修志堅(jiān),薛鳳蓮

（1.遼寧東方發(fā)電有限公司,遼寧 撫順 113007;2.遼寧能港發(fā)電有限公司,遼寧 撫順 113007）

1 概述

遼寧能港發(fā)電有限公司2臺(tái)200MW機(jī)組發(fā)電機(jī)為QFSN-200-2型,采用定子繞組水內(nèi)冷,轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷,定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心及其構(gòu)件為氫氣表面冷卻的水—?dú)洹獨(dú)淅鋮s方式。發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)有獨(dú)立的制氫設(shè)備,采用氫氣母管方式供給2臺(tái)QFSN-200-2型發(fā)電機(jī)循環(huán)冷卻介質(zhì)。

根據(jù)長(zhǎng)期對(duì)我國(guó)大型氫冷發(fā)電機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況的考察,由于氫氣濕度超標(biāo),曾多次發(fā)生定子線圈頂部絕緣擊穿、轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)出現(xiàn)裂紋等重大事故。因此必須對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè),真實(shí)反映氫氣循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)被油和其他雜質(zhì)污染進(jìn)行監(jiān)督。

遼寧能港發(fā)電有限公司在1996年就已實(shí)現(xiàn)對(duì)2臺(tái)200 MW發(fā)電機(jī)氫氣濕度的在線監(jiān)測(cè)。通過(guò)氫氣濕度分析儀的使用及對(duì)在線監(jiān)測(cè)狀況的研究,積累了很多經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。為了更好地實(shí)現(xiàn)氫氣濕度在線監(jiān)測(cè),對(duì)2臺(tái)200 MW發(fā)電機(jī)氫氣濕度在線監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行了改造。

2 原氫氣濕度監(jiān)測(cè)存在問(wèn)題

改造前一直選用HMP-260型氫氣濕度分析儀對(duì)2臺(tái)200 MW機(jī)組氫氣濕度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),由于發(fā)電機(jī)密封瓦不嚴(yán)密及油平衡閥存在問(wèn)題,使系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)常有漏油,且HMP-260型氫氣濕度儀沒(méi)有過(guò)濾器和排污裝置,需經(jīng)常拆除氫氣濕度探頭擦拭,時(shí)間長(zhǎng)易造成氫敏感電機(jī)污染及引線斷開,無(wú)法進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)（只能用手工試驗(yàn)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)）。而手工試驗(yàn)方法人為誤差較大,且計(jì)算公式為經(jīng)驗(yàn)公式,采用的多是一些經(jīng)驗(yàn)常數(shù),受環(huán)境及其他因素的影響極大,不能反映準(zhǔn)確的濕度值。

若要加強(qiáng)對(duì)200 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣濕度的監(jiān)測(cè)及各項(xiàng)考核,必須改變離線監(jiān)測(cè)及在線監(jiān)測(cè)不合理的現(xiàn)狀,有效開展對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣濕度的在線監(jiān)測(cè),盡可能反映出發(fā)電機(jī)氫氣冷卻介質(zhì)的真實(shí)狀況,才能真正防止氫氣濕度超標(biāo)對(duì)發(fā)電機(jī)造成的嚴(yán)重危害。

3 氫氣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 安全性

手工取樣存在安全問(wèn)題。通常在取樣時(shí)需將取樣門開啟排氣4～5min,其目的是使氫氣管路內(nèi)各個(gè)死角處得到均勻沖洗,保證取樣時(shí)樣品具有穩(wěn)定的流量和壓力。但由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)防火要求較為嚴(yán)格,每日的氫氣排放量本身就是一個(gè)潛在隱患。因此,改變監(jiān)測(cè)方式也是保證火電廠安全運(yùn)行的重要手段。

3.2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)的確定

國(guó)內(nèi)許多電廠采用相對(duì)濕度作為機(jī)內(nèi)氫氣監(jiān)測(cè)指標(biāo),但多年經(jīng)驗(yàn)表明,采用該項(xiàng)指標(biāo)有弊端。

3.2.1 相對(duì)濕度法（RH）的缺點(diǎn)

