650MW發(fā)電機(jī)氫氣濕度控制分析

孟洪漢 盧凱超 魏曉棟 孫幸光 李鳳山

摘 要：現(xiàn)階段，氫氣冷卻被廣泛用作于大型發(fā)電機(jī)的冷卻方式。中核運行二廠目前采用的兩臺發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的QFSN-650-2型發(fā)電機(jī)。采用的內(nèi)部氫氣循環(huán)，定子繞組水內(nèi)冷，定子鐵芯及端部構(gòu)件氫氣表面冷卻，轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氫氣內(nèi)冷的冷卻方式。在實際運行中氫氣的濕度等相關(guān)參數(shù)就成為影響電廠運行的重要性能參數(shù)，該文結(jié)合核電650MW發(fā)電機(jī)組的運行實際，分析了實際運行中秦山二期650MW發(fā)電機(jī)組氫氣濕度的控制要求，并對氫氣濕度異常原因及控制處理進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：氫氣濕度 控制分析 護(hù)環(huán) 應(yīng)力腐蝕

中圖分類號：TM310 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0099-01

發(fā)電機(jī)是核電站中的重要設(shè)備之一，其運行性能的好壞直接關(guān)系到電廠的穩(wěn)定運行與否。氫氣是一種無色、無味、極輕且易燃、易爆的氣體，但它的比重僅為空氣的l/15，因此，使用氫氣作為冷卻介質(zhì)，發(fā)電機(jī)通風(fēng)損耗可以減少6.95%，轉(zhuǎn)子表面摩擦損失只有空氣冷卻介質(zhì)的1/10，同時由于氫氣的散熱能力是空氣的4倍，從而可以使發(fā)電機(jī)運行溫度降低，發(fā)電機(jī)效率大為提高。然而使用氫氣作為發(fā)電機(jī)冷卻介質(zhì)我們要嚴(yán)格控制好氫氣的濕度，否則會給發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運行帶來巨大的安全隱患。

1 氫氣濕度的影響及控制范圍

1.1 氫氣濕度過高、過低的危害

氫氣濕度過高，會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕紋損并使裂紋快速發(fā)展，并且會降低定子的絕緣電氣強(qiáng)度，濕度過大會使發(fā)電機(jī)鐵芯表面生銹，定子、轉(zhuǎn)子繞組受潮，造成絕緣閃絡(luò)擊穿及線圈燒毀事故，此外氫氣濕度過大還會造成發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)應(yīng)力腐蝕，尤其是18 MnCr護(hù)環(huán)，對濕度非常敏感。此外，機(jī)內(nèi)氫氣濕度過大會使機(jī)內(nèi)氫氣純度降低，導(dǎo)致通風(fēng)損耗增加和降低冷卻效率。若機(jī)內(nèi)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，成為短路事故發(fā)生的誘發(fā)因素。氫氣濕度過低，可導(dǎo)致定子端部墊塊收縮和支撐環(huán)裂紋。過低的氫氣濕度會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部的絕緣漆干裂，同樣造成發(fā)電機(jī)的絕緣下降。

1.2 氫氣濕度的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

在秦山2期實際運行中，基本采用絕對濕度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運行控制，根據(jù)系統(tǒng)手冊，秦山2期發(fā)電機(jī)的氫氣濕度控制范圍為濕度最高不得超過2g/m3，當(dāng)濕度在2g/m3以上但不超過2.5g/m3時，每年只允許運行3次，每次持續(xù)時間不得超過3d，氫氣濕度最低不得低于0.05g/m3（對應(yīng)的露點溫度-47.45℃）。根據(jù)最新的運行管理要求，在實際運行中通常在氫氣濕度為0.8 g/m3時，啟動氫氣干燥器，氫氣濕度1.6 g/m3時停運氫氣干燥器。

2 影響氫氣濕度的原因及控制方法

2.1 在實際運行中造成發(fā)電機(jī)氫氣濕度高的可能原因

（1）秦山2期汽輪發(fā)電機(jī)中的氫氣是由SRI（常規(guī)島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)）來冷卻的。由于加工工藝和安裝質(zhì)量等方面的缺陷以及發(fā)電機(jī)振動等方面的原因，使氫氣冷卻器存在不同程度的泄漏現(xiàn)象，漏出來的水進(jìn)人機(jī)體內(nèi)，增加了機(jī)體內(nèi)的氫氣濕度。

