一、系統(tǒng)流程及作用

     流程： 發(fā)電機內(nèi)的氫氣在發(fā)電機端部風扇的驅(qū)動下，以閉式循環(huán)方式在發(fā)電機內(nèi)作強制循環(huán)流動，使發(fā)電機的鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組得到冷卻。其間，氫氣流經(jīng)位于發(fā)電機四角處的氫氣冷卻器，經(jīng)氫冷器冷卻后的氫氣又重新進入鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組作反復循環(huán)。氫冷器的冷卻水來自閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

     汽輪發(fā)電機的冷卻方式為整體全封閉，內(nèi)部氫氣循環(huán)，定子繞組水內(nèi)冷，定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)件氫氣表面冷卻，轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氣氫內(nèi)冷的冷卻方式。

作用：發(fā)電機的氫氣系統(tǒng)是為汽輪發(fā)電機組提供干燥、安全、可靠的氫氣，用以冷卻發(fā)電機的定子鐵芯及轉(zhuǎn)子。一般選擇氮氣作為氫氣與空氣置換的中間介質(zhì)。氫氣冷卻器是將氫氣從發(fā)電機內(nèi)吸收的熱量通過閉式水帶走，氫氣干燥器是將氫氣中的水分吸出，保證發(fā)電機內(nèi)的氫氣干燥，防止發(fā)電機內(nèi)結(jié)露，保證發(fā)電機在允許的溫度下正常運行

二，發(fā)電機氫氣系統(tǒng)的通用技術(shù)要求。

    (1) 發(fā)電機氫冷系統(tǒng)及氣體置換裝置能滿足發(fā)電機充氫、自動補氫、排氫及中間氣體介質(zhì)置換工作的要求，能自動監(jiān)測和保持氫氣的額定壓力、規(guī)定純度及冷氫溫度、濕度、CO2純度等。

    (2) 發(fā)電機氫冷系統(tǒng)為閉式氫氣循環(huán)系統(tǒng)，熱氫通過發(fā)電機的氫氣冷卻器由冷卻水冷卻。

    (3) 發(fā)電機氫氣冷卻器采用高性能散熱形式。

    (4) 發(fā)電機設置氫氣干燥器，除了監(jiān)測發(fā)電機內(nèi)氫氣露點用的氫氣濕度在線監(jiān)測儀外，氫氣干燥器的出口處也裝設具有遠傳在線信號的非水銀氫氣濕度儀。干燥裝置能保證發(fā)電機在額定條件下機內(nèi)氫氣露點不高于－5℃同時又不低于－25℃。氫氣干燥器設有循環(huán)風機。

    (5) 發(fā)電機氫冷系統(tǒng)及氫氣控制裝置的所有管道、閥門、有關的設備裝置及其正反法蘭附件布置應便于運行操作，監(jiān)視和維護檢修。氫氣系統(tǒng)的閥門全部采用(1Cr18Ni9或0Cr18Ni9)不銹鋼波紋管截止閥。氫系統(tǒng)密封閥均為無填料密封閥門。

   (6) 氫系統(tǒng)氫氣純度、壓力、濕度，除設有防爆型就地指示和報警裝置外，還應設置輸出模擬量到遠方DCS顯示參數(shù)及報警輸出接點。

   (7)  發(fā)電機冷氫溫度最高不超過49.5℃。氫冷卻器冷卻水設計溫度為38℃。

   (8) 氫氣純度不低于95％時，不影響發(fā)電機的保證出力。當計算和測定發(fā)電機效率時的基準氫氣的純度應為98％。

  (9) 發(fā)電機機殼和端蓋，能承受壓力為2倍額定氫壓時歷時15分鐘的水壓試驗，以保證運行時內(nèi)部氫爆不危及人身安全。

   (10) 采用閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水源為化學除鹽水，氫氣冷卻器水側(cè)設計壓力為1.0MPa，試驗水壓為1.5MPa。但供給氫氣冷卻器的水壓不得高于0.4MPa。

   (11) 氫氣冷卻器的設計能在一個冷卻器因故停止使用時，至少能承擔發(fā)電機80%額定容量連續(xù)運行，且發(fā)電機不超過允許溫升。

  (12) 發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速、額定氫壓和標準狀態(tài)下漏氫量不大于：  12Nm3/24h  （注：標準氣壓下,氫氣的密度是0.09千克/立方米）

