600MW机组发电机氢气纯度影响因素及处理.pdf

第 1 4卷 v0 1 1 4 第 4期 no 4 重庆电力高等专科学校学报 j o u r n a l o f c h o n g q i n g e l e c t r i c p o w e r c o l l e g 2 0 0 9年 1 2月 de e 20 0 9 6 0 0 mw 机组发电机氢气纯度影响因素及处理 李保忠， 丁柏寿 ( 华电包头发电有限公司， 内蒙古 包头 0 1 4 0 1 3 ) 【 摘要】针对华电包头发电有限公司 2 台 6 0 0 m w汽轮发电机组投产以来 ， 运行 中存在氢气纯度下降较快， 并使 机内氢气经常需要提纯度的问题进行分析 ， 采取相应的措施， 利用运行和停机机会对密封油系统进行了调整。最 终使氢气纯度下降问题得到有效解决 ， 保证了机组的安全稳定运行， 并提出密封油系统进一步优化措施。 【 关键词】氢冷机组； 氢气纯度 ； 影响因素； 处理过程； 优化措施 【 中图分类号 t m 3 1 1 【 文献标识码】 b 【 文章编号】 1 0 0 8 8 0 3 2 ( 2 o 0 9 ) 0 0 - o 0 0 5 _ 0 3 o 概述 内蒙古华电包头发电有限公司一期工程装机容 量为 2 6 0 0 mw。汽轮机是哈尔滨汽轮机有限公 司 生产的 n 6 0 01 6 6 7 5 3 8 5 3 8型亚临界 、 一次 中间 再热、 高中压合缸、 单轴三缸四排汽凝汽式汽轮机。 发电机为哈尔滨发 电机厂生产 ， 型号为 q f s n一6 0 0 2 y h g的全封 闭、 自通风 、 强 制润滑 、 水 氢 氢冷 却 、 圆筒型转子 、 同步交流发 电机 ， 机组密封油系统 采用双流环式密封瓦。1 # 、 2 # 汽轮发 电机组分别于 2 0 0 6年 1 1月 1 0日和 2 0 0 6年 1 2月 1 6日投入运行 。 l 彝 机组于 2 0 0 8年 2月进行了一次计划性小修 ； 2 # 机 组在 2 0 0 8年 4、 5月进行了一次检查性大修 。1 # 、 2 # 机组自投产以来一直存在氢气纯度下降较快及日补 氢量较大的问题 。1 # 、 2 # 机组发 电机 0 7年到 0 8年 部分月份平均 日补氢量( 标准 m 天) 情况见表 1 。 表 1 2 # 机组发电机 o 7 0 8年部分月份平均 日补氢量 下面简要定性分析一下影响该发电机氢气纯度 的一些因素 、 处理过程及完善措施。 1 原因分析 1 1 影响氢气纯度的直接原因空、 氢侧 密封油的串流 华 电包头发 电有限公 司发 电机组空 、 氢侧密封 油的设置 ( 典 型的二流环式密封 ) 是为了有效 防止 氢气外泄， 空、 氢侧密封油油路的分开是为了防止氢 气受到含空气和湿气较多的空侧密封油的污染。其 主要是靠氢侧密封油压通过粗调氢侧密封油泵出口 再循环阀使空 、 氢侧密封油压基本一致 ， 同时通过调 节氢侧密封油平衡阀下部顶针顶起高度， 从而使密 封瓦处 的空、 氢侧密封油压力达到平衡 ， 以使密封瓦 中间环处的空 、 氢侧密封油串流量达到一个较小的 水平( 通常是在 3 0 m m水柱 以内， 其 中， +表示 氢 侧密封油压高、 一 表示空侧密封油压高) ， 来保持发 收稿 日期 ： 2 0 0 9 - 0 3 2 3 作者简介： 李保忠( 1 9 7 1一) ， 工程师， 研究方向： 热能与动力工程。 电机内氢气的干度和纯度。当密封油系统氢、 油差 压( 8 41 0 k p a ) 及密封 瓦处 的空、 氢侧微差压 调整 好后， 由于平衡阀平衡点已经设定好， 当空侧密封油 压改变时平衡 阀自动跟踪调节氢侧密封油压 ， 使空 、 氢侧微差压保持不变。当氢侧密封油平衡阀调节不 灵敏时， 会造成氢侧密封油压过高或过低， 使密封瓦 中间环处的空、 氢侧密封油平衡被破坏， 使空、 氢侧 密封油之间的串流增大。当氢侧油压过高时， 氢侧 密封油通过 中间环流至空侧密封油 当中， 氢侧密封 油箱油位下降， 为维持氢侧密封油箱油位 ， 空侧密封 油 自 动补油至氢侧油箱， 含空气和湿气较大的补油 至氢侧油箱使氢侧密封油受到污染， 特别是在消泡 箱内扩容 时会将其 中的空气和湿气基 本上全部释 放， 使氢气纯度下降。