（2）GHE（發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)）在運行過程中，密封油系統(tǒng)中的油不可避免的含有水分，由于氫側(cè)密封油直接與發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣接觸，油中含有的水分發(fā)散到氫氣中，造成氫氣濕度增加。另外由于密封油本身也采用閉式冷卻水冷卻，油—水冷卻器也存在不同程度的泄漏現(xiàn)象，都可能會使密封油中的水含量超過額定值，間接影響到發(fā)電機(jī)中的氫氣濕度。

（3）制氫站送往發(fā)電機(jī)的氫氣本身濕度超標(biāo)，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度超標(biāo)。

（4）特殊情況下，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力較低時，此時發(fā)電機(jī)的氫側(cè)回油箱密封油油位過高，可能使少量密封油流入發(fā)電機(jī)機(jī)座內(nèi)，油中含有的水份被釋放出來，使氫氣濕度大大增加。

2.2 發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度控制方法：

（1）提高氫氣冷卻器和油—水冷卻器的加工制造質(zhì)量。氫氣冷卻器直接與氫氣接觸，氫氣冷卻器的加工制造質(zhì)量將直接對氫氣的濕度產(chǎn)生影響，一旦加工制造存在缺陷，造成冷卻水泄漏，氫氣濕度就會大大提高。油—水冷卻器間接與氫氣接觸，油—水冷卻器如果存在加工制造質(zhì)量問題，會使密封油中的含水量增大，同樣也會使氫氣濕度增加。

（2）發(fā)電機(jī)運行過程中，要密切關(guān)注空、氫測的密封油壓差。

QFSN-650-2型汽輪發(fā)電機(jī)采用的是雙環(huán)雙流式油密封瓦，密封瓦內(nèi)有空、氫兩個環(huán)狀配油槽。密封油系統(tǒng)提供的氫側(cè)密封油流向氫側(cè)配油槽，空側(cè)密封油流向空側(cè)配油槽，然后沿轉(zhuǎn)軸軸向穿過密封瓦內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸之間的間隙流出，如果空、氫側(cè)油路的供油壓力在密封瓦處相等，兩股油流就不會在兩條配油槽之間的間隙竄流。

由于空側(cè)密封油與空氣直接接觸，其中含的水分要大于氫側(cè)密封油，氫測密封油直接與發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣相接觸，如果能保證空測、氫側(cè)的密封油不相互接觸，那么，就大大減小了空側(cè)密封油中含有的水分通過與氫側(cè)密封油相接觸再經(jīng)由氫側(cè)密封油滲透到發(fā)電機(jī)氫氣中的可能。GHE系統(tǒng)中（發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)）密封油環(huán)采用的是雙流式密封油環(huán)，主要目的就是保證空側(cè)油和氫側(cè)油的獨立。但是由于結(jié)構(gòu)制造等原因，要使兩路密封油完全獨立是不可能的，這樣就必然出現(xiàn)空側(cè)油與氫側(cè)油接觸的情況，空、氫側(cè)油的接觸面積是在密封瓦與軸之間的一塊環(huán)形空間，要使兩路油在接觸時的交換量達(dá)到最小限度，理論上來說只要這兩路油之間沒有壓差，就可以使這個區(qū)域的油交換維持在很低的水平上，因此，控制空、氫側(cè)油壓的壓差是控制發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度的重要手段之一。

系統(tǒng)手冊中規(guī)定發(fā)電機(jī)空、氫側(cè)的壓差必須控制在+100mm·H2O，正常運行時發(fā)電機(jī)之間的空氫側(cè)壓差是通過平衡閥GHE238/242VH來調(diào)節(jié)的，如果平衡閥工作不正常，導(dǎo)致空、氫側(cè)竄油就有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)氫氣濕度不正常。

另外，在滿足密封和冷卻的前提下，盡可能減少氫側(cè)回油量，減少氫氣與密封油的接觸面積可以改善發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣質(zhì)量，但也不宜過小，目前，2期的空側(cè)油流量為220L/h，氫側(cè)油流量為50L/h，也是出于控制氫氣濕度的考慮而設(shè)計的。

（3）采用氫氣干燥器。

采用氫氣干燥器是控制發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度最直接有效的方法，目前2期采用的干燥器為吸附式干燥器。

3 結(jié)語

發(fā)電機(jī)氫氣冷卻對于電廠的重要運行具有著極為重要的意義，在氫氣濕度上要嚴(yán)格進(jìn)行控制，在保證核電廠安全可靠性的前提下，合理的設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格的執(zhí)行控制要求，在異常情況時要準(zhǔn)確分析可能導(dǎo)致氫氣濕度控制異常的原因，迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行干預(yù)及處理，確保650MW核電發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

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