氢冷发电机氢气系统氢气的置换及使用注意事项

在发电机气体置换时，首要考虑的问题是氢气的爆炸问题。为避免氢气与氧气直接接触，一般采取通过中间介质的间接置换或真空置换方式进行。间接置换方式在电力系统应用广泛，它用性能稳定的CO₂气体或N₂作为中间介质，以达到把机内的氢气换为空气、或者把空气换为氢气的目的。下面介绍以氮气作为中间介质置换时的监督。

（1）发电机充氢时的监督。用氮气排出空气时在氮气母管的取样门取样，分析氮气和含氧量，当氮气纯度达95%以上，含氧量小于2%时开始充氢，氢气纯度达96%以上时，充氢合格。

（2）发电机排氢时的监督。用氮气置换氢气时在氢母管的取样门取样，分析氮气纯度，当其达97%以上、氮气中含氢量小于3%时，排氢结束。由于发电机不允许氮气长时间运行，因此需用压缩空气排出发电机内的氮气，当机内空气含量大于90%时，充空气结束。

发电机的气体置换是一项非常重要的操作，它关系到设备和人身的安全。在监督中应安排2名有经验的化验员进行分析，并且需要进行平行试验以保证分析的准确性。

氢冷却方式的汽轮发电机要求建立专用的供气系统。该系统应具备以下功能：给发电机充以氢气和空气；进行这两种气体的置换，补漏气；自动监视和保持氢的额定压力和纯度。具体地说，氢冷发电机的氢气系统主要由气体分配系统，气体净化系统，测量、控制和信号系统及安全消防系统组成，如图1所示。

氢冷发电机氢气系统气体分配系统

（1）氢气分配系统。氢气分配系统主要由制氢系统、储氢系统、阀门和管路组成。氢冷发电机的氢气来自厂内制氢站。为了使制氢站在故障或正常检修时仍能正常供氢，必须备有足够储氢罐。全部储氢罐的有效容积应能满足10天运行的补氢量和置换最大机组一次用氢量的需要。储氢罐向现场供氢时一般都采用两根母管同时供氢又互相备用的双管供氢方式。这样既可以减少操作量，又可防止备用管腐蚀。

（2）空气分配系统。氢冷发电机正常时不允许空气作为冷却介质，但在气体置换或风压试验时可用空气为冷却介质。因此，系统中应安装压缩空气系统，以保证有可靠的压缩空气来源。使用前，压缩空气应先经空气干燥器干燥后方可进入系统。发电机充空气后应将系统与氢管路隔绝开，防止氢气漏人机内与空气形成爆炸性气体而发生事故。

氢冷发电机氢气系统气体净化系统

气体净化系统中的主要设备有氢气干燥器和空气干燥器。

（1）氢气干燥器。在运行过程中，氢气吸收进入机内的湿气会发生强烈的潮湿现象。氢气受潮对设备的危害较大，因此氢气系统加了氢干燥器。氢干燥器利用发电机风扇前后的压差作为动力进行循环，除去氢气中的水分。常用的氢干燥器有半导体式和吸附式两种。

（2）空气干燥器。为了避免将水分带入机内，压缩空气进入机内前须进行干燥处理。主要采用添加吸附剂的循环干燥器进行除湿。

氢气的相对原子质量最轻，为1.008，按质量计在地壳中只占1%左右。氢气是一种无色、无嗅、无味、无毒的可燃性气体，在标准状态下其密度仅相当于同体积空气1/14.5（或6.96%），所以用氢气作发电机的冷却介质时，其通风损耗可减少到空气冷却时通风损耗的6.96%，从而可使温升减少，发电效率提高。

在气体中，氢气的导热能力最好，其导热系数是空气的6.69倍；氢气具有很大的扩散速度，在距离漏点0.25m处氢气基本上已完全扩散。因此用氢气代替空气作发电机的冷却介质时，一方面可提高绝缘材料本身的导热能力，另一方面也能提高绝缘层间隙中的导热能力，从而提高发电机的冷却效果。