当氢侧密封油压过低时， 空侧 密封油直接进入氢侧油， 回至消泡箱， 扩容并释放空 气和湿气 ， 使氢气品质恶化。 综上分析可知： 影响发电机内氢气纯度降低的 6 重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报 第 1 4卷 直接原因是空、 氢侧密封油的串流。 1 2 平衡阀调节失灵对氢气纯度的影响 造成密封油平衡阀调节不灵敏的主要原因是调 节阀的卡涩以及平衡阀信号室内有杂物。由于密封 瓦处 空 、 氢 侧 密 封 油 压 正 常情 况 下 压 差 仅 几 个 mm h 0， 油路或信号管稍有堵塞或杂质均会使平衡 阀调节不灵敏的现象发生。 1 3 密封瓦间隙对氢气纯度的影响 发电机轴与密封瓦之间间隙对 串流量的影响也 比较大 ， 可按如下公式计算密封油间的串流量 ： q=“r r d a p c 。 ( 1 2 ) 式 中： q 一密封油 问的串流量 ； a p 一空、 氢侧 密 封油微差 压 ； d 一转子 轴径 ； c 一 中间环和轴 间 的问 隙； 一透平油的动力粘度； 一 中间环长度。 由上式可见 ， 密封油间的串油量与密封瓦中间 环与轴的间隙成三次方关系， 间隙越小 ， 氢气越容易 密封， 空、 氢侧密封油间的串流量也会越小 。但密封 瓦与发电机轴 之间 的间隙是一个 比较难 协调 的矛 盾 ， 由于密封瓦是浮动在轴上的， 该 问隙太小 ， 极容 易引起发 电机两侧轴承振动的增大。该 间隙太大 ， 不但引起 串流量的增加 ， 同时由于空侧密封油流量 大 ， 流阻小 ， 空侧油直接通 过 中间 间隙流至氢侧油 处 ， 必然造成氢侧油的虚假油压 ， 此时虽然空 、 氢侧 密封油微差压计上显示空 、 氢侧密封 油已达到较好 的平衡 ， 但实际上密封瓦中问环 的串流量还是很大 。 1 4 密封油温度对氢气纯度的影响 密封油温度对氢气纯度的影响主要表现在密封 油温度的改变使密封瓦与轴之 间的间隙改变 ， 从 而 使油的串流量改变。油温的改变使得油的动力粘度 改变 ， 油的流动特性改变使油的串流量改变。 1 5 平衡阀信号管管路有节流时对氢气纯 度的影响 平衡 阀时刻处于跟踪空侧密封油压调节氢侧密 封油压， 使得空、 氢侧密封油压基本一致， 因此平衡 阀信号管内一直有微量油流动。当管路中有节流 时 ， 会造成油压信号传递失真 ， 平衡 阀调节滞后 ， 影 响调 节 品质 ， 使空 、 氢 侧 间的 串流增 加 ， 氢气 纯度 下降。 1 6 排烟风机的运行 以及氢冷器泄漏对氢 气纯度的影响 排烟风机出力不足或不运行会造成更多的空气 和湿气溶人空侧密封 油中， 极少量 的串油量就会使 氢气纯度出现较大的下降。排烟风机出口管疏油不 畅是使排烟风机出现出力不足的重要原因。 氢冷器 的泄漏或渗漏 主要造成 氢气 湿度的恶 化 ， 但 由于物理交换的不可避免性 ， 水中的空气会析 出， 氢气纯度势必下降。 2 氢气纯度下降较快的处理过程 2 1 问题的出现 华 电包 头发 电有 限公 司 1 # 、 2 # 机组 自投产 以 来 ， 一直出现氢气纯度偏低 的现象 ， 但故障现象并不 明显 ， 通过对发 电机 内氢气 的正常补 、 排 ( 每 天 3 0 个标准 m 左右) ， 发电机氢气纯度基本上能维持在 哈尔滨电机厂要求的9 5 以上。1 # 机组于2 0 0 8 年 2月进行了一次计划性小修 ， 2 机组在 2 0 0 8年 4 、 5 月进行了一次检查性大修。1 # 、 2 # 机组进行大 、 小修 后氢气纯度的下降速度较快， 为维持发电机氢气纯 度在 9 5 以上 ， 每天都要进行排补氢的工作。1 # 机 组排补氢量达到平均每天 4 0个标准 m 左右 ， 2 # 机 组排补氢量达到平均每天 7 0个标准 m 左右。发 电 机组这么大的排补氢量 ， 不但增加了汽机房运行 中 的不安全性 ， 还增加 了汽机巡检人 员的工作量 ， 同 时， 也造成了大量的氢气被排放掉， 既造成能源的浪 费， 也使制氢站的工作量大大增加。 2 2 氢气纯度下降较快具体实施过程 根据上述原因分析 ， 结合实际工作情况 ， 制订了 详细的调整 、 检查及试验方案 ， 利用机组运行时进行 调整试验 ， 抓 住停机检修机会 进行检查 ， 再次调 整 试验。 