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600MW汽轮发电机漏氢检测装置国产化改造

发布时间：2011/3/7 阅读次数：2916 字体大小: 【小】【中】【大】

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张良军

（国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江宁波 315800）

摘要：介绍我厂3、4、5机定子冷却水漏氢检测装置国产化改造的过程，希望对存在类似问题的兄弟厂家提供参考和借鉴。

关键词：定子冷却水系统、漏氢、检测、国产化改造

600MW水氢氢汽轮发电机定子一般采用水内冷、氢气表面冷却的运行方式。正常运行时, 氢压普遍比水压高,再加上氢气对定子线棒引水管的渗透作用，所以氢气不可避免漏入到定子冷却水中, 从而阻碍了水的正常循环,影响汽轮发电机的冷却,轻则限制发电机的出力,重则烧毁定子酿成重大设备事故，所以，配置一套测量稳定、可靠的定子冷却水漏氢检测装置是有效防止冷却水漏氢引起的汽轮发电机事故的基础。

1 系统简介

北仑发电厂3、4、5号机组600MW汽轮发电机是由日本东芝公司京滨事务所按照ANSI-C50.13-1977制造的。发电机的冷却方式为水氢氢，即定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯及其它结构件为氢气表面冷却。发电机定子线棒的绝缘引水管是由TEFOL（聚四氟乙烯）材料制成的，由于氢气对TEFOL材料的渗透能力，所以正常运行时有微量的氢气漏到定冷水中，发电机正常运行时正常耗氢量<18m3/d。

图1 东芝600MW汽轮发电机定冷水系统结构图

定冷水箱采用充氮保护，正常补氮流量为1100ml/min。在定冷水箱的排大气管上安装有漏氢监测仪，系统结构图见图1所示。

3、4、5号机组发电机漏氢检测装置由主设备配套提供，日本COSMOS公司制造。系统型号为V-810C，探头型号为EK-3A-C2E10。漏氢测量工作原理为接触燃烧式。3、4、5号机漏氢检测装置于2000年先后投运。

2 存在问题

3、4、5号机定冷水箱漏氢监测装置随机组投产以来也时常出现报警（报警值20%LEL），一般都是因为氮气流量偏低引起，通过调节定冷水箱充氮流量，报警都能复归。但从2005年12月20日开始，3号机发电机定冷水箱漏氢持续报警，通过调节充氮流量至最大值，报警也不能复归。检查排大气管路的水封无异常，用便携式氢气检漏仪在定冷水箱排大气口测量，氢气浓度在10％～100％LEL之间晃动。综合比较每天的补氢量、氢气湿度、线棒及定冷水温度、发电机底部漏液仪液位可以基本判断：3号机发电机已出现氢气泄漏。

3号机漏氢情况确认后，定冷水箱马上进行了大流量氮气冲洗（4L/min）。经一段时间大流量氮气冲洗后再用手持式漏氢检测仪测试定子冷却水箱排气口氢气含量，其读数已小于15%LEL；然而，漏氢检测装置自第一次触发报警（12月20日）以后报警信号一直不能复归。漏氢检测装置生产厂家技术人员对装置进行校验后确认：漏氢检测探头已损坏。于是我们先后三次更换探头，漏氢检测装置仍工作不正常。

由于漏氢检测装置不能正常投运，这给3号机发电机（处于漏氢情况）运行带来很大的风险。

3 故障原因分析

图2 接触燃烧式探头工作原理

V-810C型漏氢检测装置的核心工作电路实际上是一个平衡电桥；KD-3A探头实际上是一个钯栅氢敏传感器，当样气（渗）透过传感器滤网后在传感器表面上发生氧化反应，从而将测点处的微量氢浓度的变化（0～4%）转变成电信号（4-20mA），而发生氧化反应的必要条件是样气中必须要有氧气，所以根据接触燃烧式原理工作的漏氢检测装置只能测量含有氧气成分的样气中氢（气）含量。当发电机定子线棒漏氢量比较少且定冷水箱充氮流量比较低时，定冷水箱定期排放气体（排放气体量少而且排放周期又比较长）夹杂着排气管中已存在的空气（统称为样气）到达钯栅氢敏传感器，漏氢检测装置还是正常工作的，可以判断发电机定子线棒的非漏氢状态；反之，当定子线棒漏氢量或充氮流量增加到一定程度（排放气体量大而且排放周期又比较短），导致定冷水箱排气管中几乎始终充满着定冷水箱定期排放的气体，排气管中已存在的空气几乎都被赶跑，这样一来，最后造成样气中只有氢气、氮气两种组分，最后引起漏氢检测探头致盲。

4 漏氢检测装置国产化改造

根据我厂3、4、5号机发电机定冷水系统设计特点，我们需要选择一套适合在无氧环境中正常工作的漏氢检测装置。

第一阶段，我们首先对国内300MW及以上曾经发生过发电机漏氢的电厂进行统计，寻找适合我厂冲氮环境的漏氢检测装置。

第二阶段，根据漏氢检测装置的生产厂家提供的用户清单（应用业绩），逐一进行信息沟通，全面了解该套装置的优点、缺点（曾经出现的问题、改进情况、备品备件供货情况、售后服务情况、性价比等等方面进行全面评价）。

鉴于目前国产漏氢检测装置已比较成熟，所以国产漏氢检测装置成为首选目标。

经过近二个月的调研，最后我们选用重庆一家仪器厂生产的JQG-3隔爆型漏氢自动巡检装置。虽然从使用该套装置的用户分布来说，大多为非冲氮机组，但由于它是根据热导式原理测量的，与冲氮是否关系不是很大（误差在0.2%左右，一般报警值为3.2%），况且该套装置定期维护时用氮中氢进行校验。

