發(fā)電機節(jié)能運行

1、氫冷發(fā)電機氫氣品氫冷發(fā)電機氫氣品質對運行的影響質對運行的影響華北電力科學研究院有限責任公司華北電力科學研究院有限責任公司白亞民白亞民為什么要使用氫氣？為什么要使用氫氣？氫氣具有良好的導熱性能和流動性，是目前大型氫氣具有良好的導熱性能和流動性，是目前大型發(fā)電機最主要的冷卻介質。發(fā)電機最主要的冷卻介質。600MW600MW及以上汽輪發(fā)電機基本上用水冷卻定子繞及以上汽輪發(fā)電機基本上用水冷卻定子繞組，用氫氣冷卻定子鐵心和轉子繞組，簡稱組，用氫氣冷卻定子鐵心和轉子繞組，簡稱“水水氫氫氫氫”。在發(fā)電機給定輸出功率和繞組溫度時，用氫氣代在發(fā)電機給定輸出功率和繞組溫度時，用氫氣代替空氣可以節(jié)省大約替空氣可以節(jié)

2、省大約2020的發(fā)電機結構材料。的發(fā)電機結構材料。氫氣比空氣密度低是另一個優(yōu)點，在同樣的壓力氫氣比空氣密度低是另一個優(yōu)點，在同樣的壓力和溫度下，氫氣的密度不到空氣的十四分之一，和溫度下，氫氣的密度不到空氣的十四分之一，因此可以明顯減少通風摩擦損耗。因此可以明顯減少通風摩擦損耗。氫氣系統(tǒng)運行的基本要求氫氣系統(tǒng)運行的基本要求發(fā)電機安全運行首先需要一個穩(wěn)定的高壓氫氣源。發(fā)電機安全運行首先需要一個穩(wěn)定的高壓氫氣源。傳統(tǒng)的氫源是氫氣瓶或管道連接至制氫站。采用后者的傳統(tǒng)的氫源是氫氣瓶或管道連接至制氫站。采用后者的電廠近些年越來越多，成本較低、安全性高，特別是置電廠近些年越來越多，成本較低、安全性高，特別是

3、置換氫氣時，更易于實現(xiàn)提供高純度、低露點、壓力穩(wěn)定換氫氣時，更易于實現(xiàn)提供高純度、低露點、壓力穩(wěn)定的氫氣。的氫氣。氫氣屬于易燃、易爆氣體，必要的安全性措施要求極高。氫氣屬于易燃、易爆氣體，必要的安全性措施要求極高。氫氣與空氣混合若占氫氣與空氣混合若占4 47474為爆炸范圍，與氧氣發(fā)為爆炸范圍，與氧氣發(fā)生反應，起爆能量非常小，因此任何情況下不允許與空生反應，起爆能量非常小，因此任何情況下不允許與空氣混合，并應嚴密監(jiān)測氫氣百分比含量。氣混合，并應嚴密監(jiān)測氫氣百分比含量。近幾年氫氣爆炸事故仍有發(fā)生。（大唐、國華、華能）近幾年氫氣爆炸事故仍有發(fā)生。（大唐、國華、華能）設計上保證了機殼足以承受氫氣爆炸

4、力。按安全規(guī)范和設計上保證了機殼足以承受氫氣爆炸力。按安全規(guī)范和反措使用氫氣足以保證運行安全。反措使用氫氣足以保證運行安全。氫氣質量對發(fā)電機運行和性能的影響氫氣質量對發(fā)電機運行和性能的影響氫氣質量在以下三個方面與發(fā)電機運行氫氣質量在以下三個方面與發(fā)電機運行和性能密切相關：和性能密切相關：純度直接影響發(fā)電機的效率純度直接影響發(fā)電機的效率氫濕度影響發(fā)電機內部繞組和金屬結氫濕度影響發(fā)電機內部繞組和金屬結構的壽命構的壽命壓力的穩(wěn)定性影響發(fā)電機最大輸出功壓力的穩(wěn)定性影響發(fā)電機最大輸出功率率重點介紹氫氣純度對發(fā)電機的影響重點介紹氫氣純度對發(fā)電機的影響氫氣純度要求的安全提示氫氣純度要求的安全提示600MW6

