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氢冷发电机氢气品质对运行的影响华北电力科学研究院有限责任公司白亚民

为什么要使用氢气？?氢气具有良好的导热性能和流动性，是目前大型发电机最主要的冷却介质。?600MW及以上汽轮发电机基本上用水冷却定子绕组，用氢气冷却定子铁心和转子绕组，简称“水氢氢”。?在发电机给定输出功率和绕组温度时，用氢气代替空气可以节省大约20％的发电机结构材料。?氢气比空气密度低是另一个优点，在同样的压力和温度下，氢气的密度不到空气的十四分之一，因此可以明显减少通风摩擦损耗。

气系运行的基本要求?发电机安全运行首先需要一个稳定的高压氢气源。?传统的氢源是氢气瓶或管道连接至制氢站。采用后者的电厂近些年越来越多，成本较低、安全性高，特别是置换氢气时，更易于实现提供高纯度、低露点、压力稳定的氢气。?氢气属于易燃、易爆气体，必要的安全性措施要求极高。?氢气与空气混合若占4％～74％为爆炸范围，与氧气发生反应，起爆能量非常小，因此任何情况下不允许与空气混合，并应严密监测氢气百分比含量。?近几年氢气爆炸事故仍有发生。（大唐、国华、华能）?设计上保证了机壳足以承受氢气爆炸力。按安全规范和反措使用氢气足以保证运行安全。

量机运行和响?氢气质量在以下三个方面与发电机运行和性能密切相关：?纯度直接影响发电机的效率?氢湿度影响发电机内部绕组和金属结构的寿命?压力的稳定性影响发电机最大输出功率?重点介绍氢气纯度对发电机的影响

度要求的安全示?600MW汽轮发电机通常都配有氢气在线指示仪表，有许多发电机还配装了漏氢在线监测仪，重点监测封闭母线、内冷水箱、端盖等处的漏氢。?氢气监测的标准：GB/T7064-2008隐极同步发电机技术要求、有关企业反措?监测的基本功能是要避免出现爆炸事故。?额定氢气纯度是98％，正常运行应95％以上。?纯度降至90%以下并且不可能很快上升，在纯度降至85%之前应停机并将氢气置换，自动注入二氧化碳。

度机效的响?氢气纯度下降则气体密度增加，可引起通风损耗增加，即发电机的效率下降，最终使得电厂的经济利益受到一定影响。?当氢气纯度从额定值下降一个很小的百分数时，对发电机的安全性应不存在任何不利影响，但对经济性的影响则是不可忽视的。?国外有详细的分析研究，对维持高纯度氢气运行的要求非常迫切。?美国2003年《电力工程》一篇文章进行了氢气纯度对发电机影响的量化分析。

国外机的分析研氢气纯度下降引起发电机风摩损耗增加的关系曲线，kW氢气纯度，％

上曲的明?两条曲线分别是400MW和800MW发电机?横坐标从左向右延伸表示纯度从100％下降到91％，每格1％。?左纵坐标表示经济损失，单位是美元每天?右纵坐标表示发电机风摩损耗，单位是kW?在氢气纯度低于99％左右时风摩损耗就开始随纯度降低而呈反比线性增加?发电机容量越大，风摩损耗随氢气纯度下降而增大的变化斜率越大，即氢气纯度对较大的发电机影响更大。?图示曲线可以查出纯度下降1％对应的风摩损耗。

国外文献中的所作的?原文照译：以800MW汽轮发电机为例?纯度在99％以下时，每下降1％，增加损耗风摩损耗366kW?换句话说，氢气纯度从95％每向上增加1％，相应就增加发电机输出功率366kW?如果发电机氢气纯度从95％升到98％，上升3％，在燃料消耗没有任何变化的情况下，发电机组增加了超过1MW的输出功率。?按每kWh电价0.04美元计算，纯度上升3％，按年运行8000h考虑，则每年可节约资金32万美元?电厂如果有4台机组，则一年因氢气纯度的节能潜力为128万美元

照估算到国600MW机的况?从图中曲线可以得出800MW和400MW发电机的风摩损耗与纯度的关系：?800MW发电机，纯度下降1％，损耗增加366kW?400MW发电机，纯度下降1％，损耗增加107kW?只要算出曲线的斜率就可以求出所求数值。?用曲线插值法很容易得出600MW发电机风摩损耗与纯度的关系：?600MW发电机纯度下降1％，损耗增加240kW?按照国外文献的算法，纯度从额定的98％下降到95％，下降3％，燃料消耗不变但发电机损耗增加了720kW?按kWh电力0.3元上网电价计算，一台机组年运行6000h，氢气纯度上的节能潜力约为130万元。

度与厂的直?电厂通常有多台600MW发电机，如果氢气纯度都常年在95％～96%运行，与损耗开始增加的99％纯度比较，差了3％～4％，安全方面绝对没有任何问题，但在燃料消耗一样的情况下，损失电功率至少几千kW，而且完全是在不知不觉之中失去的，表现在煤耗略有增加，很容易被人们忽略。?计算取用的年运行6000h是理想数据，2008年中电联统计显示，600MW及以上机组平均年运行小时数不到5000h，上网电价各地区也差异很大，因此上面计算