塔加热。B塔内被加热的干燥剂所蒸发的水蒸汽经过冷却器及分离器，把冷凝出的水从疏水阀中排出。整个过程大约4小时。

4)第二步A塔吸湿，B塔冷却。此时加热器断电，气流继续经过热塔去冷却干燥剂，冷却4个小时后，两个塔交换工作状态，B塔吸湿，A塔再生，循环进行。·5)第三步B塔吸湿，A塔加热。

6)第四步B塔吸湿，A塔冷却。

7)确认干燥器置于步骤一，设定人机界面“自动干燥—步按钮关”状态。

8)再生塔出口温度应保持在82℃±11℃。

氢气循环风机的运行

1)氢气循环风机的投运

A)循环风机在发电机停运行或盘车时，因去湿系统内风压很小，应即时投入，当发电机在额定转速运行时可根据需要，决定是否投入循环风机。

B)检查开启氢气循环系统的所有阀门。

C)检查关闭取样阀和排污阀。

D)检查去湿装置投入运行。

E)合上循环风机的电源空气开关，按下面板上的开机按钮，工作指示灯同时亮，循环风机投入运行，检查风机是否有异常响声和振动。

2)风机应避免在进口门或出口门全关情况下运行。当贮油箱指示报警时，应及时打开放油阀门，放掉积油，使其复位后，关闭放油阀门，放油阀门为串联阀门，前置阀门为常开门，后置阀门为常闭门。

氢气循环风机的停运

按下停止按钮，关闭风机进口门，切断风机电源并关，关闭风机出口门。

异常处理

氢压降低

1)现象：

A)发电机工况监视柜发出“氢气压力低”报警信号。

B)氢压指示下降。

C)补氢量增加。

D)氢、水差压降低。

2)原因：

A)补氢调节门失灵或供氢系统压力下降。

B)密封油压力降低。

C)氢冷器出口氢气温度突降。

D)氢系统泄漏或误操作。

E)计失灵。

3)处理：

A)确认表计失灵，指示不准时，应根据其他表计，进行分析比较，并联系热工处理。

B)如果排污门误开或关闭不严，应迅速查找并加以处理。

C)确认供氢母管压力过低时，应联系制氢站恢复母管压力。若压力调节器调节失灵，则改为手动补氢，维持额定氢压运行。

D)检查各漏氢监测仪测点是否有漏氢指示。

E)检查氢气系统是否存在泄漏。

F)确认氢压已低0.38MPa，如氢压一时不能恢复到额定值，应按发电机的出力曲线，随时调整发电机出力。

G)若密封油压失常，则查找原因，并采取措施消除。若短时间内不能恢复，应汇报值长，适当降低负荷，并降低氢压运行，以维持密封油压与氢压间的正常差压。

H)如油压正常，应根据氢压指示，向发电机补氢，如补氢无效，应对发电机结构元件的连接处进行查找，找出泄漏点。若漏氢点在发电机运行中不能消除时，应降低氢压并减负荷运行，并注意对发电机入口氢温、出口氢温、铁芯温度和线圈温度的监视，待停机处理。另外应加强漏氢点的监视，漏氢点附近禁止动用明火。如果漏氢严重，不能维持最低氢压（0.035MPa）运行时，则停机处理。

I)检查发电机入口氢温是否下降。确认发电机氢温下降，应检查氢气冷却器出水温度调节阀的工作情况。若调节阀失灵，则手动调整，并联系热工处理。

氢压升高：

1)处理：

A)氢压升高时，应核对表计。确认氢压升高时，应关闭发电机氢压调节器前后隔离门，并打开排污门，降低氢压至正常值。

B)检查发电机氢温是否升高，若有升高，须查明原因，并设法恢复正常。

液体检漏器液位高报警

1)处理

A)当液体检漏器中任一个液位达到报警值时，发出此报警信号，运行人员应检查全部检漏器，确定是哪一个检漏器报警，判断故障程度并进行如下处理：

a.打开各检漏器放液阀，检查泄漏的是油还是水，若泄漏为定子冷却水，应立即检查原因，按发电机定子线棒或导水管漏水处理。

b.检测器中的液体排净后应立即关闭放液阀。

B)如果泄漏量较大，排净液体后很快就又报警，则应立即查明原因及时消除。

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