   三、氫氣系統(tǒng)的組成。

      氫冷系統(tǒng)主要由氫氣匯流排（供氫系統(tǒng)）、二氧化碳匯流排（供二氧化碳系統(tǒng)）、二氧化碳蒸發(fā)器（加熱器）、氫氣控制裝置、氫氣干燥器（氫氣去濕裝置）、循環(huán)風機、發(fā)電機絕緣過熱監(jiān)測裝置（發(fā)電機工況監(jiān)測裝置）、發(fā)電機漏液檢測裝置和發(fā)電機漏氫檢測裝置（氣體巡回檢測儀）組成 。

  四、氫氣系統(tǒng)的功能及優(yōu)缺點。

    氫氣系統(tǒng)的功能是利用干燥的氫氣對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯進行冷卻；在機組起動前或停止運行后利用中間介質(zhì)置換機內(nèi)氣體。其作用為：

    提供對發(fā)電機安全充、排氫的措施和設備，用二氧化碳作為中間置換介質(zhì)；

    維持機內(nèi)正常運行時所需氣體壓力；

    監(jiān)測補充氫氣的流量；

    在線監(jiān)測機內(nèi)氣體的壓力、純度及濕度；

    干燥氫氣，排去可能從密封油進入機內(nèi)的水汽；

    監(jiān)測漏入機內(nèi)的液體（油或水）；

    監(jiān)測機內(nèi)絕緣部件是否過熱；

    在線監(jiān)測發(fā)電機的局部漏氫。

氫冷汽輪發(fā)電機的優(yōu)缺點如下：

(1)、電機內(nèi)維持氫的純度為97％時，其密度只有空氣的十分之一，所以電機的通風損耗及轉(zhuǎn)子表面對氣體的摩擦損耗都大大減小。

(2)、氫的導熱系數(shù)為空氣的6.69倍，它可以使絕緣內(nèi)間隙及其它間隙的導熱能力改善，從而有利于加強發(fā)電機的冷卻。

(3)、由于氫氣的表面散熱能力強(純度為97％的氫氣表面散熱系數(shù)約為空氣的1.35倍)，發(fā)電機的損耗可由氫氣很快帶走。因此，能使發(fā)電機的出入口風溫差降低10～15℃左右。增加氫壓還可使散熱能力按壓力的0.8次方增加。

(4)、經(jīng)過嚴格處理的冷卻用氫氣可以保證發(fā)電機內(nèi)部清潔，通風散熱效果穩(wěn)定，而且不會產(chǎn)生由于臟污引起的事故。

(5)、氫氣中含氧量很少，低于2％，不助燃，即使發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生短路故障，也不會有著火的危險，從而可使故障損壞程度大為減輕。

(6)、在氫氣中，噪音較小，而且絕緣材料不易受氧化和電暈的損害。

(7)、最大的缺點是一旦于空氣混合后在一定比例內(nèi)(4％～74．2％)具有強烈的爆炸特性，所以發(fā)電機外殼都設計成防爆型，氣體置換采用C02作為中間介質(zhì)。

五、氫氣系統(tǒng)主要設備及功能。

    發(fā)電機氫氣系統(tǒng)主要由氫氣匯流排（供氫系統(tǒng)）、二氧化碳匯流排（供二氧化碳系統(tǒng)）、二氧化碳蒸發(fā)器（加熱器）、氫氣控制裝置、氫氣干燥器（氫氣去濕裝置）、循環(huán)風機、發(fā)電機絕緣過熱監(jiān)測裝置（發(fā)電機工況監(jiān)測裝置）、發(fā)電機漏液檢測裝置和發(fā)電機漏氫檢測裝置（氣體巡回檢測儀）組成。

    各部分功能如下：

1)、 氫氣匯流排

發(fā)電機產(chǎn)生的熱量通過氫氣耗散，氫氣的散熱能力相當于空氣的8倍。為了獲得更加有效的冷卻效果，發(fā)電機中的氫氣是加壓的。

氫氣來自中央制氫站，通過軟管與匯流排連接。減壓閥將氫壓減至所需壓力，然后送到氫氣控制裝置再減壓至發(fā)電機所需的壓力。

2) 二氧化碳匯流排

    為了防止氫氣和空氣混合成爆炸性的氣體，在向發(fā)電機充入氫氣之前，必須要用二氧化碳將發(fā)電機內(nèi)的空氣置換干凈。同理，在發(fā)電機停機排氫后，也要用二氧化碳將發(fā)電機內(nèi)的氫氣置換干凈 。