5、00MW汽輪發(fā)電機通常都配有氫氣在線指示儀表，汽輪發(fā)電機通常都配有氫氣在線指示儀表，有許多發(fā)電機還配裝了漏氫在線監(jiān)測儀，重點監(jiān)測有許多發(fā)電機還配裝了漏氫在線監(jiān)測儀，重點監(jiān)測封閉母線、內冷水箱、端蓋等處的漏氫。封閉母線、內冷水箱、端蓋等處的漏氫。氫氣監(jiān)測的標準：氫氣監(jiān)測的標準：GB/T 7064-2008GB/T 7064-2008隱極同步發(fā)電機隱極同步發(fā)電機技術要求、有關企業(yè)反措技術要求、有關企業(yè)反措監(jiān)測的基本功能是要避免出現(xiàn)爆炸事故。監(jiān)測的基本功能是要避免出現(xiàn)爆炸事故。額定氫氣純度是額定氫氣純度是9898，正常運行應，正常運行應9595以上。以上。純度降至純度降至90%90%以下并且不可能很

6、快上升，在純度降以下并且不可能很快上升，在純度降至至85%85%之前應停機并將氫氣置換，自動注入二氧化之前應停機并將氫氣置換，自動注入二氧化碳。碳。氫氣純度對發(fā)電機效率的影響氫氣純度對發(fā)電機效率的影響氫氣純度下降則氣體密度增加，可引起通風氫氣純度下降則氣體密度增加，可引起通風損耗增加，即發(fā)電機的效率下降，最終使得損耗增加，即發(fā)電機的效率下降，最終使得電廠的經濟利益受到一定影響。電廠的經濟利益受到一定影響。當氫氣純度從額定值下降一個很小的百分數(shù)當氫氣純度從額定值下降一個很小的百分數(shù)時，對發(fā)電機的安全性應不存在任何不利影時，對發(fā)電機的安全性應不存在任何不利影響，但對經濟性的影響則是不可忽視的。響，

7、但對經濟性的影響則是不可忽視的。國外有詳細的分析研究，對維持高純度氫氣國外有詳細的分析研究，對維持高純度氫氣運行的要求非常迫切。運行的要求非常迫切。美國美國20032003年年電力工程電力工程一篇文章進行了氫一篇文章進行了氫氣純度對發(fā)電機影響的量化分析。氣純度對發(fā)電機影響的量化分析。國外發(fā)電機的分析研究實例國外發(fā)電機的分析研究實例氫氣純度下降引起發(fā)電機風摩損耗增加的關系曲線，氫氣純度下降引起發(fā)電機風摩損耗增加的關系曲線，kWkW氫氣純度，氫氣純度，上圖曲線的說明上圖曲線的說明兩條曲線分別是兩條曲線分別是400MW400MW和和800MW800MW發(fā)電機發(fā)電機橫坐標從左向右延伸表示純度從橫坐標從

8、左向右延伸表示純度從100100下降到下降到9191，每格每格1 1。左縱坐標表示經濟損失，單位是美元每天左縱坐標表示經濟損失，單位是美元每天右縱坐標表示發(fā)電機風摩損耗，單位是右縱坐標表示發(fā)電機風摩損耗，單位是kWkW在氫氣純度低于在氫氣純度低于9999左右時風摩損耗就開始隨純度左右時風摩損耗就開始隨純度降低而呈反比線性增加降低而呈反比線性增加發(fā)電機容量越大，風摩損耗隨氫氣純度下降而增大發(fā)電機容量越大，風摩損耗隨氫氣純度下降而增大的變化斜率越大，即氫氣純度對較大的發(fā)電機影響的變化斜率越大，即氫氣純度對較大的發(fā)電機影響更大。更大。圖示曲線可以查出純度下降圖示曲線可以查出純度下降1 1對應的風摩損

