发电机漏氢监测

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由于该类型仪器运行维护要求高,容易出现设备故障, 使一些仪器运行不久即不能正常运行。
现场调查发现,在实际使用中部分该装置存在不能正 常连续使用的现象,有的因故障退出了运行,包括前 苏联进口的发电机,有的电厂为此不再连续监测漏氢, 改为定期人工检验,还有的电厂改装了其它型式的漏 氢监测仪。
四、综合性比较
钯管工作特性受环境温度影响较大,也怕油污 和水汽的污染,虽然工艺和设计上已经有所安 全保护考虑,但还是要注意探头比较娇贵。
钯管本身对氢气的响应是非线性的,浓度越高 响应越低,虽然已在仪器设计上采取措施使读 数线性化,但较高浓度的测试结果肯定比低浓 度时精度差一些。
注意定期校验。最好半年左右一次。
便。
仪表本身调零、定标周期较长,可以安排在发电机大、 小修时进行校验工作,而且操作简单。
仪器具有自动声、光报警功能,还留有数据传输接口, 必要时可配置记录仪进行自动记录或送入计算机集控。
3 钯栅氢敏传感器型漏氢监测仪 使用中需注意的问题
钯管测氢准确读数范围比较小,最大到6%,一 般低于4%,故仅适用于检测低氢浓度,最适于 检测微量漏氢。
氢冷发电机漏氢在线监测装置是介于化学电气热控三种专业交叉的一种边缘科学设备在此介绍了两种不同工作原理的应用仪器对它们的基本结构性能特点进行了综述既分析了仪器本身的使用限制条件也从现场实用的角度分析了因仪器使用不当造成各种测量误差的主要原因因此对仪器的正确使用和维护以及选型和安装都有实际意义
发电机漏氢监测技术介绍
探头部分的气室采用非磁性金属材料制造,主要作用是采集氢 气和保护氢敏传感器正常工作。气室具有特制的透氢膜片,可 以使氢气透过而阻住水分、灰尘及油雾等对传感器的损害。
2. HK-1型在线监测仪的性能特点
1).仪表零位稳定,指示重复性好,定标周期长, 现场维护工作量小。
氢敏元件对氢气选择性好、灵敏度高、响应和恢复 时间短、工作温度低以及气—电转换过程中不消耗 氢,适合在线探测微量氢。
2 热导型漏氢监测仪的特点
是测量气体含量的传统方法,氢气浓度测量范围宽 (0~100 %),重复性好。但1%以下和95%以上氢气 浓度测量精度较低。
在规范使用的情况下,仪器使用工作稳定性高,长时间无 须标定和调校。
反应时间有一定滞后。用抽气泵通过管道将被测气体轮流 抽到一台热导仪中去测量显示气体中的氢气含量,其显示 时间上存在大约30分钟的滞后(以6个测点,每测点占5 分钟计算)。此外,还可能存在气体滞留在管道中造成读 数“死机”的现象。
多项减少“慢漂”的设计和工艺措施: 传感器工作稳定性,仪器调零和定标周期半年以上,
既保证了仪器的指示精度,也减小了现场工作人员 的维护工作量。
2).仪表刻度线性化,读数准确、方便
钯管特点是开启电压随氢气浓度呈负指数关系变化,在 低浓度氢气时(如0~0.5%)有较高的开启电压,反 之当氢气浓度较高时(如1.0%~2.0%)开启电压较 小并且随氢气浓度变化的梯度很小,因此造成对氢气响 应的严重非线性,如图实线所示。如果把氢气响应在仪 表上直读,1%以上的刻度将挤靠在一起,很难读出氢 气浓度数值和看出数值变化。为此,采用了特殊工艺结 构,使得低浓度氢气时的响应梯度减少一些,而较高浓 度氢气时的响应梯度提高一些,在一定程度上改善了钯 管氢敏响应的非线性程度,如图虚线所示。另一方面, 仪器中加入了线性校正电路(见流程图),进一步对氢 气浓度的非线性响应信号进行处理,使得最终在仪器上 显示的氢气浓度读数刻度完全是线性的,便于观察取数。
4 仪器的实际应用情况
从1989年起,在华北地区几个发电厂试用,并 对出现的问题及时改进,使仪器不断完善化。
1992年10月由华北电力集团公司主持技术鉴定, 被国内有关专家被评价为“国内领先、国际先进 水平”。
该仪器1993年获华北电力集团公司科技进步一 等奖,1994年获电力工业部科技进步三等奖。
目前,全国各发电厂大型氢冷发电机上应用广泛, 在维护发电机安全运行发电方面发挥着重要作用, 其中运行时间最长的已连续可靠运行10年以上, 有些还抓住了发电机的漏氢故障,及时报警并得 到了处理。