3) 、二氧化碳加熱器。

     由于二氧化碳在大多數(shù)情況下是以液體形式儲存在氣瓶內(nèi)，二氧化碳加熱器用于將來之二氧化碳匯流排的液態(tài)二氧化碳加熱成氣體，所需的氣化熱來自電加熱。

4)、氫氣干燥器系統(tǒng)。

       氫氣干燥器用于干燥發(fā)電機內(nèi)的氫氣，以防機內(nèi)水分過高時，對發(fā)電機的高壓絕緣件或高應力金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生危害。

      干燥器由二個干燥塔組成，塔內(nèi)裝填有高性能干燥劑和加熱元件，一個工作時，另一個加熱再生。每個塔內(nèi)都裝有一臺循環(huán)風機，連續(xù)工作。工作塔內(nèi)的風機用以加大氣體循環(huán)量并使氣體在干燥劑內(nèi)分布均勻；再生塔內(nèi)的風機用以循環(huán)再生氣體，迫使再生氣體經(jīng)過冷凝器、氣水分離器等，使干燥劑內(nèi)吸附的水分分離出來。氫氣干燥器的工作和再生過程由內(nèi)建PLC控制，完全自動進行。由于是閉式循環(huán)，所以不消耗氫氣，也不會引入空氣。為提高可靠性，干燥器從氫氣中分離出出來的水分需人工排放。

5）、發(fā)電機氫氣檢漏裝置。

    發(fā)電機  漏液檢測裝置用以檢測發(fā)電機水冷定子線圈或氫氣冷卻器因泄漏而積累在發(fā)電機底部的液體，同時也用以檢測滲漏到發(fā)電機內(nèi)的密封油或軸承油 。

6）、發(fā)電機絕緣過熱監(jiān)測裝置

     發(fā)電機絕緣過熱監(jiān)測裝置用以監(jiān)測發(fā)電機內(nèi)部絕緣材料是否有過熱現(xiàn)象，以便在早期及時采取必要的措施，防止釀成大事故。

     工作原理：

           在發(fā)電機正常工作時，流經(jīng)裝置的干凈氣體導致裝置產(chǎn)生一定的微電流，此電流經(jīng)處理后，在裝置上顯示出來。當發(fā)電機內(nèi)絕緣有過熱現(xiàn)象時，絕緣材料因過熱而揮發(fā)出過熱粒子，這些粒子隨氫氣進入到監(jiān)測裝置后，將引起裝置的電流減少。當電流減少到一定程度時，裝置經(jīng)自檢確認裝置本身無誤后將發(fā)出報警信號，提示發(fā)電機內(nèi)絕緣部件有過熱現(xiàn)象。

7）、循環(huán)風機

     循環(huán)風機主要用于氫冷發(fā)電機冷凝式氫氣去濕裝置的除濕系統(tǒng)中，在發(fā)電機停機或盤車狀態(tài)下，開啟循環(huán)風機，使氫氣去濕裝置能正常工作。

8）、氫氣純度分析儀

       可實時監(jiān)測氫氣、CO2的純度。氣體置換時主要通過氣體純度監(jiān)測裝置的樣氣進口來監(jiān)控氣體純度；量程氣進口只在置換時用，可實時調(diào)看供氫純度或供CO2純度。參比空氣進口為調(diào)試時用。純度儀回氣排空

工作原理：

      儀器由特殊設計的風機，壓差交送器及壓差計組成，實際則是風機產(chǎn)生的壓差，但由于此壓差值與氣體的密度有關，而氣體密度又直接與氣體的成分成比例，故只要測出風機壓差就等于測出了氣體密度，實際上兩只壓差計是直接按密度和純度標注的。

純度要求：

        氫氣是易燃易爆性氣體。在密閉容器中，當氫氣與空氣混合，氫的含量為4％～75％，即形成易爆炸的混合氣體。我國發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定：“一般要求發(fā)電機內(nèi)氫氣純度保持在96％以上。低于此值時，應進行排污”

