定冷水箱氢气浓度异常分析与应对策略.pdf

运行与维护Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment116丨电力系统装备 2023.62 0 2 3 年第6 期2023 No.61 设备概况某电厂发电机为哈尔滨电机厂有限公司生产的QFSN-630-2YHG 三相交流隐极式同步交流发电机。发电机采用整体全封闭、内部氢气循环、定子绕组水内冷、定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组气隙取氢气内冷的冷却方式。正常运行期间，发电机内氢气压力大于定冷水压力，以防止异常时定冷水漏入发电机内。在定冷水箱顶部装有漏氢检测装置，实时检测定冷水箱内的氢气浓度变化，并将其作为发电机内部是否存在泄漏等异常的判据之一。因氢气渗透力较强，定冷水箱在正常运行时会含有微量氢气，当定冷水箱氢气浓度突增或相对浓度过大时，就会产生事故隐患。长期的微量渗漏会导致定子绝缘受潮，从而导致定子绝缘击穿。因此要重视对定冷水箱内氢气浓度的运行监视与异常分析。2 事件经过2023年3月7日，#2机执行机组停运后定冷水反冲洗工作时，#2机定冷水箱内氢气浓度值持续上升，于3月8日达到2%的测氢装置可监测的浓度上限。更改测氢装置浓度显示上限至20%，观察测得氢气浓度值仍超过量程。定冷水反冲洗与定冷水箱内氢气浓度变化关系如图1所示。定冷水箱氢气浓度超过3%时，DCS“汽机报警（一）”画面发出“发电机氢气泄漏”光字报警。就地开启定冷水箱漏氢检测管气体取样门，用氢气检测仪测得其出口氢气含量超过4%。点名20MKG60XL10520MKF19CF30200:00:002023-03-05开始时间:2023-03-0500:00:00结束时间:2023-03-1000:00:00游标时间:输出时间:2023-06-1616:27:2823:55:282023-03-0523:50:572023-03-0623:57:442023-03-0723:53:132023-03-0800:00:002023-03-10描述内冷水箱发电机定子线圈冷却水流量发电机定子线圈冷却水流量曲线内冷水箱氢气含量曲线当前值0.0079104.86单位%t/h20400-10上量程20.0400.0下量程-1.00.0游标值N/AN/A图1 定冷水反冲洗与定冷水箱内氢气浓度变化关系3月9日，向定冷水箱内通入氮气进行置换。3月10日，氢气浓度在量程可见范围内逐渐下降。至3月14日，#2机组开机并网后，#2发电机定冷水箱氢气浓度仍偏高。DCS“发电机氢系统”画面显示值最高达到9.8%，如图2所示。随机组负荷波动，发电机并网前后定冷水箱内氢气浓度变化如图3所示。机组启动后，不断对定冷水箱内部进行氮气吹扫，定冷水箱内部氢气浓度在机组负荷变化与氮气瓶压力变摘 要 某电厂#2机定冷水箱内氢气浓度超标，严重影响机组的安全稳定运行。通过采取对定冷水箱连续充氮、更换发电机氢-水压差低开关等措施，将定冷水箱内氢气浓度控制在了安全范围内。文章通过对#2机定冷水箱氢气浓度异常现象的出现、采取的措施和相关运行参数的变化情况进行分析总结，为今后定冷水系统的运行监督提供经验借鉴。关键词水箱；氢气浓度异常；氮气中图分类号TM311 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06011604Analysis and Countermeasures for Abnormal Hydrogen Concentration in Fixed Cooling Water TankHU XuAbstractThe hydrogen concentration in the cooling water tank of Unit#2 in our factory exceeds the standard,seriously affecting the safe and stable operation of the unit.By taking measures such as continuously filling nitrogen into the cooling water tank and replacing the low hydrogen water pressure differential switch of the generator,the hydrogen concentration in the cooling water tank is controlled within a safe range.This article aims to analyze and summarize the occurrence of abnormal hydrogen concentration in the cooling water tank of Unit#2,the measures taken,and the changes in relevant operating parameters,in order to provide experience and reference for the operation supervision of the cooling water system in the future.Keywordswater tank;abnormal hydrogen concentration;nitrogen定冷水箱氢气浓度异常分析与应对策略胡旭（湛江中粤能源有限公司，广东湛江524099）运行与维护Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2023.6 电力系统装备丨1172 0 2 3 年第6 期2023 