運(yùn)行中的氫冷機(jī)組充有一定水汽質(zhì)量比的氫氣時(shí),機(jī)內(nèi)各點(diǎn)相對(duì)濕度因各點(diǎn)氫溫不同而有差異,但只要機(jī)內(nèi)各處氫氣總壓力相同,各部分氫氣露點(diǎn)溫度也相同。若氫氣循環(huán)系統(tǒng)中各處氫溫不均衡,氫氣的相對(duì)濕度也不平衡,因此該方法表示的氫氣狀況并不準(zhǔn)確。

另外,原相對(duì)濕度在常壓和帶壓下數(shù)值之間的差別及其換算方法比較模糊,需經(jīng)過(guò)多次換算,測(cè)量及計(jì)算方法都很繁瑣。

原相對(duì)濕度法所測(cè)值僅能反映出機(jī)內(nèi)氫氣溶解水分大小的變化,而實(shí)際上機(jī)內(nèi)循環(huán)氫氣的運(yùn)行工況更加復(fù)雜,尤其是發(fā)電機(jī)內(nèi)密封瓦油系統(tǒng)中油品質(zhì)量的降低造成油中雜質(zhì)含量增多、氫溫及內(nèi)冷水溫度控制不好使定子水溫偏低等。這些均對(duì)氫氣濕度造成較大影響,而相對(duì)濕度值無(wú)法準(zhǔn)確衡量,使得相對(duì)濕度法測(cè)值與系統(tǒng)的真實(shí)狀況差別較大。

3.2.2 露點(diǎn)溫度主要特點(diǎn)

氫冷電機(jī)的氫氣濕度與機(jī)內(nèi)結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。大量文獻(xiàn)證實(shí)露點(diǎn)與混合氣體中水蒸氣分壓力下的飽和絕對(duì)濕度有確定的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,而當(dāng)濕氫氣中的水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài)（發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度）時(shí),露點(diǎn)與絕對(duì)濕度并不存在嚴(yán)格的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)應(yīng)一個(gè)露點(diǎn)溫度值,可以有若干個(gè)數(shù)值不同的絕對(duì)濕度。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),國(guó)外大部分電廠通常也是采用以露點(diǎn)溫度表示法來(lái)作為氫氣的控制標(biāo)準(zhǔn),但其并不刻意追求露點(diǎn)“標(biāo)準(zhǔn)”很小的差別,也不脫離機(jī)組特點(diǎn)及實(shí)際情況而提出某個(gè)單一的露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值。確立一種新的思路,依據(jù)氫冷電機(jī)的實(shí)際情況,建立一種適應(yīng)實(shí)際特點(diǎn)的監(jiān)控模式?；谝陨蠘?gòu)想,確立了以露點(diǎn)溫度（Td）和絕對(duì)濕度（a）聯(lián)合監(jiān)測(cè)法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的相對(duì)濕度（RH）或絕對(duì)濕度（a）的單一法作為研究方向。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)采用露點(diǎn)與絕對(duì)濕度聯(lián)合監(jiān)測(cè)時(shí),監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確、真實(shí)、穩(wěn)定,使氫氣濕度的各項(xiàng)監(jiān)督更全面,對(duì)冷卻干燥器的及時(shí)投入有指導(dǎo)作用。

3.3 露點(diǎn)溫度（Td）和絕對(duì)濕度的控制標(biāo)準(zhǔn)

制氧站出口氫氣濕度：露點(diǎn)（Td）≤-25℃;絕對(duì)濕度（a）≤2.5 g/m3。

發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度：露點(diǎn)（Td）≤0℃;絕對(duì)濕度（a）≤10 g/m3。

密封油含水量：油中含水量小于1 000mg/L。

隨著科技水平的高速發(fā)展,新型傳感技術(shù)及先進(jìn)的監(jiān)測(cè)手段已日趨成熟和完善,電力系統(tǒng)的專家已逐步達(dá)成共識(shí),開展在線連續(xù)監(jiān)測(cè)分析已刻不容緩。因此,發(fā)電機(jī)氫氣指標(biāo)得到及時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)控是關(guān)系到大型機(jī)組安全運(yùn)行的重要工作。