封闭母线和内冷水箱及氢冷却器回水管上用的气室示意图
三、 热导型漏氢循环检测装置
1 测量原理和基本结构 通过管道将测点气样轮流抽取到仪器柜内,由1台各测点共用
以上措施有效地提高了仪器的可靠性,同时也增加了仪器 的使用寿命。
6).仪器安装和使用简便
HK-1型漏氢监测仪设计结构紧凑,仅由探头、仪表和 连接电缆三部分组成。
探头安装在发电机封闭母线、定子绕组内冷水箱等采样 点处;
仪表安装在控制室仪表柜上; 专用电缆最长可达300m,两头备有专用插头,连接方
开启电压(V)
1.0
0.8
0.6
0.4
氢气浓度%
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
钯栅场效应晶体管对氢气的反应曲线,实线为原始间短
钯栅氢敏管本身具有灵敏度高、响应时间和恢复时间短 的优点,对氢气的响应和恢复时间一般均在几十秒以内, 可以满足现场对于探测氢气浓度变化的时间需求。
漏氢监测仪工作流程图
工作流程图的说明
仪器被分为探头部分和仪表部分两个单元,中间由电缆连接。 探头部分由氢敏传感器和采样气室组成,安装在气体采样处。 传感器由气—电转换器、补偿器、加热器和测温器构成。气— 电转换器是钯栅场效应管,开启电压值随氢气浓度变化。补偿 器的作用是对钯管受到的非氢影响进行跟踪补偿,以减少读数 的缓慢漂移。加热器和测温器是为使气—电转换器在设定温度 下稳定工作,以消除外界温度变化对传感器的影响。
探头的主要部件是钯栅场效应晶体管,简称钯管, 其作为氢敏元件具有对氢气选择性好、灵敏度高、 功耗低、响应和恢复时间短、工作温度低以及气— 电转换过程中不消耗氢等优点,适合在线探测微量 氢,并且是可置于易燃、易爆危险场合的本安型器 件,早已在国内外取得测量微量氢的广泛工业应用, 如监视变压器油中产生氢气的报警装置等等。
仪表部分由电源回路、恒流源、放大和线性校正电路、温控电 路、仪表指示以及报警单元等组成,安装在远离发电机的发电 厂中央控制室内的仪表柜上。仪表部分各组件除提供探头所需 的电能外,还有对传感器传回电信号进行放大处理、线性校正、 指示读数和自动分析报警等仪表作用。其中很重要的一点是可 以改善钯管对氢气电响应的非线性特性,使仪表读数维持线性。
华北电力科学研究院有限责任公司 白亚民
教授级高级工程师
一、 概述
发电机漏氢监测装置是保证氢冷发电机安全运行的 重要监测设备,监测的对象是定子绕组水内冷系统 及其封闭母线和密封油系统的密封性。其中水系统 的监测最重要,由于发电机氢压高于水压,当定子 内冷水系统有渗漏故障时,定子内冷水箱中应有氢 气逸出。内冷水中的氢气渗漏故障可能是由线棒绝 缘及铜线磨损引起的,也有可能是水接头密封失效、 焊缝开焊、绝缘引水管损伤等其它原因造成的,由 于各种渗漏故障都可能引发相间或对地短路事故, 因而一旦检测出内冷水系统漏氢量增大,就意味着 严重的事故前兆,所以发电机漏氢监测装置有早期 故障报警的重要作用。对该装置的基本要求是能够 长期稳定工作,对故障不误报、不漏报。
两种漏氢监测仪在我国都已有十几年以上的实际业 绩历史,产品覆盖范围较大。
二、HK-1型漏氢监测仪简介 1 测量原理和基本结构
该型漏氢监测仪由探头、二次仪表和连接电缆三部 分组成。探头部分由氢敏传感器和采样气室组成, 安装在气体采样处,二次仪表安装在电厂的集控室 或发电机附近,二者之间以电缆连接。
抽气泵需24 d/h不间断工作,成为仪器的易损易泄漏部 件。
内冷水箱顶部抽出的气体湿度高对仪器的影响。 汽、励两侧油回路中油烟气对仪器的影响。油测点可能带
来另一种严重问题是油污会使粉末冶金制造的阻火塞变得 不畅通,反过来又将影响到其它各测点的测量。
3热导型漏氢监测仪实际使用情况
因过去多数随发电机供货,所以配有该型漏氢监测仪 的电厂非常多,超过了氢敏传感器型仪器的应用数量, 但仍能正常使用的要少很多。
据了解,世界上只有前苏联和中国采用热导型装置 监测发电机漏氢。根据专利文献资料检索,发电机 漏氢状况监测装置的配置,国际上发达国家通常采 用压力传感器元件组成的监测系统监测内冷水系统 中的漏氢,而对封母、密封油等其它部位的漏氢通 常不做定位监测,只是从漏氢总量上进行控制。利 用氢敏元件在发电机内冷水系统中监测含氢量有一 些国外专利报道,但经了解并没有形成工业应用。