2 2 1 检查氢侧油箱浮球阀工作是否正常 机组起动发 电机 内冲氢气前 ， 应检查氢侧油箱 内补 、 排油浮球阀工作是否正常 ， 在氢侧油箱油位正 常情况下 ， 将油箱补油浮球阀上 、 下 2个针型阀强制 关闭， 检查油箱油位应逐渐升高。如油箱油位不升 高 ， 则应检查补油浮球阀并调整到正常工作状态 ， 然 后再将补油浮球针型阀恢复正常全开位置 ， 观察液 位逐渐恢复正常。 在氢侧油箱油位正常情况下 ， 将油箱排油浮球 阀上 、 下 2个针型阀强制关闭 ， 检查油箱油位应逐渐 降低。如油箱油位不降低， 则应检查排油浮球阀并 调整到正常工作状态， 然后再将排油浮球针型阀恢 复正常全开位置 ， 观察液位逐渐恢复正常。 在机组运行对 1 # 、 2 # 机组发 电机密封油系统的 现场进行检查 ， 发现 1 # 、 2 # 机组 氢侧 油箱排油 管温 度很高， 补油管温度也有较高温度， 在强排、 强补油 门工作位置 ， 现已恢复正常 ， 氢侧密封油系统处于 自 动补排油状况 ， 密封油补排油系统工作正常。 2 2 2 调整密封油系统主压差阀和备用压差阀是 第 4期 李保忠 等： 6 0 0 m w 机组发电机氢气纯度影响因素及处理 7 否正常 密封油控制系统正常运行时， 空侧和氢侧两路 密封油分别循环通过发电机密封瓦的空、 氢侧环形 油室， 形成一个恒定的压力。该股油压高于机内的 氢气压力 ， 从而防止了氢气向外泄漏 ， 对机 内的氢气 起到密封作用 。机组起动前做气密封试验过程 中， 应调整好发电机密封油主压差阀和备用压差阀是否 正常。 发电机轴密封供油系统设置在空侧密封油泵旁 路位置上的主压差阀， 通过调整主压差阀压 紧调节 阀上的弹簧， 即可减小阀芯开度， 增加油氢压差值； 当压差大时， 可以反方向调整， 调节密封瓦油压与电 机 内氢气压力 ， 保持一个近似的恒定压差 ， 密封油压 高于氢气压力 0 0 8 4 mp a 。该油源在 主工作油源发 生故障， 氢油压差降到0 0 5 6 m p a时， 通过调整备用 压差阀自动投入。其调节工作原理与正常压力调节 阀相反 ， 当压差小 时也是通过压紧弹簧 ， 增加压差 ； 当 压 差 大 时 ，反 向 调 整 ，使 其 达 到 设 定 值 ( 0 0 5 6 mp a ) 。 在机组运行时对 1 # 、 2 # 机组发电机密封油系统 的现场进行检查 ， 发现密封油 系统 的油 、 氢压差偏 高， 实际氢、 油压差值为 1 0 5 k p a 左右。通过调整， 将 1 # 、 2 # 机的氢、 油压差降至 8 0 k p a 左右， 适当提高氢 侧密封油压 ， 观察密封油箱油位及补 、 排油情况 ， 使 密封油补排油系统工作正常。 2 2 3 投运密封油平衡表计， 检查平衡阀工作状况 是否正常 平衡阀压力调节阀安装在氢侧系统向发电机供 油的主管路上( 立式倒装) ， 阀体内有一压缩弹簧， 补偿阀芯重量。通过调整平衡阀底部螺杆可以微调 平衡阀内活塞位置 ， 提高平衡阀的平衡精度 ， 调整精 度只能保证在 1 0 3 0 m m水柱之间。 在机组运行 时， 对 1 # 、 2 机组发电机密封油系 统的现场进行检查 ， 发现 1 # 、 2 样 机密封油系统油的 空氢侧密封油平衡表计关着 ， 现 已完全打开 ， 并正确 投运了密封油平衡表计 ， 确保发 电机密封油系统平 衡 阀正常工作。 3 调整经验总结 经过上述检查处理后 ， 1 、 2 # 机组发电机 日补氢 量现已减小到 1 0个标准 m 左右 ， 氢气纯度的下降 较快得到 了根本 解决 ， 氢气 纯度 能维持 在 9 7 左 右 ， 如有条件需进一步优化改进 。 氢气纯度的下跌较快主要原因虽然是由于密封 瓦间隙的磨损增大， 引起空、 氢侧密封油有一定的串 流量 ， 但这与系统布置上 的不合理性有着一定的关 系， 由于空侧密封 油采用 的是供 油总管调节油压 。 当两个密封瓦块与轴的间隙出现较大偏差时 ， 两侧 压力不平衡或者无法平衡 的现象就会 出现 ， 氢气纯 度就会下降。因此 ， 如果有条件改造密封油系统 ， 将 空侧密封油机端、 励端各接入一路调节站， 两侧油压 更容易达到平衡， 也就不会产生上述现象了。 