发电机定冷水溶解氢检测技术的研究与应用

发电机定冷水溶解氢检测技术的研究与应用

徐敬阳

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司  内蒙古 呼和浩特 010000

摘要：定冷水回路渗漏是水内冷发电机的常见故障，较大的漏点或长期轻微的渗漏均能导致定子绕组绝缘强度急剧下降，甚至造成发电机接地、短路等恶性事故，给发电企业的安全生产带来严重威胁。

关键词：发电机；定冷水溶解氢；检测技术

前言

目前大型火力发电机大多采用“水－氢－氢”冷却方式，即发电机定子绕组选择水作为冷却介质，定子铁心和转子绕组选择氢气作为冷却介质，运行中发电机膛内氢气压力高于定冷水压力。通过发电机油水探测器、定冷水箱上部氢气浓度监测、补水速率和膛内氢气湿度、压力监视等手段，常常可以发现定冷水回路上较大的渗漏缺陷。而对于定冷水回路的轻微渗漏情况往往难以及时察觉。

1内冷水中氢气渗透的危害

氢气进入内冷水后的危害主要在两个方面:内冷水中总有微量氢气渗入汇集在水箱空间。连接部件存在泄漏时，漏氢量会更大。由于内冷水箱为带氢运行设备，存在爆炸着火隐患。当存在缺陷泄漏时，氢气进入内冷水的量变大，该泄漏点成为内冷水进入氢气侧(发电机内部)的故障隐患，可能迅速发展为严重的定子绕组短路故障。对此，必须从防止发电机定子绕组短路故障的高度予以重视。

2内冷水漏氢的控制与监督

有关发电机内冷水漏氢的控制与监督，相关的行业标准有《DL/T607汽轮发电机漏水漏氢检验》和《防止电力生产事故的二十五项重点要求》。机组检修期间执行《DL/T607汽轮发电机漏水漏氢检验》中的3．2．4判断标准。机组水压试验过程中，压力表的指示无明显下降，用吸水纸检验接头焊缝及法兰连接处无渗漏水迹象，说明系统没有渗漏点。若由于环境温度变化影响引起压力波动而不能准确判断时，应延长试验时间直至表压稳定。机组运行期间，执行《防止电力生产事故的二十五项重点要求》国家能源局2014版，内冷水箱中含氢(体积含量)超过2%，应加强监督，超过10%应立即停机消缺。内冷水系统中漏氢量达到0．3m3/天时应在计划停机时安排消缺，漏氢量大于5m3/天时应立即停机处理。其他相关的标准中对内冷水的氢气泄漏的监测与控制均与该条文内容一致。

3电厂内冷水漏氢监测方法及存在的不足

目前，电厂对发电机内冷水漏氢的监测采用以下2种方式:(1)在内冷水箱的空间安装氢气浓度测点含氢量。(2)在内冷水箱的排气口安装煤气表测量气体的排出量来表示氢气的泄漏量。现有方法主要存在的问题:(1)由于氢气通过泄漏进入内冷水后，逐渐累积在内冷水箱的空间内，不论内冷水箱是否充氮带压运行，两个测量值都是一个水箱空间内氢气的累积数，并不能表示发电机缺陷泄漏点的即时状态。(2)从现场的实际应用效果看，存在许多问题。主要有:排气表干扰因素较多，水箱水位波动、内冷水泵运行含气、补水含气、轻微排气测量灵敏度、现场弃用失效都干扰了煤气表的实际监测效果。(3)内冷水箱空间的氢气浓度测点多存在长期不动作而放弃使用的现象。(4)水箱上部空间充氮维持压力的设备长期运行失效，存在排气不畅时，氢气聚集后着火隐患增加。现场的实际监测开展情况是由运行人员定期在水箱排口利用便携式仪表测量排气的氢气浓度，当达到2%左右时进入报警状态，进行查漏。该值的大小和缺陷泄漏点的关系是模糊的，现场可操作性较差。