为避免钯管被水、油、灰尘等污染而性能变坏,需要在 取气通路中加装透氢保护膜,该膜会增加仪器的响应和 恢复时间。因此,透氢膜的性能决定了仪器对氢气变化 的反应速度。
现在采用的透氢膜既可以迅速透氢又可以阻挡水、灰尘 等污染物,同时又有一定机械强度和使用寿命。
加上透氢保护膜对氢气响应的延迟时间,仪器对氢气变 化的响应时间在一般为几分钟以内。
热导型漏氢循环检测装置(续)
近些年该装置做了很多改进,较新型号的产品主要是改进了气 路切换方式,从用步进马达旋动两个四通阀,由马达的步进旋 转变换气路连接点,改进为各测点分别带一个磁电导通阀,进 行气路切换,提高了工作可靠性,并且采用了进口的使用寿命 较长的抽气泵,有效地减少了气泵损坏的故障现象。
由于内冷水测点在内冷水箱顶部,测量时抽气泵也将含较多水 份的氢气和空气抽出,所以需要配装带有水汽吸附剂的干燥器。
由于两个油系统测点抽取的气样中含有大量透平油在高温中产 生的烷烃化合物(油烟),所以气样进入热导仪前必须过滤, 否则就会堵死阻火塞,从而得不到真实测量结果。油气直接进 入热导仪气室易烧坏热导仪的测量部件。所以油烟过滤器是必 备的,并且还需及时更换和清理该部件。
概述(续)
二十五项反措规定,氢冷发电机应当加装漏氢检测 装置。据了解目前我国各电厂氢冷发电机大多均配 备漏氢监测装置。
目前国内生产的该类装置从工作原理上分主要有两 种,一种是用钯栅氢敏传感器做探头,对发电机就 地测点处的微量氢浓度的变化进行长期在线监测; 另一种是由一台安装在发电机附近的热导式氢气分 析仪就地从不同测点依次抽取气样进行检测氢含量 分析。
的热导仪进行测量分析。该型装置需要配置从测点至仪器柜 的气体取样管路,此外,为完成各测点的自动切换测量,还 需要配备抽气泵、时间继电器、电磁阀,以一定的时间间隔 自动依次循环进行测量。热导仪有轮流显示、报警功能和1路 4-20mA输出。 测量原理是利用氢的良好散热特性使通氢热导室的铂丝电桥 电阻发生变化反映氢气浓度。铂丝需通电加热工作,一般要 求达到400℃才具有较高的测氢灵敏度,但为考虑检测易燃 易爆气体的安全性,一般把温度降到80℃~100℃,牺牲一 些灵敏度。为防爆安全,前端还需有阻火件,为保证热导正 常工作,需要抽气泵连续24 h/d工作,将各测点气样反复轮 流抽取至热导仪的热导室中进行分析测量。装有铂丝测量电 桥的热导室,不允许油气及水汽进入。 时间继电器是仪器关键部件,其触点功率很小,为开闭各测 点气路的电磁阀,还需要多个中间继电器按时间继电器间隔 的输出依次启动气路电磁阀。
4).取气气室的设计问题
探头取气气室设计以实验为基础,针对封闭 母线和定子内冷水系统以及密封油系统等处 的不同情况,设计出相应合理的气室结构, 杜绝了因氢气积存引起的误报现象。
5).仪器工作可靠、使用寿命长
提高HK-1型漏氢监测仪可靠性的措施: 半导体芯片内部的连接采用铂硅—钛—铂—金的四重结构, 这是目前半导体最完美的内部连接方式; 传感器金属栅采用多元材料,并改进栅区结构和表面处理 工艺,大大提高了钯膜的抗剥落强度; 钯管的输入端增加输入保护电路,提高了传感器的抗静电 感应的能力; 设置了合理的接地回路,可避免由地回路馈入干扰信号; 选用高输入阻抗的仪表放大器,使仪器抑制共模信号的能 力极强,大大提高了仪器的抗干扰能力,也减少了电缆长 度对仪器性能的影响; 通过了国家防爆电气产品检验中心的“本质安全型”鉴定。
4.1 漏氢监测仪的安装
从安装角度看,氢冷发电机氢气系统的各种监测装置, 如氢纯、氢湿等通常不直接作用于停机,是可以定期 手工检测的,故连续在线监测类的发电机漏氢监测仪 一般仅作为发电机的可选附属装置。
尽管这类装置的工作方式和配置完全不同,但安装方 式基本一样,即通常所谓的外挂式,仅需要在停机期 间对发电机主机做少量安装工作即可投入运行。以后 觉得某装置运行不好,随时可以拆下或更换。
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