发电机氢冷系统运行故障分析与处理

摘 要：田湾核电站发电机采用水氢氢冷却方式，即用水冷却发电机定子线棒，氢气冷却发电机定子铁芯和转子。但氢气的缺点是渗透性强，容易从设备中泄漏出来，其次是氢气与氧气、空气混合后的爆炸范围广（空气中氢的爆炸范围是氢含量4%～75%），有爆炸危险。发电机运行过程中如果冷却介质异常，可能导致发电机降功率或停机，某些故障可能导致人员和机组的安全受到威胁。该文从运行的角度分析了氢冷系统的可能故障类型，促成原因及相应的处理措施，使大家对氢冷系统的故障有一个更加深刻的了解。最后阐述了氢气系统起火爆炸时，电站工作人员应如何进行处理。

关键词：发电机 氢气 故障分析 处理 火灾 安全

中图分类号：TK91 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0097-02

1 氢气的作用及危害

田湾核电站发电机设计有专门的发电机冷却系统。田湾核电站发电机为水氢氢冷却方式，用水冷却发电机定子线棒，氢气冷却发电机定子铁芯和转子。作为气体冷却介质需要有两个条件：（1）换热效率高；（2）机械损失小。

氢气是一种易燃易爆气体，在氢气和空气混合时当氢含量在4%～75%的范围内，且又有火花或温度在700℃以上时，就有可能爆炸。

2 氢冷系统运行故障类型及处理方法

2.1 氢气压力下降

当计算的氢气泄漏量大于2%/天时，根据漏氢处理应急预案要组织人员进行查漏。据统计发电机常见的氢气泄漏点有：（1）氢气干燥器底部疏水阀；（2）与氢气系统相连阀门法兰；（3）氢气纯度仪前排气阀门法兰；（4）发电机密封油氢气侧回油窥视孔法兰；（5）发电机密封油系统正常运行时连续吹扫流量计及其相连软管；（6）氢气干燥器前的排气阀；（7）氢气干燥器流量计外漏；（8）氢纯度分析仪软管连接头；（9）发电机靠励磁机侧密封轴瓦螺栓；（10）窥视孔；（11）发电机端盖及其螺栓；（12）发电机下部法兰；（13）发电机人孔；（14）密封油阀门；（15）氢气干燥器疏油阀；（16）发电机振动监测系统贯穿件。

2.2 氢气湿度过高

田湾核电站发电机内部氢气湿度的正常运行的范围为0.9%～25%。氢气湿度大于25%但低于30%，发电机运行每年不超过3次，每次不超过3天。不论是何种原因引起的发电机氢气湿度上升，都要及时降低发电机的湿度，可以投运氢气干燥器磁力风机，降低氢气的湿度。必要时用干燥的新氢气频繁地吹扫发电机。氢气湿度过高的可能原因及处理方法如下。

制氢站氢气湿度超标；对发电机补氢管线进行湿度化验，判断湿度是否超标。氢气冷却器泄漏；从氢冷器排气阀出口检测冷却水中是否含有氢气，如果确定某个冷却器泄漏，当氢冷器漏水量超过每班500 cm3时，应切除氢冷器，发电机降功率到60%额定值。在不超过24 h前提下，尽可能停运发电机，消除氢冷器泄漏点或更换备用氢冷器。氢气干燥器运行不正常；定子冷却水漏向氢气侧，确认氢气补集器内是否有气泡，如有气泡，检测确认是否为氢气。如确认是氢气，依据发电机规程进行操作。密封油中水含量超标；对密封油进行取样，水含量超标，投入密封油滤油机，同时进一步查找密封油水含量超标原因。

2.3 氢气的纯度下降

氢气纯度直接影响发电机的效率，氢气纯度下降则气体密度增加，可引起通风损耗增加，即发电机效率下降，最终使得电厂的经济利益受到一定影响。当发电机氢气纯度下降接近98%时，组织现场人员进行发电机氢气排污。影响发电机氢气纯度的主要因素主要有以下几个方面：

（1）发电机气体置换时，死角置换不彻底；

（2）若有氮气接入氢系统时，误开相关阀门；

（3）发电机氢气冷却器泄漏，氢气湿度上升而造成纯度下降；

（4）测量仪表出现问题；

（5）氢站所制氢气品质差；

（6）发电机密封油系统运行不正常。

针对以上几种原因，为防止发电机氢气纯度降低，我们在生产运行中应从以下几个方面入手，保证发电机氢气纯度在规定范围内。

（1）发电机进行气体置换时，置换过程中对死角气体进行吹扫，基本可以排除发电机气体置换时死角置换不彻底的问题。

（2）检查无氮气系统接入发电机氢气系统，发电机经氮气置换后及时将氮气与氢气系统隔离。

（3）正常情况下，发电机内氢气压力略高于发电机氢气冷却器内冷却水的压力。

（4）对于仪表故障可以通过仪控人员校表，再结合化学科取样测量，基本可以判断是否测量仪表故障的情况。

（5）氢站所制氢气品质差，通过补排氢则无法提高氢气纯度，若发生发电机氢气纯度低，通过补排氢长时间无法使氢气纯度提高，则应考虑氢站制氢原因。

（6）发电机密封油系统运行情况，是影响发电机氢气纯度的一个重要因素，因此维持密封较低含水量，控制密封油温度处于规定范围的较低水平，也是保证发电机内氢气纯度的重要环节。

3 发电机着火及氢气爆炸原因及处理方法

3.1 发电机着火原因

发电机漏氢，并遇有明火。

发电机氢纯度下降，含氧量超标达到临界以上，同时，机械部分碰撞、摩擦产生火花或达到氢自燃温度。

3.2 发电机着火处理方法

若发生因漏氢引发发电机氢系统着火时，值班人员应尽快采取隔离气源措施，及时联系场内消防队迅速组织、调集消防人员赶赴事故现场组织火灾扑救。

若火情无法控制，且存在爆炸危险时，疏散值班人员和周边工作人员，确保人员和设备的安全，同时要保障其他机组安全运行。

发电机明显着火或爆炸时，应立即破坏真空紧急停机，并进行以下操作。

（1）立即隔绝空气，可以往泄漏点覆盖石棉布或者往火苗上喷射惰性气体。

（2）关闭补氢阀门，隔离系统。

（3）开启发电机的应急排氢阀门进行发电机应急排氢气降压至0.0147～0.0196 MPa。

（4）确保现场人员安全的情况下命令现操根据正常运行规程将发电机内氢气置换成氮气。

（5）在机内氢气未排完之前，应继续保持密封油泵运行。

（6）停机过程中加强汽机及发电机本体参数的监视。

参考文献

[1] 田湾汽轮发电机漏氢处理应急预案 （ATO-0-MKA00-001）[Z].

[2] 田湾核电站发电机氢冷系统运行规程 （SOP-1-MKG00-001）[Z].

[3] 田湾核电站汽轮发电机运行规程（SOP-1-MKA00-001）[Z].