9、耗。對應的風摩損耗。國外文獻中的所作的經濟效益計算國外文獻中的所作的經濟效益計算原文照譯：以原文照譯：以800MW800MW汽輪發(fā)電機為例汽輪發(fā)電機為例純度在純度在9999以下時，每下降以下時，每下降1 1，增加損耗風摩損耗，增加損耗風摩損耗366kW366kW換句話說，氫氣純度從換句話說，氫氣純度從9595每向上增加每向上增加1 1，相應就，相應就增加發(fā)電機輸出功率增加發(fā)電機輸出功率366kW 366kW 如果發(fā)電機氫氣純度從如果發(fā)電機氫氣純度從9595升到升到9898，上升，上升3 3，在，在燃料消耗沒有任何變化的情況下，發(fā)電機組增加了燃料消耗沒有任何變化的情況下，發(fā)電機組增加了超過超過1

10、MW1MW的輸出功率。的輸出功率。按每按每kWhkWh電價電價0.040.04美元計算，純度上升美元計算，純度上升3 3，按年運，按年運行行8000h8000h考慮，則每年可節(jié)約資金考慮，則每年可節(jié)約資金3232萬美元萬美元電廠如果有電廠如果有4 4臺機組，則一年因氫氣純度的節(jié)能潛力臺機組，則一年因氫氣純度的節(jié)能潛力為為128128萬美元萬美元照圖估算到國內照圖估算到國內600MW600MW發(fā)電機的情況發(fā)電機的情況從圖中曲線可以得出從圖中曲線可以得出800MW800MW和和400MW400MW發(fā)電機的風發(fā)電機的風摩損耗與純度的關系：摩損耗與純度的關系：800MW800MW發(fā)電機，純度下降發(fā)電機

11、，純度下降1 1，損耗增加，損耗增加366kW366kW400MW400MW發(fā)電機，純度下降發(fā)電機，純度下降1 1，損耗增加，損耗增加107kW107kW只要算出曲線的斜率就可以求出所求數(shù)值。只要算出曲線的斜率就可以求出所求數(shù)值。用曲線插值法很容易得出用曲線插值法很容易得出600MW600MW發(fā)電機風摩損耗與發(fā)電機風摩損耗與純度的關系：純度的關系：600MW600MW發(fā)電機純度下降發(fā)電機純度下降1 1，損耗增加，損耗增加240kW240kW按照國外文獻的算法，純度從額定的按照國外文獻的算法，純度從額定的9898下降到下降到9595，下降，下降3 3，燃料消耗不變但發(fā)電機損耗增加了，燃料消耗不變

12、但發(fā)電機損耗增加了720kW720kW按按kWhkWh電力電力0.30.3元上網電價計算，一臺機組年運行元上網電價計算，一臺機組年運行6000h6000h，氫氣純度上的節(jié)能潛力約為，氫氣純度上的節(jié)能潛力約為130130萬元。萬元。氫氣純度與電廠的經濟效益直接掛鉤氫氣純度與電廠的經濟效益直接掛鉤電廠通常有多臺電廠通常有多臺600MW600MW發(fā)電機，如果氫氣純度都常年在發(fā)電機，如果氫氣純度都常年在959596%96%運行，與損耗開始增加的運行，與損耗開始增加的9999純度比較，差純度比較，差了了3 34 4，安全方面絕對沒有任何問題，但在燃料消，安全方面絕對沒有任何問題，但在燃料消耗一樣的情況下

