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据相关机构发布到互联网的统计数据，目前我国在役发电机中，完全或部分采用氢气作为冷却介质的发电机占比超过六成（主要是火电机组），基于此实际情况，本文试图从采用氢气的优点、对氢气系统的控制措施、氢气露点超标的危害与原因等诸方面探讨一下监视氢冷发电机氢气露点的重要性。
一、为什么越来越多的发电机采用氢气作为冷却介质
相对于传统冷却介质（比如空氣），氢气具有明显的优点：
1、标准状况下，氢气密度仅为空气的 1/14 ，是地球上最轻的物质。
2、氢的分子运动速度最快，从而有最大的扩散速度和很高的导热性，其导热能力是空气的7倍。
3、氢气的密度很小，其流动阻力也很小，可以明显减少通风摩擦损耗。
4、在发电机给定输出功率和绕组温度时，用氢气代替空气可以节省大约20%的发电机结构材料。
二、相关职能部门对氢气系统有什么规定
在国家电力公司制定的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》11.2.2中明确提出要“严格控制氢冷发电机氢气的湿度在规程允许的范围内，并做好氢气湿度的控制措施”， 氢冷发电机的氢气湿度通常采用绝对湿度和露点两种表示方法。我国最早氢气湿度采用绝对湿度，随着对大型发电机氢气湿度超标的危害性认识的不断深化，湿度标准历经多次演变，要求越来越高。近年来，为了能够使氢气湿度的计量更加直观和通用，推荐逐步以露点表示法代替采用多年的绝对湿度表示法。
DL/T651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》规定，运行中发电机内的氢气湿度应在-25～-5℃露点温度。为防止发电机电气绝缘因机内过于干燥而开裂，发电机内的氢气湿度不应低于-25℃露点温度;但氢气湿度超标通常是指运行中发电机内的氢气湿度超过-5℃露点温度。
三、氢气露点是个什么概念
氢气露点温度是指氢气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是氢气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本来是个温度值，为什么用它来表示湿度呢？这是因为，当氢气中水汽已达到饱和时，气温与露点相同;当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。在100%的相对湿度时，周围环境的温度就是露点温度。露点越小于周围环境的温度，结露的可能性就越小，也就意味着氢气越干燥。露点不受温度影响，但受压力影响，因为压力会影响到饱和时的温度。氢气中水蒸气含量愈少，露点愈低，由此可见，露点的概念就是湿度的概念。
四、氢气露点（湿度）超标有什么危害
1、发电机机内氢气露点过高时，会在发电机定子线圈表面结露，造成灾难性的后果。湿度过高的环境下，氢气湿度越高，氢气中水分越高，气体的介电强度就低，定子绕组受潮，降低绝缘电阻，从而降低了绝缘表面放电电压，容易发生闪络和绝缘击穿，发电机定子绕组线棒绝缘性能下降，易于发生表面爬电，以致拉弧放电，造成短路事故。如果绝缘达不到要求就有可能造成发电机匝间短路，严重时可能造成发电机内部相间短路而烧坏发电机。氢气中的湿度大是影响发电机绝缘的主要危害因素之一。
氢气在氢冷发电机中主要是起冷却作用。作为冷却介质，时刻与发电机的定子绕组的电气绝缘发生接触。氢气湿度过高会降低发电机内部的定子绕组线棒绝缘性能，长期在氢气湿度超标工况下运行的发电机组，可能因为绝缘性能的降低使内部产生局部放电，从而破坏电气绝缘，导致单相或相间短路事故，危及发电机的安全。虽然目前还没有确切的证据表明某台发电机的定子接地或相间短路故障与氢气湿度超标存在直接的因果关系，但可以发现部分发生了定子接地或相间短路故障的氢冷发电机确实长年运行在氢气湿度不合格的工况下。
2、发电机内氢气露点升高，可能造成发电机转子护环应力腐蚀。发电机要求在规定的绝缘条件下运行，氢气露点过高，将使发电机绝缘受潮，会给转子护环的机械强度带来有害的影响。理论和实践表明，发电机内部氢气湿度过高是采用50Mnl8Cr4Wn材料的发电机转子护环发生应力腐蚀裂纹的主要诱因。