4.1 热导式漏氢检测装置工作原理

4.1.1 分析原理

热导气体分析器主要依据热量在传送过程中具有的热传导能力，不同的物质其热传导能力不同，各种气体在相同的条件下的热传导能力是不相同的。表征这种热传导能力用热导率λ来表示，气体的热导率随着温度的变化而变化。混合气体的热导率可近似地用叠加法来计算，它近似等于混合气体中各组份的体积百分含量和相应的热导率的乘积之和，即：

λ=λ₁C₁+λ₂C₂+……+λ_nC_n=λ_iC_{i B}（1）

式中：

C _i— 第i种组份的体积百分含量；

λ_i—第i种组份的热导率；

λ—混合气体的热导率。

由式（1）可知，要测量混合气体中某一组份的含量必须满足下述条件：

1）混合气体中不含干扰组份；

2）待测组份热导率与背景气组份热导率有明显的差异，而且差异越大越好；

3）背景气各组份之间热导率相同或相近。

4.1.2 测量原理

基于热导气体分析器的分析原理，漏氢检测装置采用进口铂金丝作敏感元件组成不平衡电桥，恒压源给电桥加工作电流以实现非电量与电量的转换。电桥的参比臂内封入仪器测量范围下限所对应的气样（零气样），电桥的工作臂通过被测气体。当仪器通过“零”气样时，电桥处于平衡状态，输出信号为零，当含量大于“零”气样的被测气通过仪器时，电桥失去平衡，其不平衡信号的大小与被测组份的体积百分含量相对应。然后，将此信号进行放大、滤波、线性化修正标准信号输出、显示转换等，最后输出正比于被测气体浓度的标准电流或电压信号，显示器直接显示出被测气体的体积百分含量。

图3 热传导式探头工作原理

4.2 漏氢装置取样管路设计

JQG-3 EX通用型漏氢检测装置能连续自动巡检发电机、封闭母线CT出线盒，励端、汽端轴承回油、定子冷却水箱等8个点样气中的氢气含量，考虑到我厂3、4、5号机目前只需要判断发电机定冷水箱一个点氢气泄漏情况，我们联合厂家技术人员对测量装置取样管路进行重新设计。

由于定冷水箱是定期排放气体（定冷水箱中气体压力大于水封压力时），一般情况下（不排放时）定冷水箱气体排放管中充满着从汽机房顶排放口进来的空气，所以要判断定冷水箱是否漏氢，只需要定期对排放气取样分析即可，不需要连续取样；假若连续抽取样气取样，有可能影响定冷水箱的水封，从而带来安全方面隐患。经过实际测量定冷水箱气体排放间隔，我们设定5min取样、5min停止。

漏氢测量装置内部有一只专门用于抽取样气的抽气泵，为了防止对抽气泵频繁地进行启停操作，抽气泵最好处于连续工作状态，所以我们专门设计了气路切换回路：当5min取样时，抽气泵抽取的是空气（旁路流量计）+样气（取样流量计），5min停止时抽取的全部是空气。5min取样时旁路流量设计的目的是为了加快取样流量的流速，保证样气测量的准确性。另外，从抽气泵排出后的气体再送入原定冷水箱排气管。为了防止取样口、排气口气路形成回路，所以特意将排气口设计在取样口上面6、7米；另一方面，为了测量发电机线棒漏氢量，我们在定冷水箱排气口安装了一只气体累积流量计（漏氢测量取样口前面），排气量*排气中含氢百分量=漏氢量。

图4 改造后定冷水箱漏氢检测装置安装图

5 结论

a、我厂3、4、5号机发电机漏氢检测装置自2006年10月份开始相继国产化改造后，其中3、4号机发电机漏氢检测装置已成功检测到发电机线棒漏氢重大设备缺陷，确认该套装置应用在冲氮机组上是完全有效的；

b、由于该套装置是通过抽气泵抽取样气的方式进行样气采集，而且抽气泵安装在取样管路的末端。也就是说，整个取样管路呈负压状态，所以在日常维护中必须加强对管路（接头）密封情况确认工作；另一方面，由于抽气泵连续工作，所以抽气泵工作状态的检查也是日常点检的重点；

c、当发电机线棒漏氢（漏氢量还未到要求停机值）发现后，为了保证发电机安全运行，势必通过加大发电机定冷水箱冲氮流量将泄漏出来的氢气及时排掉，这样一来，定冷水箱中定期排放出来的气体中含水量就较高，所以在日常巡检中必须加强对漏氢检测装置过滤干燥塔中干燥剂的检查力度，干燥剂失效必须马上更换；

d、发电机定冷水箱中积聚的气体是通过克服水封压力向外排气，而漏氢检测样气又取自排气中，因此，检测到的漏氢含量实际上为两次排气间隔时间内积累气体的含氢量，与发电机线棒实时漏氢量是有差别的，该漏氢含量随冲氮流量的加大而降低，随冲氮流量的减少而升高。当冲氮流量保持恒定时，该漏氢含量与发电机线棒漏氢保持相似的变化趋势。只有将检测到的漏氢含量、煤气表积数、发电机补氢量、冲氮流量进行综合考虑时，才能对发电机线棒漏氢程度有一个比较全面的判断。

e、热导气体分析器是非常精密的仪表，尽管在设计时采取了多种优化措施，但还是易受环境温度、湿度及部件老化的影响，长期使用必然产生一定的漂移误差，所以必须对仪器进行定期量程标定。我厂一般每隔6个月用3.97%（氮中氢）标气进行定期标定。为了避免零位负漂影响发电机线棒漏氢的早期发现，我们一般将零位设置为0.15~0.20%左右。

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