密封瓦处的空、 氢侧密封油压的平衡是反映在 平衡阀微差压计上的， 但微差压计的信号管取样点 在发电机端盖密封瓦上方 ， 如果密封 瓦磨损到一定 程度 ， 就会发生空氢侧密封油串流 ， 此时就不能真正 反映空、 氢侧密封油压是否平衡 。而从取样点到密 封油平衡阀腔室这段管路 的流动阻力对每个瓦块 ， 以及瓦块的空 、 氢侧油管路来说都是不可能一样的 ， 微差压计的平衡并不代表密封瓦内部达到了真正的 平衡 。要真正做到减少空 、 氢侧密封 油的串流 以维 持发电机内部的氢气纯度， 还需将信号管取样点靠 近密封瓦有 2 0 0 3 0 0 m m距离， 将空、 氢侧密封油信 号管道尽量布置对称， 减少安装直弯管道， 这样才能 保证微差压计的空 、 氢侧密封油压的平衡 ， 以达到密 封油系统较理想的效果 。 另外 ， 对密封油系统油 、 氢排烟风机的定期排污 并确保其正常运行， 密封油温度的合理控制以及主 机透平油油质的提高都对氢气纯度的维持有一定的 好处 。 参考文献 ： 1 丁有宇， 丁一 ( 6 0 0 mw火力发电机组培训教材 汽轮 机设备及其系统 m 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 o 2 张伟， 李延群 超超临界火电机组丛 书 汽轮机设备 与运行 m 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 8 3 王建忠 6 0 0 mw火力发电机组安装作业丛书 汽轮机 分册 m 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 6 4 郭立君 泵与风机 m 北京： 水利电力出版社 ， 1 9 8 3 5 叶涛 热力发电厂 m 北京： 中国电力出版社 ， 2 0 0 4 ( 下转第 3 4页) 重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报 第 1 4卷 干燥和真空注油的工艺 ， 来消除绝缘件 中的空腔和 油中的气泡。三是对操作者严格要求， 根据图样复 核绝缘距离。 通过各种各样 的控制措施 ， 可 以保证大型变压 器局部放电量在 l o o p c以下。 6 大型变压器低温升技术革新 变压器的运行温度由绕组对油的温升和油对空 气的温升两部分组成 。绕组热点温度决定 了变压器 的自然 老化 寿命 ， 对 油 浸式 变压 器 遵循 “ 六 度 法 则” ， 即绕组热点温度每升高六度， 变压器寿命降低 一 半。依据此原则 ， 依托软件验证 ， 从变压器内部结 构开始精细设计， 控制绕组对油的温升不超过 2 5 k ， 当线圈内部油流为强迫导 向时， 由于热点温升有所 降低， 可以允许铜油温差不超过 3 0 k 。同时， 合理选 取外部冷却装置 ， 总体上使绕组热点温度 比国家标 准要求低 3 k以上 ， 即控制在 9 5 ， 这样可提高运行 寿命约 8年。 对于容量较大 的变压器 ， 在合适位置设置磁屏 蔽或磁分路 ， 给漏磁通提供低磁阻通道 ， 可有效防止 漏磁通在金属结构件上感应涡流产生的有功损耗 ， 限制 了局部发热程度。 7 结语 随着经济发展和社会进步的需要 ， 电力变压器 的发展趋 向于更高电压等级和更大容量 ， 由此带来 的绝缘 、 局部温升高等一系列技术 问题仍需不断解 决和改进。制造过程将向专业化分工及专业化生产 的方 向发展 ， 专业化设备及专业化工具也将大批 出 现， 以装备水平、 设备性能及工艺操作更趋于标准 化、 规范化来保证质量， 提高变压器质量和生产效 率。随着这些有利条件 的逐步形成 ， 电力变压器 的 技术革新将不断持续下去。 