秦山第二核电厂发电机氢气纯度控制

【摘 要】秦山第二核电厂1&2号机组两台汽轮发电机为水氢氢冷却方式，鉴于氢气纯度对氢冷发电机安全运行的重要性，介绍了氢气纯度合理控制范围及氢气纯度在线检测装置工作原理，并结合电厂实际，指出影响氢气纯度的主要途径为发电机密封油系统的运行。

【关键词】氢气纯度;在线检测;密封油

0 引言

氢气由于其散热能力强，摩擦损失低的特点被广泛应用于大型发电机的冷却[1]。秦山第二核电厂1&2号机组两台650MW汽轮发电机采用水氢氢冷却方式，即定子绕组水内冷，定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组气隙取气氢内冷的冷却方式。氢气冷却可有效降低发电机绕组热损耗从而提高发电效率，但氢气纯度过低会给发电机稳定运行带来安全隐患。所以，必须在线检测发电机氢气纯度并控制氢气纯度在合理范围内。

1 氢气纯度检测

1.1 氢气纯度检测重要性

氢冷发电机氢气纯度保持在96%-98%为最佳工况，如果机内氢气纯度过高（高于98%），氢气消耗量会增大，从经济角度讲不合理，如果氢气纯度过低（低于95%），会使发电机效率降低，同时机内气体含氧量相应增加，混合气体安全系数降低，容易与有关气体形成爆炸性混合气体，不安全[2]。秦山第二核电厂1&2号机组主发电机正常运行及事故处理导则[3]规定，当发电机氢气纯度低于96%时应通过小直径管线进行发电机氢气充排操作，直至将氢气纯度恢复到98%以上为止，因此，发电机氢气纯度的在线检测是非常必要的。此外，发电机氢气置换操作时，对氢气纯度进行在线检测，利于运行人员对整个置换过程的掌控和最终置换结果的判断，保证人员和设备安全。

1.2 氢气纯度在线检测装置

目前，常用气体纯度在线检测装置根据工作原理分为：基于测量混合气体密度计算气体纯度和利用混合气体导热特性计算混合气体纯度两大类。秦山第二核电厂1&2号机组发电机气体纯度仪是基于离心风机叶轮理论的密度式气体纯度在线检测装置，该装置由特殊设计的风机、压差变送器、压力计组成，仪器实际测量的是风机产生的压差，由于此压差与气体密度有关，而气体密度又直接与气体成分成比例，故只要测出风机压差就等于测出气体成分，其工作原理为，由离心式风机叶轮理论[4]，流体在封闭叶轮内旋转运动时，叶轮进出口差压与叶轮转动角速度平方和流体密度成正比关系，纯度风机进出口压差可表示为：Δp=ρ×（u22-u12）/2，式中ρ为流经纯度风机气体密度;u1、u2为纯度风机叶轮进、出口圆周速度。对于一个固定转速的纯度风机，u1、u2均为常数，因此通过测量纯度风机运行时进出口压差，可得到纯度风机取样处气体密度ρ。汽轮发电机内气体可近似于理想气体混合物，通过理想气体状态方程将纯度风机取样处气体密度折算成标准状态下密度，根据标准状态下氢气与混杂气体物理特性计算出某一气体组份纯度。正常运行时发电机内混杂气体主要为空气，根据氢气和空气物理性质可计算出氢气纯度，然而当混杂气体中含有水蒸气时，可通过参数设置功能将混杂气体物理参数调整至低于空气物理参数，以得到精确氢气纯度，这些参数出厂时已设置好，运行过程中无需调整。

2 影响发电机氢气纯度途径

可能影响发电机氢气纯度的途径有：氢站来氢纯度、压缩空气漏入、发电机密封油系统。秦山第二核电厂1&2号机组拥有利用水电解生产氢气的制氢系统，但制氢系统运行成本高，安全性不好，该系统已封存，现采用外购氢气方式，所购氢气为纯氢，纯度达到99.99%以上，故氢站来氢不会导致氢气纯度下降;发电机正常运行时压缩空气供发电机管线是隔离的，压空管线上装有盲板，对氢气纯度也不会造成影响;影响氢气纯度的重点在密封油系统。

秦山第二核电厂1&2号机组汽轮发电机采用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、氢侧油路供油压力在密封瓦处相等，两股油流就不会在两条配油之间间隙窜流，机组正常运行时运行人员控制氢侧密封油压比发电机内氢压高0.084MPa，发电机氢气额定压力为0.5MPa.a，所以常压空气无法直接进入[5]。密封油系统中空气进入发电机的途径主要是氢侧密封油携带的空气释放到发电机氢气中，而密封油双回路的独立运行，保证了氢侧油携带空气量很小，然而下面情况会影响发电机氢气纯度：

（1）平衡阀不平衡导致空、氢侧窜油。在各种影响因素中，平衡阀空、氢侧压力不平衡导致空氢侧油流互窜是影响发电机氢气纯度的主要因素。发电机空侧密封油以氢压作为调节依据，通过差压阀使其比氢压高0.084MPa，而氢侧密封油则通过平衡阀跟踪空侧密封油压，使两者油压相等，保持差压在±100mm·H2O范围内。然而，当空侧油压高于氢侧油压时，含空气的空侧密封油在密封瓦处将流向氢侧，而氢侧密封油同发电机氢气是直接接触的，从空侧过来的含空气的密封油同发电机氢气接触将造成氢气纯度下降，氢气湿度增加。反之，当氢侧油压高于空侧油压时，会引起氢侧油流向空侧，在氢侧回油箱油位低时通过补油浮子阀开启从空侧向氢侧补油，同样会造成氢气纯度下降，湿度增加。

（2）当氢侧油箱排油浮球阀或补油浮球阀或空氢侧连通阀之中任何一个有内漏，氢侧密封油回路中管线或者排污阀有漏油现象等，都会导致氢侧油箱油位不稳定，氢侧油箱油位不稳定会导致空、氢侧窜油，从而导致氢气纯度下降，湿度增加。

（3）密封油温度高低直接决定油中携带气体量的大小，所以在实际机组运行中还要控制好密封油温度，秦山第二核电厂1&2号机组空、氢侧密封油温严格控制在42到50℃之间。

3 结论

氢冷发电机氢气纯度保持在合理范围内可保证设备与人员安全，提高电厂经济效益。气体纯度仪在线检测能提供持续可靠的氢气纯度数据，电厂运行人员应掌握影响氢气纯度的主要途径，保证氢冷发电机安全稳定运行。

【参考文献】

[1]丁勇富，陈恳.发电机氢气纯度下降原因分析及处理[J].电站系统工程，2009（5）：39-40.

[2]韩玮，周霈捷，刘飞.大型汽轮机发电机内氢气纯度的分析与检测装置优化[J].应用科技，2000（3）：6-7.

[3]主发电机正常运行及故障处理导则[S].秦山第二核电厂（内部资料）.

[4]郭立君.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，1997，5.

[5]发电机密封油系统手册[S].秦山第二核电厂（内部资料），20055.

[责任编辑：薛俊歌]

作者简介：张红乐（1982.10—），男，汉族，东北电力学院热能与动力工程学士。

王赞娥（1984.09—），女，汉族，哈尔滨工业大学热能工程硕士。

刘佳林（1983.03—），男，汉族，西安交通大学热能与动力工程学士。

黄强（1984.05—），男，汉族，上海电力学院热能与动力工程学士。

罗娅彬（1981.06—），女，汉族，西安理工大学机械专业学士。

钱立波（1982.12—），男，汉族，大连理工大学机械设计制造学士。

推荐访问： 核电厂 氢气 纯度 发电机 控制