：355【摘要】氢冷发电机组应用及改进安全性和运行状况.
应用透平发电机组必须有一个高能量的输出，以此为基础才能保持电厂在高效状态下运行，效率是由发电机产生的，转子中有一个导体，当它转动时，产生一个旋转的电磁场。在汽缸中的导体或定子，定子环绕着转子，会产生流动的电荷，然而，定子和转子的铜损会产生热量，导致发电机的输出效率降低。为了保持发电机最大的输出效率必须使用冷却剂，以冷却绕组和定子及转子的其它部件。在这种场合下最常用的是氢气，因为它是一种优异的热传导介质，使用氢气也会增加发电机的输出，因为与其它冷却剂相比氢气的粘度最低。氢气能降低转子的阻力，从而大大提高效率。保持氢气的纯度接近100％是对冷却优化的要求，这会最大限度地提高发电机的效率。问题氢气与空气的混合物超过一定的范围（4％到74％，体积比）后会发生爆炸。在氢冷机组运行的三个阶段：启动、正常运行和关机，必须防止潜在危险的发生，随着氢气纯度的降低，发电效率也会降低。这主要是因为高粘度和低热导。另一个问题是氢气中水汽的冷凝。这些湿气能通过各种方式进入发电机，引起腐蚀及元件的高应力，导致停车。改进发电机的安全性和运行状况在氢冷机组的启动阶段，空的冷却管和发电机内部会含有空气，在氢气进入之前必须排走空气，防止空气中的氢气达到爆炸范围。一种情性气体，如二氧化碳常用于驱赶发电机中的氢气。在发电机启动时，二氧化碳从发电机底部的管路进入发电机，把空气从顶部赶走。（见图1）当二氧化碳达到86％时，氢气进入发电机，赶走剩余的二氧化碳。氢气是从发电机的顶部加入，二氧化碳从发电机的底部排出。
在正常操作时，氢气通过中空的冷却管在发电机中循环，当氢气通过发电机时带走热量。然后氢气进入冷却管中冷却通常使用水冷或其它的换热器。密封油和循环管线中的泄漏会导致氢气纯度的下降，因为空气会渗入氢气中以及氢气会泄漏。由于任何泄漏都会引起电力输出的降低，所以连续分析氢气纯度以监测氢气的损失和空气的进入是绝对必要的。
发电机经常按计划每年检修，在停机阶段，发电机中的氢气必须赶走，以防止潜在的燃烧危险。再有，必须注入惰性气体以防止空气和氢气易燃混合气的存在。二氧化碳同样被用于这个过程以驱除发电机中的氢气，这样发电机才能够停机。为了准备停机，二氧化碳从底部进入发电机，把氢气从发电机顶部赶走。加入大量的二氧化碳直到氢气的浓度低于5％。这时可以打开发电机的外壳并使用风扇驱散剩余的二氧化碳和氢气。这种驱散方法也可防止氢气和二氧化碳的窒息效应，此效应会对操作工作人有害。减少腐蚀和维护转子上的止推环是发电机上受力最大的元件。因为这种强大的应力，所以需要高强度的合金且必须没有磁性以减少电损。转子的止推环非常重要，因为它要支撑绕组和档块的离心载荷。其它受力元件包括分离环，间隙环，和推进环，通过氢气冷却器，定子水循环系统，湿的补给氢气或透平蒸汽泄漏，水能够与这些元件接触，另外，在一些发电机系统中，停机和存放时经常会发生冷凝，无论是在维护时还是在运行时，湿气不进入发电机是非常重要的。湿气的存在能腐蚀受力元件，这会导致元件破裂，从而增加停机时间和维修费用。
止推环的失效是由应力腐蚀引起的，这会导致其它的损坏，为了减少湿气进入发电机并防止腐蚀，一些制造商选用氢气干燥器来除去湿气，防止腐蚀并避免向定子和转子绕组中带入腐蚀性物质。另一些制造商不提供干燥器，因为他们相信提供的氢气已经除去湿气并保持适当的露点防止冷凝。然而无论有无干燥器，所有的制造商都建议对湿度进行监测，当湿度超标时可立即采取正确的行动。测量氢气纯度和湿度含量在发电机氢气纯度的测量中有两种方法---热导法和密度法。方法的使用通常依赖于制造商的喜好。密度测量是基于气体密度原理，混合气体有不同的密度，在一定的流速下会产生不同的压力。在孔板处用鼓风扇产生一个固定的流速，用经过百分比浓度校准的仪表指示相应的压差。对绝压和温度读数必须是正确的，然后转换成百分浓度。
采用密度法测量样品管线一般比较长（61米到91米），这将导致测量滞后。为了使样气流动，需要一个风扇，并且管道要比较大，以容纳风扇。校准费时且困难，在许多场合制造商不再支持这种密度测量系统，而更喜爱热导方法。
今天绝大多数氢气纯度测量系统都基于热导原理。所有气体都有不同的导热能力。为了比较各种气体的能力，根据它们各自的保持热的能力给出各自的导热系数。通过运用这些导热系数和控制环境，可提供一种方法以确定气样中特定气体的浓度---热导法。
热导气体分析仪由两部分组成：传感装置和控制装置。传感装置有两个气体室，一个用于测量气，另一个用于参比气。整个传感装置由温度控制保证常温，在每一个气室中都有一个温度传感器用以感应各自气体的温度。已知传感装置的特性，每种气体的热导系数，每个气室的温度，就可以计算出被测气体的浓度，并在控制单元上显示，通过使氢气的纯度尽可能地接近100％，可最大限度地提高发电效率，氢气纯度每降低一个百分比，每天会有成百上千美金的损失，所以准确地测量氢气的纯度至关重要。
样气在进入测量装置的气室前必须经过适当的处理。处理过程包括降低和调整压力，过滤样气中的污染物，如密封油，保持温度在一个标准范围内。Honevwell提供一个采样盘，包含所有必要的过滤器，压力流量调节器，以及适当的调节和简化校准及正常操作所需的阀门。采样盘还包含为样气从工艺过程到分析仪的传送所需必要的管路连接，以及放空管。传感装置可在发电机附近安装，消除密度测量法的滞后时间。采样系统使用发电机的放空口采样，所以不需要风扇和泵（见图1）
Honeywell的实时三范围气体分析仪准确地测量发电机应用过程中的三个范围---空气中的二氧化碳O一100％；空气中的氢气75％到100％；和氢气中的二氧化碳0－100％。上百套的使用表明Honeywell的氢气纯度分析仪是可靠和准确的，并且每年很少或基本没有维护。
来源：中国电厂化学
