色谱在诊断发电机故障上的应用

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色谱在诊断发电机故障上的应用

刘长武　王海欧
（国华盘山发电有限责任公司301900）

摘要：分析发电机发生定子线棒开裂漏氢故障原因，确定故障中定子水氢气含量的变化以及色谱测定方法的可靠性，并通过监督确定，发电机发生定子线棒开裂漏氢故障的极限值参考值。
关题词：色谱法；诊断；发电机故障

2003年12月盘电2#发电机发生定子线棒开裂漏氢故障，04年6月#1发电机再次出现定子线棒因磨损出现泄漏故障。在机组运行过程中虽然发现发电机补氢量增大，怀疑发电机有漏氢点，但在什么环节上漏却无法确定，故障点在那里是否需要紧急厅级都无法确定。
盘电机组为俄供500MW超临界直流发电机组，内冷采用氢、氢、水的冷却方式，发电机冷却系统简图如下：

瓷过滤器

滤网

运行状态下通常系统氢压为0.44MPa，内冷水压为0.41MPa，系统密封油泵出口油压为1.3MPa，从系统上分析，密封油压高于发电机氢气压力，油压正常状态下，如果发电机漏氢，氢气漏入密封油中的可能性不大，另一方面是发电机氢气供给系统密封出现问题，而发电机内冷水系统发生腐蚀或应力开列会由于氢压大于水压，使氢气不断的楼如内冷冷却水中，使补氢量增大。
在内冷水系统中虽然有测量氢气的在线表，但通过实践检验，反映不是很灵敏，而且氢气在水中未达到饱和状态且有大量的氢气从水中溢出时，也即故障初期根本检测不到，即使监测到，而发电机运行过程中，内冷水侧氢气允许极限为3%，也不一定认为是故障。
发电机定子线棒发生腐蚀泄漏或应力开裂、接口松懈等漏氢初期故障，用其他检测手段都不易发觉，一旦查知，故障点可能已发展到了非常严重的状态，甚至可能出现发电机接地，烧毁等非常严重的事故。
机组在正常运行状态下，发电机由于受热应力、振动、弯曲等各种应力的作用，由于氢压大于水压，以及氢气在金属中的溶解和穿透力较强，氢气会沿着各种应力产生的微小缝隙进入并溶于内冷冷却水中。正常状态下内冷冷却水中氢气的含量相对稳定，其值大小与设备负荷状况和发电机检修质量有关，一般随负荷变动在一定的范围内变动（如果是采用凝结水做发电机冷却水，还有少量氢气来自凝结水），一旦定子线棒发生泄漏，内冷水含氢量就会急剧上升。
氢气在水中的溶剂度与水的温度有关，与氢气分压有关，分压在小于202.3--303.9 KPa时，氢气在水中的溶解度基本服从亨利定律，即定温下气体溶解达到平衡时，气体在液体中的溶解度和气体分压成正比。
Ci=Ki ×Pi（Ki是平衡系数只与温度有关）
在内冷氢冷系统氢气纯度一般都在98.5%以上可以近似看成是纯氢气，内冷冷却水电导率一般在0.7us/cm可近似看成纯净水，除有氢气溶解外无其他气体溶解，除水的蒸汽分压无其他气体分压。由于水的蒸汽分压较小可近似认为不影响氢气溶解度计算（见付页不同温度下水的饱和蒸汽压表），内冷冷却水通过发电机后吸收热量，一般温度可达到50~60度，经查阅资料在50度，101.3KPa时氢气的溶解度为0.0150L/L，那末由亨利定律得出：

在发电机正常运行过程中氢压为440KPa，内冷水温度约为50度，那末达到饱和时氢气在定子水中的溶解度应为：Ci=Ki Pi=0.015/101.3×440≈0.06L/L
一旦定子线棒出现泄漏，溶解在定子水中的氢气必然大于饱和状态时，内冷水回水中约含60000uL/L左右的氢气，由于内冷水是循环流动的且压力从入口到出口是不断下降的，氢气在水中含氢量一般低于60000uL/L，当内冷水进入缓冲水箱，由于水箱内氮封表压力为20KPa小于440KPa，水中氢气将会溢出，达到平衡后缓冲水箱水中氢气溶解度最大为Ci=Ki Pi =0.000148×120≈0.018L/L≈18000uL/L 也就是定子线棒出现泄漏时内冷水供水中最少约含18000uL/L左右的氢气，那末通过色谱法测定定子水的含氢量，可以诊断定子线棒异常。
为此我们深入进行了实验研究，氢气在水中的溶解度非常小，虽水温升高溶解度降低，在机组运行过程中，用其他方法测水中氢气含量和溶解度很难测准，为此我们尝试了采用了色谱法来研究测定水中的氢气含量，要用色谱法测定水中氢气的绝对量，首先要依据亨利定律测出氢气溶解平衡时在水和气中的分配系数。
1、50℃，101.3KPa下氢气溶解平衡时在水和气中的分配系数
气体分配系数:定温下1体力液体所能溶解某气体的体积。此系数可在定温下利用气象色谱二次平衡法试验求得，二次平衡法是在以密闭容器中放入一定体力的纯净水和一定体积的氢气，经气液平衡后，测定氢气在气相中的浓度，然后排除全部气相中的气体，在充入一定体积的高纯氮气，竟跌二次平衡后，在测定氢气在气相的浓度，而后根据公式
K=(C2/C1-C2)×r 求得分配系数K值。

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