发电机氢气湿度高，将对其接触的金属产生应力腐蚀，而应力腐蚀与金属氢脆相互起到催化作用。常温下原子氢进入钢中，使钢变脆，但这种作用极其缓慢。在高温高压条件下（如温度为370 ℃ ，压力为9.8MPa），氢对钢有强烈的脆化作用。一是溶解于钢的晶格中的原子氢在随后的缓慢变形中引起脆化作用，而钢的组织并无变化;二是氢向钢的内部扩散，与钢中渗碳体发生化学反应，生成的甲烷在钢中扩散能力很小，聚集在晶界上原有的空隙内，形成局部高压，使晶界变宽，引起脆化。据有关资料介绍，对非18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在 50 %以上时，对其应力腐蚀将急剧加速，即使是采用18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在80%以上时，同样会使发电机转子护环产生应力腐蚀。由于应力腐蚀使护环产生裂纹;同时绝缘瓦松动，引起绝缘瓦同护环端部转子线圈摩擦，引起转子线圈接地或短路。
3、由于氢气湿度超标，机内气体比重增大将使发电机通风损耗增大，其高值与低值相比较，每年多耗电能。由于氢气中湿度大，水分高，使气体密度增大，增加了发电机通风损耗，降低了发电机的运行效率。过高的氢气露点也会使氢气纯度降低，增加了排补氢次数，加大了补氢量，影响发电机经济运行。
五、氢气露点超标的原因
1、氢源湿度大，目前电厂制氢站采用70℃～80℃碱性水溶液电解制取氢气，产品氢气中不可避免地带有水分，虽然水冷却器可以除去部分水分，但效果并不明显，因此，由于补氢或充氢使大量水分进入发电机内。
2、机组启动前由于压缩空气打风压或用CO2进行氢气置换过程中带进发电机内并且遗留在发电机内的水气，逐渐挥发到发电机内氢气中而造成氢气湿度增大，露点升高。 3、密封油进入发电机内引起氢气湿度增大，由于汽轮机轴封结构原因，目前国产机组润滑油进入水蒸气，当含有水的油回到主油箱后，由于重力作用，水的大部分将沉淀在主油箱底部，而另一部分以细小水滴方式存在于油流中，被油泵重新打入润滑油、密封油及调速油系统中。由于目前我国密封油系统的结构是：密封瓦为双环式，供油系统分为空、氢两个回路，并且各回路之间相对独立，如果密封瓦空、氢侧油压完全相等，则在密封瓦两侧的中间带不会发生窜油现象。为此，设计了用于平衡空、氢两侧油压的平衡阀，但其设计的灵敏度有限，也就是说，空氢两侧油压将有一定的压差。在这一压差的作用下，空侧油将经密封瓦的中间带窜入氢侧，与氢侧油共同排至氢侧回油腔。在这一过程中，油中的部分水分将被高温汽化析出，在风扇的负压的作用下，随氢气进入发电机内，造成氢气湿度增大。
4、发电机氢气冷却器泄露引起氢气湿度增大。由于发电机氢气冷却器铜管破裂或制造工艺存在砂眼、铜管与管板的胀口质量不良、冷却器密封垫不严，或者运行中冷却器铜管内水压较铜管外氢压高等等原因，将发生冷却水直接漏入氢气中，造成氢气湿度增大。
5、其他原因，诸如发电机内部线棒、水接头等部位渗水，造成氢气湿度增大等等。
六、防止氢气露点超标所采取的防范措施
1、发电机正常运行中，运行人员必须监视氢气露点保持在标准规定的-25℃～-5℃之间，纯度在合格范围以上。新补进的氢气露点应该≤-25℃，且越低越好。
2、保证发电机内氢气露点合格从氢气源头就加以控制。制氢装置运行中加强对在线露点仪的监视，如果露点升高，值班员须查找原因，及时处理。
3、发电机密封油压应该高于氢压，保证氢气不外漏，但是压差不能过高，防止密封油窜到氢气中。运行中监视差压阀和平衡阀的跟踪动作情况，减少空氢侧密封油水分进入发电机内氢气中的机会。密封油与润滑油系统为一个油系统，应保证油净化装置、滤油机运行正常，定期对主油箱放水。轴封压力调整应该按照规程规定执行，防止轴封压力过高引起蒸汽窜入润滑油中。轴封经过大小修或发现轴封不严应该及时更换，防止机组高负荷运行时軸封不严而引起漏汽进入润滑油中。
4、严格控制发电机氢气冷却器冷却水压力和氢气压力的配合，尤其是在氢压不正常的情况下，氢气压力应该始终高于冷却水压力，防止氢冷器泄漏造成冷却水窜进氢气内。