参考文献： 1 d t t 5 7 2 -1 9 9 5 ， 电力变压器运行规程 s 2 机械工程手册、 电机工程手册编辑委委员 电气工程 师手册 m 北京 ： 机械工业出版社， 1 9 9 5 3 电力变压器手册 编写组 电力变压器手册 m 沈 阳： 辽宁科学技术出版社， 1 9 9 0 on t he te c h ni c a l i nn o v a t i o n o f la r g e po we r tr a ns f o r me r s huang ha o ， li n yu n z h i ( 1 c h o n g q i n g e l e c t r i c p o w e r c o r p o r a t i o n ， c h o n g q i n g 4 0 0 0 1 4， c h i n a ； 2 x i n j i a n g t b e a t r a n s f o r m e r f a c t o r y ， c h a n g j i x i n j i a n g 8 3 1 1 0 0 ， c h i n a ) ab s t r a c t ：t h e l a r g e s c a l e t e c h n o l o g y i n n o v a t i o n o f p o w e r t r a n s f o r me r ma n u f a c t u r i n g i s a n u r g e n t r e q u i r e me n t o f t h e na t i o na l e c o n o mi c a n d s o c i a l de v e l o pme n t th e p a p e r s t a t e s t h a t t h e t e c h n o l o g y i n n o v a t i o n c a n n o t o n l y r e d u c e t h e t r a n s f o r me r s l o s s a n d n o i s e wi t h o u t e x c e s s i v e i n c r e a s e i n r a w ma t e r i a l c o n s u mp t i o n， b ut a l s o c a n e n s u r e t he l a r g e t r a n s f o r me r wi t h t h e t e c hn i c a l f e a t u r e s， s u c h a s ， h i g h r e l i a b i l i t y， l o w t e mp e r a t u r e r a i s e， l o w pd， n o o i l l e a k a g e a n d l o w n o i s e i t ha s g r e a t s i g n i fic a nc e o n e ne r g y s a v i n g， e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n a n d e n g i n e e r i n g s a f e t y ke y w o r d s ：p o we r t r a n s f o r me r ； t e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n； e n e r g y c o n s e r v a t i o n ； e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n； s a f e t y ( 上接第 7页) i n flue n c i ng fa c t o r s a nd tr e a t me nt o f ge n e r a t o r s hy dr o g e n pur i t y i n 6 0 0 m w uni t li ba o z ho n g， di ng bo - s h o u ( h u a d i a n b a o t o u p o w e r g e n e r a t i o n c o l t d ， b a o t o u i n n e r mo n g o l i a 0 1 4 0 1 3 ， c h i n a ) ab s t r a c t ：i n v i e w o f t h e p r o b l e m t h a t t h e h y d r o g e n p u ri t y o f 2 s e t s o f 6 0 0