13、，損失電功率至少幾千耗一樣的情況下，損失電功率至少幾千kWkW，而且完全是，而且完全是在不知不覺之中失去的，表現(xiàn)在煤耗略有增加，很容易在不知不覺之中失去的，表現(xiàn)在煤耗略有增加，很容易被人們忽略。被人們忽略。計算取用的年運行計算取用的年運行6000h6000h是理想數(shù)據(jù)，是理想數(shù)據(jù)，20082008年中電聯(lián)統(tǒng)年中電聯(lián)統(tǒng)計顯示，計顯示，600MW600MW及以上機組平均年運行小時數(shù)不到及以上機組平均年運行小時數(shù)不到5000h5000h，上網電價各地區(qū)也差異很大，因此上面計算的經，上網電價各地區(qū)也差異很大，因此上面計算的經濟效益數(shù)很不準，但可以肯定說絕不個小數(shù)目。濟效益數(shù)很不準，但可以肯定說絕不個小

14、數(shù)目。目前我國在運行的目前我國在運行的600MW600MW發(fā)電機組約有發(fā)電機組約有300300臺臺(?)(?)，能夠，能夠長期保持氫氣純度在額定值以上的是少數(shù)。按平均每臺長期保持氫氣純度在額定值以上的是少數(shù)。按平均每臺機每年損失機每年損失130130萬元計算，全國每年為此損失約萬元計算，全國每年為此損失約4 4億元，億元，而且是不知不覺的損失。而且是不知不覺的損失。600MW600MW發(fā)電機氫氣品質運行現(xiàn)狀發(fā)電機氫氣品質運行現(xiàn)狀絕大部分絕大部分600MW600MW汽輪發(fā)電機為我國自己生產，細分汽輪發(fā)電機為我國自己生產，細分有哈爾濱和上海的優(yōu)化引進西屋公司技術機型、東有哈爾濱和上海的優(yōu)化引進西屋

15、公司技術機型、東方的日立機型、北重的阿爾斯通機型等等，全部為方的日立機型、北重的阿爾斯通機型等等，全部為氫氣冷卻。氫壓一般為氫氣冷卻。氫壓一般為0.4MPa0.4MPa。進油問題一直是我國發(fā)電機的老大難問題。大量的進油問題一直是我國發(fā)電機的老大難問題。大量的發(fā)電機存在向機內進油現(xiàn)象，同時混入空氣，污染發(fā)電機存在向機內進油現(xiàn)象，同時混入空氣，污染了機內氫氣，使得氫氣品質難以維持在額定值上。了機內氫氣，使得氫氣品質難以維持在額定值上。在略低于純度額定值在略低于純度額定值1 13 3上運行是普遍現(xiàn)象。上運行是普遍現(xiàn)象。漏氫情況比較好，少數(shù)發(fā)電機超標，并且易于解決。漏氫情況比較好，少數(shù)發(fā)電機超標，并且

16、易于解決?；旧吓鋫淞吮容^先進的熱導式純度在線監(jiān)測儀，基本上配備了比較先進的熱導式純度在線監(jiān)測儀，多數(shù)是進口產品（如美國多數(shù)是進口產品（如美國HoneywellHoneywell），測量精度是），測量精度是比較滿意的，但測量方法上存在一些誤區(qū)。比較滿意的，但測量方法上存在一些誤區(qū)。氫氣純度測量上的一些問題和建議氫氣純度測量上的一些問題和建議關于機內氧氣含量的測量關于機內氧氣含量的測量氫氣爆炸的必要條件之一是有氧氣參與，所以為防止爆氫氣爆炸的必要條件之一是有氧氣參與，所以為防止爆炸需要對機內氧氣含量進行監(jiān)測。炸需要對機內氧氣含量進行監(jiān)測。手工檢測氫氣純度，多年沿用的方法，必須先從氫氣系手工檢測氫

