氢冷发电机组氢气控制系统是发电机组重要 设备。在发电机正常运行时，如发电机氢压正常下降或氢气体积分数低于96%，需要氢气控制系统向发电机组补氢；当发电机组停运后将氢气置换为空气时，也需要氢气控制系统通过惰性气体或二氧化碳气体进行过渡置换。常温下的氢气不太活跃，但当氢气与氧气或空气混合后达到爆炸极限（体积比为4%~75.6%）时^[1]，如果被点燃（如发电机内的闪电点），将会发生爆炸，造成严重后果。因此，发电机 组必须配备良好的氢气控制系统。本文主要介绍 拉特发电厂600 MW发电机组氢气控制系统在安全 性和技术经济性方面的改造与应用经验，为同类型 发电机组改造提供参考。

达拉特发电厂四期工程7号、8号600 MW发电 机组发电机型号为THDF118/56，由上海电机厂引进美国SIEMENS公司的水—氢—氢冷技术生产；冷却方式为定子铁心氢内冷；转子线圈氢内冷、定子线圈水内冷。发电机组原氢气控制系统（结构见图 1所示）^[2]主要由充氢阀1、充压缩空气阀2、压力调节阀4、旁路阀5、隔离阀（阀门3、6、7、8、9、10、11）以及 连接管道组成。二氧化碳控制排来的二氧化碳气 体由气瓶提供。

图 1(Figure 1)

图 1 原氢气控制系统结构示意图

发电机在正常氢压（0.4 MPa）下运行时，隔离阀 全部关闭。当发电机氢压下降需补氢时，打开隔离阀1、3、6、7，氢气经压力调节阀4降压后进入发电机上部集管向发电机补氢。当发电机停运后二氧化碳置换氢气时，需打开隔离阀8、11，先降氢压至0.20 MPa后维持发电机内压力不变，再打开二氧化 碳控制排供气隔离阀10，二氧化碳气体进入发电机下部集管，置换发电机内氢气，使发电机内二氧化碳体积分数达到95%以上时，关闭隔离阀10，二氧化碳气体置换工作结束。打开隔离阀2、3、6、7、9、11，再用压缩空气置换发电机内的二氧化碳，当发电机内的空气体积分数达到95%以上时，关闭隔离阀2、3、6、7、9、11，置换工作全部结束^[3]。

2012-03-10，7号机组停运进行正常检修。将 发电机组内部氢气通过二氧化碳过渡后全部置换 为空气的过程中，测量发电机内部氢气体积分数始 终超标（氢气体积分数>0为不合格）。

用二氧化碳置换氢气后，测量发电机内部及死 角，没有发现氢气体积分数超标现象，证明二氧化 碳置换氢气操作步骤正确，没有使氢气进入发电机 内部；在用空气置换二氧化碳过程中，隔离阀2、3、 6、7、9、11打开，充氢阀1保持关闭状态，证明空气置 换二氧化碳的操作步骤也正确。因而判定造成发 电机氢气体积分数超标的主要原因为充氢阀1不严 密,导致空气置换二氧化碳过程中，氢气与压缩空气 混合后进入发电机内部。

充氢阀1后管道与充压缩空气阀2后管道采用 不锈钢管（外径22 mm、壁厚3 mm）焊接连接，此种 连接方式存在以下弊端：在气体置换过程中，没有 将氢气管路与压缩空气管路彻底隔断，当充氢阀1 不严密时，容易将氢气送入发电机组内部，造成发 电机内部氢气体积分数超标。因此，氢气控制系统 管路连接方式设计不合理，也是造成发电机内氢气 体积分数超标的主要原因。

针对造成发电机停运后氢气置换为空气时氢 气体积分数超标的2个主要原因，提出以下2种改 造方案，并对方案的可行性进行 对比，以确定最佳可行方案。

在充氢阀1和充压缩空气阀2 后管路分别加装法兰，如图 2 所 示。在发电机组氢气冷却运行 时，在充压缩空气阀2后加装刚性 堵板，使空气管路与氢气控制系 统彻底隔断。发电机组停运置换 氢气时，取掉充压缩空气阀2后管路法兰堵板，将堵板安装在充氢阀1后管路法兰处， 可以避免氢气隔离阀1不严密造成氢气进入发电机内部。

图 2(Figure 2)

图 2 氢气控制系统加装法兰及堵板示意图

如果氢气管路、压缩空气管路与氢气控制系统 共用1根高压可移接管连接（见图 3），发电机组在正 常的氢气冷却运行时，将高压可移接管接在氢气管 路上（图 3中实线所示），氢气控制系统与压缩空气 管路断开；发电机组停运置换氢气时，可将高压可 移接管接在压缩空气管路上（图 3中虚线所示），氢 气控制系统与氢气管路断开，这样就不会将氢气带 入发电机内，排除了形成爆炸性混合气体的可能 性，确保了机组安全。

图 3(Figure 3)

图 3 氢气控制系统高压可移接管示意图

对2种改造方案比较分析（见表 1）后认为，方案 2的高压可移接管连接方式安全可靠性高，可操作 性和经济性较好，因此确定将方案2作为可行方案。

表 1(Table 1)

表 1 改造设计方案比较

表 1 改造设计方案比较

按照现场应用的技术条件，高压可移接管应满 足以下要求：

（1） 耐压等级按制氢站来氢气压力的3倍选取 为6.0 MPa，耐脉冲；

（2） 管道内径16 mm，保证氢气通流流量不变；

（3） 管材耐老化，长期室温条件下运行不老 化；

（4） 连接方便可靠，密封严密。

按照以上要求，对目前市场上直径为16 mm的 PVC钢丝管、钢丝增强高压橡胶软管（见图 4、图 5） 以及快速承插接头、球外套螺母连接接头2种接头 （见图 6、图 7）特点进行比较，见表 2、表 3。

图 4(Figure 4)

图 4 PVC钢丝管

图 5(Figure 5)

图 5 钢丝增强高压橡胶软管

表 2(Table 2)

表 2 2种高压软管特点比较

表 2 2种高压软管特点比较

表 3(Table 3)

表 3 2种连接接头特点比较

表 3 2种连接接头特点比较

图 6(Figure 6)

图 6 快速承插接头

图 7(Figure 7)

图 7 球外套螺母连接接头

通过对表 2中2种高压软管和表 3中2种连接接头特点进行分析表明：选择钢丝增强高压橡胶软 管带球外套螺母连接接头，符合高压可移接管的条件要求，且费用较低。

分别对7号和8号发电机组氢气控制系统进行 改造，同时加装可互换安装的堵板螺帽，如图 8所示。

图 8(Figure 8)

图 8 氢气控制系统高压可移接管改造示意图

改造后，在发电机组停机氢气置换为空气过程 中，没有出现氢气体积分数超标的现象。

氢气管路与氢气控制系统、压缩空气管路与氢 气控制系统连接共用1根高压可移接管，进行气体 置换时，高压可移接管拆装操作简便，只需1人、1把 活扳手操作即可，操作快速，且连接严密。

氢冷发电机组氢气控制系统采用新设计的高 压可移接连接方式，彻底排除了发电机内部形成爆 炸性混合气体的可能性，避免了因氢气体积分数超 标而产生的发电机或生产厂房爆炸的安全隐患，确 保了机组的安全稳定运行。