另外，氢气的表面散热系数大，是空气的1.5倍。表面散热系数越大，在相同温差下所散发的热量越多，这有利于降低表面温度差，提高冷却效果。

氢气常温下化学性质不太活泼，主要是在标准状态下，氢分子的离解能很高，为436kJ/mol。在高温、光照及催化剂存在的条件下，氢气是一种非常好的还原剂，它能将许多高价氧化物还原为低价氧化物甚至金属。

用氢气作发电机的冷却介质时，也有一定的缺点，就是氢气与空气或氧气容易形成爆炸性气体，所以使用时要特别注意安全。

氢气是最轻的气体，它有很强的渗透性和扩散性，因此在充满氢气的容器中很容易造成泄漏。

1、发电机的漏氢途径

（1）机壳内的氢气通过机上的漏泄点漏到机壳外的空气中，称为外漏。由于其扩散速度快，一般危险性较小。

（2）由于密封系统的平衡阀性能不好，使氢侧油窜人空侧而被空侧回油带入主油箱，在主油箱内形成爆炸气体，这属于内漏。运行中应定期分析主油箱排烟机的含氢量，发现气体含量增大时应及时查找原因并消除。

（3）在水一氢一氢式发电机中，定子绕组的内冷水压低于机内氢压。当冷却系统严密性遭到破坏时，氢气就会进人定子绕组，这也是内漏。此时通过分析发电机内冷水箱的含氢量可发现此类漏氢情况。

2、发电机找漏

电厂中普遍采用的氢气找漏的方法主要有肥皂水找漏和仪器找漏两种。

（1）肥皂水找漏。它是一种简单易行、效果良好的方法，主要用于停机后的找漏。在可能泄漏处涂上肥皂水，若漏气将产生肥皂泡。

（2）微量氢测定仪找漏。运行中常采用微量氢测定仪进行找漏。根据表计指示的氢气浓度，能大致地判断出漏氢的严重程度。

微量氢检测仪主要是由气敏电阻组成，它是一种由氧化亚锡构成的多微孔状物质，当遇到还原性气体（如氢气）时，半导体的电导率增加，阻值下降。发出的信号放大后指示出来。微量氢检测仪是电力系统常用的检测仪器，它的测定结果的准确性将直接影响设备和人身的安全。因此，在使用时应严格按说明书操作并按要求定期进行灵敏度和准确性检定。

本标准规定了核电厂氢冷发电机供氢系统安装竣工时的防爆安全验收准则。本标准适用于核电厂氢冷发电机投运前供氢系统及氢气相关系统（不包括制氢和储氢系统设备）的防爆安全验收。

氢冷发电机漏氢的控制是一个系统工程，影响发电机漏氢量的因素很多，若想从根本上控制漏氢量的大小，只有通过制造、检修、运行等各个方面相关部门齐心协力，各个环节严把质量关，在制造的过程中严格控制定子绕组水路和转子的严密性；运行时要注意调整密封油压，时刻注意保持密封瓦氢气、空气侧的油压平衡。应重视发电机的氢气泄漏情况，结合设备系统特点和存在的问题，加大技改和检修力度，不断探索采用先进的检测手段和防范措施，并严密监视发电机的漏氢，以便及时处理。通过对漏氢的检测及处理，防止事故扩大，保证机组运行安全 。

发电机运行中要产生能量损失，损耗以有功功率转变为热量的方式存在。这些热量如果散发不出去，将会使发电机温度升高，绝缘物质变质老化，威胁机组的正常运行。所以必须附加冷却系统将发电机内因损耗而产生的热量带走，现代大型机组基本使用氢气作为冷却介质。氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦以及氢气管路构成全封闭气密结构，氢气由装在转子两端的浆式风扇强制循环，并通过设置在定子机座四角的氢气冷却器进行冷却，具有效率高，冷却效果好，安全可靠等优势。

漏氢是氢冷发电机运行中普遍存在的现象，漏氢量是氢冷发电机安全运行的主要技术指标之一。氢的大量泄漏会导致氢压下降，影响发电机冷却，限制发电机带负荷。严重漏氢可造成发电机周围着火，甚至引起氢气爆炸，造成发电机损坏以至机组停机。因此，维持氢冷发电机正常运行的必要条件之一是维持氢系统工作正常，包括保证机内氢气压力、保证机内冷氢温度以及温差正常、保证机内氢气纯度 。