4 測(cè)量?jī)x表的選型

引進(jìn)芬蘭維薩拉公司生產(chǎn)的HMT-364E型在線溫濕度儀,以露點(diǎn)溫度（Td）和絕對(duì)濕度（a） 2項(xiàng)指標(biāo)代替相對(duì)濕度（RH）對(duì)機(jī)組氫氣進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。HMT-364E型溫濕度儀具有以下優(yōu)點(diǎn)。

a.配置簡(jiǎn)單且測(cè)量穩(wěn)定

HMT-364E型溫濕度儀傳感器探頭和儀表集中安裝在儀表箱中,采樣系統(tǒng)由過(guò)濾器、排污裝置傳感器套筒、流量計(jì)等組成。通過(guò)觀察流量范圍可知前級(jí)過(guò)濾器是否被油污堵塞,提醒及時(shí)排污、清洗,且不影響發(fā)電機(jī)正常工作,提高了測(cè)量精度和穩(wěn)定性。探頭過(guò)濾器防電磁干擾、抗油污染。儀表配備的顯示器和鍵盤可操作和設(shè)定傳感器,傳感器可通過(guò)RS232C串行總線、RS485/422串行總線、數(shù)字環(huán)流模塊與電腦或終端連接。

b.易于設(shè)定數(shù)值及調(diào)整

帶微處理器的HMT-364E型溫濕度儀變送器可由傳感器測(cè)出的溫度、露點(diǎn)溫度計(jì)算其他參數(shù)。用2個(gè)模擬量輸出通道,通過(guò)改變儀表內(nèi)部撥碼器,可選擇以下任意2個(gè)參數(shù)作為輸出信號(hào)：露點(diǎn)溫度（Td）、絕對(duì)濕度（a）、混合率（X）、濕球溫度（TM）、溫度（T）和相對(duì)濕度（RH）。露點(diǎn)溫度和絕對(duì)濕度為目前在線氫氣濕度監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

5 改造效果

在安裝中保留了原有的氫氣直流管段和取樣門,重新加工制作了系統(tǒng)旁路管段（采取一些防油污染的必要措施）,安裝了溫濕度傳感器,用白鋼管分別將樣氣從氫系統(tǒng)中進(jìn)出口接至探頭出入口。將儀表的外部供電方式改為內(nèi)部供電方式,在機(jī)柜DAS數(shù)據(jù)采集板上直接改為直流24 V內(nèi)部供電,儀表的每一個(gè)參數(shù)顯示與輸出只需2根線就能完成。

表1 有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2009年8月,2臺(tái)200 MW機(jī)組HMT-364E型溫濕度儀全部安裝完成并投入運(yùn)行。與此同時(shí),組織技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)試及對(duì)比試驗(yàn)。利用手工試驗(yàn)采用干濕球法進(jìn)行比較,先后分析近60個(gè)數(shù)據(jù),取得滿意的效果。表1為氫氣濕度分析儀在1號(hào)機(jī)運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測(cè)值。

由表1可知,自儀表初投至設(shè)備穩(wěn)定后,發(fā)電機(jī)內(nèi)主要?dú)錃庵笜?biāo)（露點(diǎn)溫度（Td）＜0℃,一般維持在-2.0～5.0℃;絕對(duì)濕度（a）＜5 g/m3,一般維持在2～4 g/m3）一直維持較好。

6 結(jié)束語(yǔ)

HMT-364E型在線溫濕度儀安裝方便,監(jiān)測(cè)容易,正常運(yùn)行時(shí)基本上無(wú)維護(hù)量;其儀表變送器探頭抗油、水污染能力強(qiáng),測(cè)量精度較高;儀表量程適合,測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,內(nèi)部軟件設(shè)置合理,完全適合發(fā)電機(jī)在線氫氣濕度的監(jiān)測(cè);儀表帶有各種串行接口,可為今后進(jìn)一步采用微機(jī)化監(jiān)控創(chuàng)造了條件。應(yīng)用HMT-364E型溫濕度儀進(jìn)行改造后,解決了投入冷凍干燥機(jī)的不規(guī)律性和人為取樣化驗(yàn)造成誤差等,能真實(shí)、迅速地反映機(jī)內(nèi)氫氣中濕度含量的變化。