      大容量氫冷發(fā)電機內(nèi)要求保持高純度的氧氣，其主要目的是提高發(fā)電的效率，從經(jīng)濟方面考慮。因為氫氣混入空氣或純度下降時，混合氣體的密度隨氫氣純度的下降而增大，使發(fā)電機的通風摩擦損耗也隨著氫氣純度的下降而上升。據(jù)美國GE公司介紹，一臺運行氫壓為0.5MPa、容量為907MW的氫冷發(fā)電機，其氫氣純度從98％降到95％時，摩擦相和通風損耗大約增加32％，即相當于損失685kW。一般情況下，當機殼內(nèi)的氫氣壓力不變時，氫氣純度每降低1％，其通風摩擦損耗約增加11％。

9）、濕度儀（露點儀）

氫氣露點儀裝在發(fā)電機氫氣干燥器的進氫管路上，

對發(fā)電機內(nèi)的氫氣的溫度和濕度進行在線監(jiān)測，氫氣露

點儀的工作電源為交流220V，并有4～20mA的輸出信

號。

       露點：是指氣體在水蒸氣含量和氣壓不變條件下，

冷卻到水汽飽和(出現(xiàn)結(jié)露)時的溫度。氣體中的水蒸氣

含量愈少，使其飽和而結(jié)露所要求的溫度越低。反之，

水蒸氣含量愈多，降溫不多就可出現(xiàn)結(jié)露。因此，露點

的高低是衡量氣體中水蒸氣含量的一個尺度。

六、氫氣濕度過高的影響及原因。

1、影響：

     機內(nèi)氫氣濕度過高時，一方面會降低氫氣純度，使通風摩擦損耗增大。效率降低：另一方面，不僅會降低繞組絕緣的電氣強度(特別是達到結(jié)露時)，而且還會加速轉(zhuǎn)子護環(huán)的應力腐蝕。特別是在較高的工作溫度下，濕度又很大時，應力腐蝕會使轉(zhuǎn)子護環(huán)出現(xiàn)裂紋，而且會很快地發(fā)展。

2、機內(nèi)氫氣濕度過高的主要原因有以下2種：

     1  可能是制氫站出口的氫氣濕度過高；

     2  可能是氫氣冷卻器漏水；

     3  對于水氫氫冷卻方式或水水氫冷卻方式的發(fā)電機，還有可能是定、轉(zhuǎn)子繞組的直接冷卻系統(tǒng)漏水。

     4  密封油的含水量過大或氫側(cè)回油量過大。如果軸封系統(tǒng)中氫側(cè)回油量大，再加上油中含水量大(要求含水量控制在500ppm以下)，從密封瓦的氫側(cè)回油中出來的水蒸氣就會嚴重影響機殼內(nèi)氫氣的濕度。

七、運行注意事項

     發(fā)電機正常運行時機內(nèi)氫壓應保持在250～350kPa（就地控制盤指示）之間，高于350kPa 或低于260kPa，將發(fā)出報警。氫壓過高時可開啟排氣閥來排去部分H2，降壓到正常值，發(fā)電機內(nèi)氫壓必須高于定子冷卻水壓，氫壓低于265kPa（LCD指示），應向發(fā)電機內(nèi)補氫，最大補氫率10m3/天，超過此限值，應進行檢漏。

    發(fā)電機運行中H2純度最低限值96％，露點溫度0℃，純度、濕度不合格時應進行排污，并向機內(nèi)補充H2，來提高純度，減小濕度。

    發(fā)機正常運行中應投入H2去濕裝置運行。

    發(fā)電機正常運行時，要使氫冷系統(tǒng)良好運行，必須保持密封油系統(tǒng)正常運行，應特別注意密封油壓恒定地大于機內(nèi)H2壓力36～76kPa（LCD指示）。

    發(fā)電機正常運行，四臺氫冷卻器全部投入運行，一臺氫冷器退出運行，發(fā)電機負荷限制為80％額定負荷。

    正常運行中，必須保證發(fā)電機進氫溫度低于發(fā)電機定子冷卻水入口溫度，保持氫冷器出口所有溫度測點均低于發(fā)電機定子冷卻水入口溫度。

    氫冷器出口溫度測點中任一測點偏差大時，及時聯(lián)系檢修人員處理。

    發(fā)電機氫冷器出口測點中任一測點溫度高于發(fā)電機定子冷卻水入口溫度，應及時檢查并調(diào)節(jié)氫溫或定子冷卻水溫度至正常范圍。若為測點指示不準引起，應及時聯(lián)系檢修人員處理。