17、氣純度，多年沿用的方法，必須先從氫氣系統(tǒng)中取樣，實驗室用吸收法測出氣體樣品中氧氣含量，統(tǒng)中取樣，實驗室用吸收法測出氣體樣品中氧氣含量，再由氧含量換算出氫氣的純度。所以發(fā)電機運行規(guī)程還再由氧含量換算出氫氣的純度。所以發(fā)電機運行規(guī)程還保留氧氣含量的定期檢測規(guī)定。保留氧氣含量的定期檢測規(guī)定。在高純氫氣中氧氣含量的手工檢測誤差很大，所以應該在高純氫氣中氧氣含量的手工檢測誤差很大，所以應該以熱導式儀器直接測量氫氣純度為準，正常運行的純度以熱導式儀器直接測量氫氣純度為準，正常運行的純度遠高于遠高于8585（緊急停機限），不存在爆炸的可能，沒必（緊急停機限），不存在爆炸的可能，沒必要把測量氧氣含量作為必要工

18、作，只測氫純足夠。但置要把測量氧氣含量作為必要工作，只測氫純足夠。但置換氫氣時必須監(jiān)測氧氣，是為防爆需要。換氫氣時必須監(jiān)測氧氣，是為防爆需要。一定要有在線監(jiān)測的重要性（張電氫爆實例）一定要有在線監(jiān)測的重要性（張電氫爆實例）關于氫中含氧量的測量問題的建議關于氫中含氧量的測量問題的建議實例：廣東某廠發(fā)電機設備檢查，發(fā)現(xiàn)新配備的美實例：廣東某廠發(fā)電機設備檢查，發(fā)現(xiàn)新配備的美國在線熱導式氫純度表指示純度僅國在線熱導式氫純度表指示純度僅9393，而手工巡，而手工巡檢記錄是檢記錄是98%98%以上，化學人員解釋說新儀表未校驗，以上，化學人員解釋說新儀表未校驗，不準，但新儀表剛出廠應當是校驗好的，檢查儀器不

19、準，但新儀表剛出廠應當是校驗好的，檢查儀器運行狀態(tài)正常，進一步追問，承認是向發(fā)電機內投運行狀態(tài)正常，進一步追問，承認是向發(fā)電機內投放了滅氧化學藥品，氧氣轉換為某種化合物質，手放了滅氧化學藥品，氧氣轉換為某種化合物質，手工檢測時用吸收法測氧氣，再以氧氣含量換算出氫工檢測時用吸收法測氧氣，再以氧氣含量換算出氫氣純度，氧氣少了，算出的氫氣純度自然高了。實氣純度，氧氣少了，算出的氫氣純度自然高了。實際氧氣只占空氣的五分之一，其余為氮氣，滅了氧際氧氣只占空氣的五分之一，其余為氮氣，滅了氧氣不會因此而減少混入發(fā)電機的氮氣和雜質，所以氣不會因此而減少混入發(fā)電機的氮氣和雜質，所以手工檢測的氫氣純度是偽數(shù)據(jù)，而

20、熱導式氫純儀顯手工檢測的氫氣純度是偽數(shù)據(jù)，而熱導式氫純儀顯示的氫氣純度是準確的，示的氫氣純度是準確的，9393已大大超標。已大大超標。不主張正常運行時高純度氫氣下把含氧量指標列為不主張正常運行時高純度氫氣下把含氧量指標列為監(jiān)測項目，因為可能誤導，更不要投放滅氧藥。監(jiān)測項目，因為可能誤導，更不要投放滅氧藥。運行方式對發(fā)電機經濟運行方式對發(fā)電機經濟性能的影響性能的影響華北電力科學研究院有限責任公司華北電力科學研究院有限責任公司白亞民白亞民調峰運行對發(fā)電機的影響調峰運行對發(fā)電機的影響比鍋爐和汽機的問題要少，但影響也比較嚴重比鍋爐和汽機的問題要少，但影響也比較嚴重越大的機組調峰對發(fā)電機性能的影響越嚴重

