600MW机组氢气系统
施 晶
我厂600MW机组采用水氢氢冷却方式，所谓水氢氢冷却方式是指定子绕组水冷、转子绕组氢冷和定子铁芯氢冷。我们知道发电机在运行时，由于强大的转子电流(额定磁场电流5080A)和高速旋转，将在转子绕组上产生大量的热量，使发电机温度升高而影响绝缘。为了使发电机能得到冷却，要求建立一套专门的供氢气冷却系统。目前大容量机组多采用氢气为冷却介质对转子绕组进行冷却。这主要是因为氢气热传导性能好，对设备无腐蚀，制氢技术已很成熟。但由于氢气是易燃易爆气体，当氢气与空气混合达一定浓度时会发生爆炸。实验测定，空气里氢气的体积若达到混合气总体积的4.0%—74.2%时，点燃就会发生爆炸，这个范围叫氢气在空气中的爆炸极限。另外，氢气在发电机内循环过程中会漏入冷却水或溶于密封油中，造成氢气损失，使机内氢气的压力、纯度下降，从而降低冷却效果。因此，氢气系统应能保证给发电机充氢和补氢，自动监视和保持发电机内氢气的压力、纯度以及氢冷却器出口氢温在规定的范围内。
当氢气系统运行时，一定要特别注意防火、防爆、防漏。
一、氢气的特性
1、 在标准状态下，氢气的密度是89.87g/m3,比空气轻14.3倍，（空气的密度是
1293 g/m3），故发电机采用氢冷能使通风损耗大为降低；
2、 氢气的传热系数比空气大1.51倍。汽轮发电机的损耗形成的热量可由氢气
很快地、大量地带走，这样就提高了发电机的容量和效率；
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3、 氢气不会产生电晕，不会使发电机绝缘老化；
4、 氢气的渗透能力很强，它能很容易地从轴承、法兰盘、发电机引出线的青铜
座板和磁套管、机壳的焊缝处扩散出来，造成氢压和纯度的降低； 5、 氢气是无色、无味、无毒的可燃性气体，氢气的着火点能量很小，化学纤维
织物摩擦所产生的静电能量，都能使氢气着火燃烧。氢气和空气的混合气体存在发生爆炸的可能性。
电解制氢实际上是一个水的电解过程，将直流电加于电解槽中的二个电极上，就可在阳极上得到O2，在阴极上得H2： 阴极反应：4H2O+4e=2H2+4OH 阳极反应：4OH=H2+2H2O+4e 总反应： 2H2O=2H2+O2
《电业安全作业规程》规定：发电机氢冷系统中的氢气纯度按容积计不应低于96%；制氢设备氢气系统中，气体含氢量不应低于99.5%。
电业规程中还规定：禁止在制氢室中或氢冷发电机与储氢罐近旁进行明火作业或做能产生火花的工作。工作人员不准穿有钉子的鞋。如必须在氢气管道附近进行焊接或点火的工作，应事先经过氢量测定，证实工作区域空气中含氢量小于3%并经主管生产的副厂长（或总工程师）批准后方可工作。 氢气作为发电机冷却介质的优缺点
优点：氢气比重小，通风损耗小，可提高发电机效率，氢气扩散性强，可大大提高传热能力，氢气比较纯净，不易氧化，发生电晕时不产生臭氧，对发电机绝缘起保护作用，氢气不助燃。
缺点：需要一套复杂的制氢设备和气体置换系统，由于氢气渗透力强，对密
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封要求高，需要有一套密封油系统，增加了运行操作和维护的工作量，氢气是易燃的，有着火的危险，遇到电弧和明火，就会燃烧，氢气与空气(氧气)混合到一定比例时，遇火将发生爆炸，威胁发电机的运行安全。
二、氢气系统流程及特点 系统流程
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测纯 大气 低压H2 进气门 H2 流量表旁路门 H2 减压伐旁路门1、2 发电机 CO2 气源 CO2 加热器 干燥器进口门1、2 干燥器 干燥器出门1、2 (发电机运行时风扇差压) 进气门 H2 再循环风机 (发电机停运时) 出气门 仪用空气 滤网 进气门 大气 H2 系统气体排放门 H2 排气门 CO2 排气门 定冷水箱氢封进气门 H2 系统气体排放隔绝门 密封油箱氢封进气门 H2 系统泄漏检测装置
由系统流程我们可以看出发电机氢气系统中不但有氢气，还有二氧化碳和仪用空气。由于氢气和空气不能直接触，所以发电机充氢时先用二氧化硫置换发电机氢气系统中的空气，然后再用氢气置换发电机氢气系统中的二氧化碳，完成发电机的充氢过程。反之，发电机氢气系统排氢时，须先用二氧化碳置换氢气，再用仪用空气置换二氧化碳(规程规定：CO2在发电机内最长可停留24小时)。
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发电机定冷水箱氢封和密封油箱氢封现在都不用。定冷水箱上部空间目前充以氮气，使水与空气隔绝；发电机密封油箱上设有排烟机，不用氢封。
氢气系统主要特点
1、 氢气由化学制氢站储氢罐提供，当发电机内氢气溶于密封油回油被带走而使
氢压下降或发电机内氢气纯度下降需要进行排污换气时，可通过调节阀手动补氢；
2、 设置一只氢气干燥器，以除去发电机内氢气中的水分，保持发电机内氢气干
燥和纯度；
3、 设置一套气体纯度分析仪及气体纯度计，以监视氢气的纯度；
4、 在发电机充氢或置换氢气的过程中，采用二氧化碳作为中间介质，用简接方
法完成，以防止发电机内形成空气与氢气混合的易爆炸气体。 5、 设有氢泄漏检测装置和发电机进水保护。
我厂氢气的正常来源是化学制氢站的高压储氢罐。由于原制氢设备是进口设备，投产至今已运行近20年，设备老化需要维护、更新费用较大，从2007年4月开始制氢站设备停用，采用外购氢气，氢气瓶充入高压储氢罐，经过减压后送到氢气冷却系统，减压阀为手动控制，减压阀将高压氢气减至7-8bar。在发电机氢气进气母管上装有一个安全阀，动作压力为6bar，为防止氢气冷却系统内氢气压力超压而设。氢站过来的氢气在进入发电机氢气冷却系统前还要进行再一次减压，使氢气压力降为正常工作压力4.2bar，再从发电机的顶部送入发电机内。进入和排出发电机的氢气管道装在发电机的上部，进入和排出二氧化碳的管道装在发电机的下部。氢气在发电机内部循环、冷却，并始终保持有一部分氢气通过氢气干燥器进行干燥。为了氢气冷却系统充氢及排氢时的安全运行，还设置了一套
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