No.6点名20MW_SEL20MKG60XL10500:00:002023-03-13开始时间:2023-03-1300:00:00结束时间:2023-03-1500:00:00游标时间:输出时间:2023-06-1721:49:1909:34:112023-03-1319:08:222023-03-1304:47:052023-03-1414:21:172023-03-1400:00:002023-03-15描述有功功率内冷水箱内冷水箱氢气含量曲线机组负荷曲线当前值318.493.7869单位MW%6502000上量程650.020.0下量程0.00.0游标值N/AN/A图2 发电机并网前后定冷水箱内氢气浓度变化点名20MW_SEL20MKG60XL10500:00:002023-03-14开始时间:2023-03-1400:00:00结束时间:2023-03-1900:00:00游标时间:2023-03-1518:04:44输出时间:2023-06-1721:56:2723:55:282023-03-1423:50:572023-03-1523:47:442023-03-1623:53:132023-03-1700:00:002023-03-19描述有功功率内冷水箱内冷水箱氢气浓度曲线机组负荷曲线当前值321.933.1904单位MW%6504000上量程650.040.0下量程0.00.0游标值598.28128.1189图3 氮气吹扫后的定冷水箱内氢气浓度与负荷变化关系化等因素影响下不断波动。氮气瓶更换速度约6 h1瓶，更换过程中定冷水箱氢气浓度测量值出现扰动，瞬时最大值会超出氢气测量装置量程上限。氮气吹扫后的定冷水箱内氢气浓度与负荷变化关系如图4所示。点名20MW_SEL20MKG60XL10508:30:002023-03-20开始时间:2023-03-2008:30:00结束时间:2023-03-2023:00:00游标时间:2023-03-2012:42:13输出时间:2023-06-1722:04:3211:23:272023-03-2014:16:542023-03-2017:11:432023-03-2020:05:102023-03-2023:00:002023-03-20描述有功功率内冷水箱内冷水箱氢气浓度变化曲线机组负荷曲线当前值320.710.3137单位MW%6502000上量程650.020.0下量程0.00.0游标值304.76560.1183图4 隔离氢-水差压低开关后定冷水箱内氢气浓度变化3 原因分析发电机定子冷却水首先从水系统进入发电机励端汇流管，然后经绝缘引水管进入定子绕组引线内，然后经绝缘引水管进入发电机引出线内，再经绝缘引水管进入到出线瓷套端子内，最后从瓷套中经绝缘引水管进入出线盒内的小汇流管，并通过小汇流管的机外连接管与发电机汽端回水汇流管并联，最终与定子绕组冷却水一起返回到外部水系统中。此外，发电机配备有氢-水压差低开关，检测氢-水压差即发电机内氢气压力与定子线圈进水压力的差值，报警点的设置为0.035 MPa。发电机氢气系统的氢气漏入定冷水系统内，主要可能原因为：发电机内部定冷水管路法兰密封不严、发电机内部定子线棒水电接头及绝缘引水管密封不严；发电机氢-水差压低开关密封不严或内部膜片破损。以上两种情况均会导致氢气泄漏进定冷水系统在定冷水箱积聚，造成定冷水箱氢气浓度升高。4 处理措施定子冷却水箱由不锈钢制成，容积为2 m3。水箱上设有安全阀，当氢气压力增至0.035 MPa 时，自动开启放气，防止水箱超压。当氢气压力高于0.042 MPa 时，水箱上的压力开关动作并报警。根据二十五项反措要求：内冷水箱中含氢（体积含量）超过2%应加强对发电机的监视，超过10%应立即停机消缺。电厂集控运行规程中关于发电机技术特性内容中，要求发电机漏氢量16 m3/天、辅机运行规程第1部分汽机中氢气系统的运行监视与维护，要求监视发电机漏氢量11 m3/d。针对问题采取以下措施进行了维修。（1）保持连续氮气吹扫，开启对空排气和漏氢检测管取样管排气，定冷水箱内氢气浓度有所下降。图5为定冷水箱氢气排空路径。管道较长且弯头较多，及水箱内部压力，不时出现排氢不畅，因而相较于从定冷水箱顶部漏氢检测管取样管处排气而言，氢气排空效果不理想，对氢气浓度变化的影响并不明显。08:30:002023-03-24开始时间:2023-03-2408:30:00结束时间:2023-03-2523:00:00游标时间:2023-03-2012:42:13输出时间:2023-06-1722:08:5116:10:322023-03-2423:51:052023-03-2407:35:162023-03-2515:15:492023-03-2523:00:002023-03-25内冷水箱氢气浓度变化曲线机组负荷变化曲线6502000点名20MW_SEL20MKG60XL105描述有功功率内冷水箱当前值321.970.0129单位MW%上量程650.020.0下量程0.00.0游标值304.76560.1183图5 关闭漏氢检测管取样管排气后的定冷水箱内氢气浓度变化（2）隔离氢-水差压低开关，排查氢气泄露位置，发现氢-水差压低开关膜片破损。图6为更换隔离氢-水差压低开关后的定冷水箱内氢气浓度与机组负荷关系图。可见定冷水箱内氢气浓度有明显的下降趋势，停止了氮气吹扫。（3）图7为更换氢-水差压低开关，关闭漏氢检测管取样管排气后的定冷水箱内氢气浓度变化曲线。随着运行与维护Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment118丨电力系统装备 2023.62 0 2 3 年第6 期2023 No.6漏氢检测管取样门的关闭，定冷水箱内氢气浓度受机组负荷影响较小，开始呈现波动式上涨。可见除氢-水差压低开关外，可能还有其他泄漏点存在。图7 关闭漏氢检测管取样管排气后的定冷水箱内氢气浓度变化5 运行监督（1）运行时严密监视定冷水箱含氢量、发电机氢气压力（0.400.42 MPa）、定冷水压力（0.250.35 MPa