21、越大的機組調峰對發(fā)電機性能的影響越嚴重此方面研究資料很多，基本已經有明確結論此方面研究資料很多，基本已經有明確結論調峰分兩班制運行和負荷循環(huán)（也稱調峰分兩班制運行和負荷循環(huán)（也稱“深度調峰深度調峰”）不論是深調還是兩班制，危害機理是一樣的，僅有不論是深調還是兩班制，危害機理是一樣的，僅有危害程度的區(qū)別。兩班制因低速盤車，問題更多一危害程度的區(qū)別。兩班制因低速盤車，問題更多一些。今天只講深調問題。些。今天只講深調問題。負荷循環(huán)方式運行對汽輪發(fā)電機的影響：負荷循環(huán)方式運行對汽輪發(fā)電機的影響：定子繞組溫度變化導致主絕緣承受剪切應力循環(huán)，機械定子繞組溫度變化導致主絕緣承受剪切應力循環(huán)，機械應力疲勞，絕

22、緣提早分層老化，減少使用壽命應力疲勞，絕緣提早分層老化，減少使用壽命轉子繞組變形，造成接地故障轉子繞組變形，造成接地故障運行效率明顯下降運行效率明顯下降從經濟運行角度看調峰運行從經濟運行角度看調峰運行電網需要發(fā)電機調峰運行，電網晝夜峰谷差有逐年電網需要發(fā)電機調峰運行，電網晝夜峰谷差有逐年加大趨勢，除核電機組外，大火電機組調峰已經不加大趨勢，除核電機組外，大火電機組調峰已經不可避免，目前可避免，目前600MW600MW火電機組調峰主要方式是不停火電機組調峰主要方式是不停機的負荷循環(huán)、深度調峰。機的負荷循環(huán)、深度調峰。國外用國外用600MW600MW火電機組兩班制調峰比較常見，可能火電機組兩班制調

23、峰比較常見，可能是發(fā)展趨勢，目前國內幾乎沒有。是發(fā)展趨勢，目前國內幾乎沒有。600MW600MW汽輪發(fā)電機負荷循環(huán)方式調峰的負荷波動范汽輪發(fā)電機負荷循環(huán)方式調峰的負荷波動范圍已經到極限，從圍已經到極限，從5050（甚至更低）（甚至更低）100100今天不展開講調峰運行對發(fā)電機壽命的影響，應知今天不展開講調峰運行對發(fā)電機壽命的影響，應知道調峰運行不只是鍋爐、汽機的問題，發(fā)電機也有道調峰運行不只是鍋爐、汽機的問題，發(fā)電機也有問題，也需要相應調峰措施。問題，也需要相應調峰措施。從經濟運行角度展開講一下。從經濟運行角度展開講一下。發(fā)電機負荷偏離額定值運行使效率變低發(fā)電機負荷偏離額定值運行使效率變低發(fā)電

24、機的設計原則是最大運行效率點處于額定值上：額發(fā)電機的設計原則是最大運行效率點處于額定值上：額定氫氣壓力（影響散熱）、額定氫氣純度（影響散熱）、定氫氣壓力（影響散熱）、額定氫氣純度（影響散熱）、額定電壓（決定鐵心損耗大小）、額定電流（決定銅損額定電壓（決定鐵心損耗大小）、額定電流（決定銅損大小），額定功率因數(shù)等，任一個參數(shù)偏離額定值就不大?。~定功率因數(shù)等，任一個參數(shù)偏離額定值就不再是設備說明書中的效率值了（再是設備說明書中的效率值了（600MW600MW發(fā)電機通常為接發(fā)電機通常為接近近9999），損失一個百分點就是），損失一個百分點就是6000kW6000kW。電機設計理論：效率隨負荷變化的曲線為拋物線，拋物電機設計理論：效率隨負荷變化的曲線為拋物線，拋物線的頂點處于銅損鐵損時，鐵損稱為不變損