发电机内氢气湿度的分析

摘　要：　通过对实际情况的跟踪调查，对发电机内氢气湿分的主要来源作了分析计算，其结论对降低发电机内氢气湿度及选择设备有一定的参考意义。

关键词：发电机　氢气　湿分

　　发电机机内氢气湿度过大的危害已众所周知，据国家电力公司对200 MW和300 MW国产机组的统计，1983年～1990年，已有11台发电机共发生了15台次定子端部绕组短路事故，分析结果表明都与发电机内氢气湿度过大有明显关系，湿度过大造成发电机转子护环损伤。近几年，对降低发电机氢气湿度已越来越重视，本文将结合实际情况，对机内氢气湿分的产生作定性分析和计算，供除湿改造和设备选型参考。

1　机内氢气湿分的产生
1.1　定性分析
　　对于大容量机组，一般采用双流单环式密封瓦，密封油系统设有独立的氢侧密封油箱，而空侧密封油箱就是汽轮机润滑油主油箱。当氢侧密封油箱油位超出高限时，向主油箱排油；相反，低于低限位置时，主油箱向氢侧密封油箱补油。排、补油量主要决定于氢、空侧密封油的窜油量。
　　对于正常的发电机，投氢时氢站氢气带入机内的湿分是很小的。沙角A电厂氢站氢气的露点一般在-25 ℃左右，按200 MW发电机的最大容积——68 m³来计算，运行氢压为0.41 MPa，投氢带入的湿分约160 g，运行时补氢带入发电机内的氢气湿分就更少，不足10 g，这些湿分很快被除湿装置除去。因此发电机内氢气湿分主要来自密封油中所含水分。
　　根据跟踪调查结果，沙角A电厂5台发电机的进油都是比较严重的，但最严重的4号发电机每天的排污油量也不超过30 kg，按油中含水的标准——1 000 mg/L来计算，进油带入发电机内的湿分约37 g。据定期检查结果，我厂冷凝式干燥器每天的排水量在400～500 g范围，显然机内氢气的湿分不是直接由进油而来。图1为密封瓦的结构，氢侧密封油流量为4.8 m³/h，密封瓦处油温在50 ℃，高速、大量的氢侧密封油所带水分在窄小的回油室被迅速飞溅雾化，而且密封油压力高于回油室氢压，加速了雾化作用，使氢侧回油室湿度始终保持在饱和状态，远远高于机内氢气湿度，从而形成一个很大的湿度分压差，使湿气源源不断地扩散到发电机内。油中水分扩散示意图如图2所示。　　

图1　密封瓦的结构

1.2　定量分析
　　根据湿气扩散机理，设氢侧密封油中的水分经回油室雾化达到饱和后扩散到发电机内的湿气量为Q_D，则：

Q_D=K_PF(p_o-p_i)

图2　油中水分扩散示意图

式中　Q_D——湿气每小时的扩散量，g；
　　　K_P——以湿气分压差为推动力的传质系数；
　　　p_o——氢侧密封油回油室饱和水气分压，kPa；
　　　p_i——发电机内饱和水气分压，kPa；
　　　F——扩散面积，cm²；　　

F=πDδ

式中　D——氢侧油档处轴径，cm；
　　　δ——氢侧油档与轴的径向间隙，cm。
　　露点与饱和水气分压差关系式为　　

式中　t_d——露点温度，℃；
　　　p_s——对应露点温度t_d的水气分压，kPa。
　　根据表1数据，可以计算出Kp=0.594(轴径D=500 cm)。

表1　3号发电机实测数据