4水中溶解氢的测量

4.1测量原理

本试验中水中溶解氢的测定采用热导检测原理，借鉴气相色谱分析仪传感器设计理念，设计研制了一种应用于电厂水汽系统微量溶解氢含量测定的热导监测池。热导检测池的工作原理是基于不同气体具有不同的热导率。热丝具有电阻随温度变化的特性。当有一恒定直流电通过热导池时，热丝被加热。由于载气的热传导作用使热丝的一部分热量被载气带走，一部分传给池体。当热丝产生的热量与散失热量达到平衡时，热丝温度就稳定在一定数值。此时，热丝阻值也稳定在一定数值。由于参比池和测量池通人的都是纯载气，同一种载气有相同的热导率，因此两臂的电阻值相同，电桥平衡，无信号输出，记录系统记录的是一条直线。当有试样进入检测器时，纯载气流经参比池，载气携带着组分气流经测量池，由于载气和待测量组分二元混合气体的热导率和纯载气的热导率不同，测量池中散热情况因而发生变化，使参比池和测量池孔中热丝电阻值之间产生了差异，电桥失去平衡，检测器有电压信号输出。载气中待测组分的浓度越大，测量池中气体热导率改变就越显著，温度和电阻值改变也越显著，电压信号就越强。此时输出的电压信号与样品的浓度成正比，这是热导检测器的定量基础。影响热导池灵敏度的因素主要有桥路电流、池体温度和热敏元件材料及性质。对于给定的仪器，热敏元件已固定，因而需要选择的操作条件就只有载气、桥电流和检测器温度。

4.2校准原理

溶解氢测量仪器的校准采用法拉第电解氢校准原理，设计研制了一种法拉第电解池。在电解池电极上加上一定的电压，电极间的纯水中就会通过电解电流，当水的流量恒定时，电解氢与水混合后，在水中会产生一个恒定氢浓度增量，用此氢浓度增量对仪器进行校准。电解氢校准法的可靠性取决于水的流量、电解电流测量的准确性及电解效率的高低。电解效率的高低与电极问水电阻和电极间绝缘电阻的比值有关，比值越小，电解电流中漏电部分越小，电解效率越高。本仪器电解介质为纯水，水电阻与电极间绝缘电阻比值很小，电解效率很高。本仪器设计了水样恒压稳流系统，保证了流量的稳定性，保证了电解氢校准的可靠性和准确性。

5案例分析

5.1定冷水中溶解氢含量检测情况

A电厂四台发电机定期采用便携式溶解氢检测仪进行定冷水溶解氢含量检测。在2021年4月2日的检测中发现4号发电机数据异常，溶解氢含量达到761µg/L，存在定冷水渗漏隐患。为准确反映其渗漏情况，检测时已提前将该发电机定冷水箱上部排空阀保持敞开状态，与大气连通。

5.2 某厂4号发电机检修情况

2021年4月21日，在4号发电机A级检修中进行定子绕组水压试验，泵压至0.5MPa并保持约2h时，检修人员发现汽侧约2点钟方向一根线棒的槽口位置有水珠滴落。经检查，确认#31槽上层线棒有漏水缺陷。沿着线棒漏水痕迹剥除绝缘层，最终发现该线棒鼻烟斗接口位置有1个漏水点，泵水压时有水喷出。处理完#31槽上层线棒漏点后，4号发电机水压试验合格，渗漏缺陷消除。4号发电机于2021年5月29日并网发电。2021年6月8日采用便携式溶解氢监视仪测量4号发电机，此前定冷水箱保持密闭运行（定冷水箱排空阀处于关闭状态）13天，定冷水中累计溶解氢含量为262µg/L，每天溶解氢浓度增量约为21µg/L，每天漏氢量约0.19m3/d，处于正常水平。

结束语

通过发电机内定冷水溶解氢含量监督发电机氢气泄漏情况，在国内外尚未了解到有应用，在化学专业和电气专业都没有相关标准。国内大多电厂在发电机漏氢的监督上，尚未制定发电机内冷水溶解氢含量厂内标准。需要通过更大范围的安装应用、更多数据的积累、更多研究机构的参与才能确定标准。

参考文献：

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