发电机氢气湿度监测.ppt

发电机氢气湿度监测 华北电力科学研究院有限责任公司 白亚民 教授级高级工程师 1. 前言 发电机氢气湿度及有关问题引起了人们广泛的关注，对发电机氢气湿度过高造成的危害、氢气湿度的限值标准以及降低氢气湿度的措施等等，做了很多的研究和探讨，无论是制造部门还是电力部门，在努力降低氢气湿度改善发电机运行环境方面，已经达成了共识。 电力行业标准DL/T651-1998《氢冷发电机氢气湿度技术要求》于1998年3月颁布实施，对发电机及氢站所供新鲜氢气的湿度控制指标、监测方式、以及测试仪器、测试方法等等都做了规范。 氢气湿度标准经过有关专家反复论证，采用了当今国际电机界普遍采用的露点温度表示法，还对发电机内氢气湿度的下限做了规定，此外，对氢气湿度监测仪表的选型也做了相应的规定。 现场调查发现，目前该标准已经深入人心，电厂的基层工作人员都非常熟悉，能够正确的按照标准要求去维护发电机运行，使发电机氢气湿度普遍能够满足标准要求，但对标准的理解还存在一些误区。 对氢气湿度监测仪表的选型仍有一些疑问。 在此对发电机氢气湿度标准和监测以及监测仪表的选型方面等作些介绍。 氢气湿度过高对绝缘的影响 发电机内湿度过高时，除护环可能因湿度过高生成应力腐蚀裂纹外，绕组的绝缘性能也会有明显下降，甚至绝缘表面出现结露现象，此时绝缘表面易于引起沿面放电。其放电机理是在绝缘表面首先生成水膜，在电场作用下，水膜被电离并使离子沿表面移动、汇集，造成电场的不均匀分布，同时降低了表面的放电电压。这种沿面放电实际上是一种气体介质放电现象，而这种放电电压比单一气体或固体中存在的击穿电压低得多，有时机内爬电距离可达1m。沿面放电可能导致高电位之间贯穿性的击穿闪络，即所谓相间短路事故。在贯穿性闪络前，在电场的作用下，带电粒子不断撞击绝缘表面，或引起局部电流密度骤然升高，造成气体电离，生成的高温迅速使局部绝缘炭化，进一步发展终将因拉弧放电而崩毁局部线棒。 氢气湿度过高对转子护环的影响 发电机内氢气湿度过高是50Mn18Cr4WN护环发生应力腐蚀裂纹的主要诱因。 理论研究表明，护环“氢致开裂” 现象的基础是水份参与的化学反应，形成硝酸根离子，对金属产生腐蚀，在承受有应力情况下，裂纹的形成和扩展将大大加速。 发电机护环应力腐蚀故障实例 2000年3月，华北某发电厂一台QFQS-200-2型200MW汽轮发电机大修中发现转子护环有严重裂纹。汽侧外表面靠近护环搭接面端口处，沿周向散布有7条轴向裂纹（有的肉眼已清晰可见），长度在13mm~28mm之间，深度在5mm~8mm之间，最靠近的两条裂纹相距65mm；汽侧内表面靠近护环搭接面端口处，沿周向散布有23条裂纹，长度在10mm~12mm之间，深度在3mm~5mm之间；励侧外表面完好，内表面有2条裂纹，长度为10mm~12mm。拔下护环后经金相检查确认，汽侧内表面有26条裂纹，均在环键槽内未裂出槽的宽度，同时发现外表面有裂纹处均对应内壁有裂纹；励侧内表面有13条裂纹，也是均在环键槽内，未裂出槽宽。因裂纹情况严重，汽、励两侧护环全部判废，更换为新护环。 该发电机1987年投运，护环钢材料为50Mn18Cr4WN，1989年、1993年和1996年分别进行过大修，每次均经探伤检查试验未见异常。发电机运行情况过去一直正常，但本次大修前半年左右氢气干燥器（冷冻式）因故退出运行，造成发电机机内氢气湿度严重超标，但未引起有关人员的足够重视，发电机仍然继续运行，实测机内露点温度经常在20℃以上，如此运行约半年时间。 曾对华北电网42台发电机护环进行的超声波检查和覆膜金相检查表明，有应力腐蚀的护环占25.7%，因应力腐蚀裂纹而更换的护环占16.6%。 2. 氢气湿度标准 在DL/T 651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》中，对发电机内氢气在运行氢压下的允许湿度及供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气做出了明确的规定： 发电机内氢气在运行氢压下的允许湿度的高限，应按发电机内最低温度确定是露点温度0℃还是-5℃（一般可以理解为正常运行是0℃，停机备用是-5℃）；允许湿度的低限为露点温度td=-25℃ 新建、扩建电厂（站）：露点温度td≤－50℃。已建电厂（站）：露点温度td≤－25℃ 3 标准的制定依据3.1 氢气湿度表示方法 标准规定，采用以露点温度作为氢气湿度的表示方法。 湿度是指气体中的水汽含量，它的表示方法很多，较常用的如：绝对湿度、相对湿度、混合比、体积比、水汽压力、露点温度等。我国电力行业在发电机运行监测方面过去沿用前苏联的作法，用绝对湿度表示，它是湿气中水汽质量与湿气的总体积之比（g/cm3）。绝对湿度与温度值有关，与水蒸气压力不存在单一的函数关系，因此会增加应用的复杂性。 露点温度是一种最清晰直观的湿度表示方法，它是一种不受温度影响且