总之，氢冷发电机内氢气湿度过高，不仅危害发电机定子、转子绕组的绝缘强度，而且会使转子护环产生应力腐蚀裂纹;而氢气湿度过低，又可导致对某些部件产生有害的影响，如定子端部垫块的收缩和支撑环的裂纹等，为了保证氢冷发电机安全经济运行，运行人员必须提高对氢气露点超标的危害的认识，明确氢冷发电机监视氢气露点的重要性，严格控制氢气露点在规定的范围内，除了以上防范措施以及生产现场的可行办法外，还可以通过启停配套的发电机入口氢气干燥器对发电机氢气露点加以控制。
广州珠江天然气发电有限公司 叶述锋
一、为什么越来越多的发电机采用氢气作为冷却介质
相对于传统冷却介质（比如空氣），氢气具有明显的优点：
1、标准状况下，氢气密度仅为空气的 1/14 ，是地球上最轻的物质。
2、氢的分子运动速度最快，从而有最大的扩散速度和很高的导热性，其导热能力是空气的7倍。
3、氢气的密度很小，其流动阻力也很小，可以明显减少通风摩擦损耗。
4、在发电机给定输出功率和绕组温度时，用氢气代替空气可以节省大约20%的发电机结构材料。
二、相关职能部门对氢气系统有什么规定
在国家电力公司制定的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》11.2.2中明确提出要“严格控制氢冷发电机氢气的湿度在规程允许的范围内，并做好氢气湿度的控制措施”， 氢冷发电机的氢气湿度通常采用绝对湿度和露点两种表示方法。我国最早氢气湿度采用绝对湿度，随着对大型发电机氢气湿度超标的危害性认识的不断深化，湿度标准历经多次演变，要求越来越高。近年来，为了能够使氢气湿度的计量更加直观和通用，推荐逐步以露点表示法代替采用多年的绝对湿度表示法。
DL/T651-1998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》规定，运行中发电机内的氢气湿度应在-25～-5℃露点温度。为防止发电机电气绝缘因机内过于干燥而开裂，发电机内的氢气湿度不应低于-25℃露点温度;但氢气湿度超标通常是指运行中发电机内的氢气湿度超过-5℃露点温度。
三、氢气露点是个什么概念
氢气露点温度是指氢气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是氢气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本来是个温度值，为什么用它来表示湿度呢？这是因为，当氢气中水汽已达到饱和时，气温与露点相同;当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。在100%的相对湿度时，周围环境的温度就是露点温度。露点越小于周围环境的温度，结露的可能性就越小，也就意味着氢气越干燥。露点不受温度影响，但受压力影响，因为压力会影响到饱和时的温度。氢气中水蒸气含量愈少，露点愈低，由此可见，露点的概念就是湿度的概念。
四、氢气露点（湿度）超标有什么危害
1、发电机机内氢气露点过高时，会在发电机定子线圈表面结露，造成灾难性的后果。湿度过高的环境下，氢气湿度越高，氢气中水分越高，气体的介电强度就低，定子绕组受潮，降低绝缘电阻，从而降低了绝缘表面放电电压，容易发生闪络和绝缘击穿，发电机定子绕组线棒绝缘性能下降，易于发生表面爬电，以致拉弧放电，造成短路事故。如果绝缘达不到要求就有可能造成发电机匝间短路，严重时可能造成发电机内部相间短路而烧坏发电机。氢气中的湿度大是影响发电机绝缘的主要危害因素之一。
氢气在氢冷发电机中主要是起冷却作用。作为冷却介质，时刻与发电机的定子绕组的电气绝缘发生接触。氢气湿度过高会降低发电机内部的定子绕组线棒绝缘性能，长期在氢气湿度超标工况下运行的发电机组，可能因为绝缘性能的降低使内部产生局部放电，从而破坏电气绝缘，导致单相或相间短路事故，危及发电机的安全。虽然目前还没有确切的证据表明某台发电机的定子接地或相间短路故障与氢气湿度超标存在直接的因果关系，但可以发现部分发生了定子接地或相间短路故障的氢冷发电机确实长年运行在氢气湿度不合格的工况下。
2、发电机内氢气露点升高，可能造成发电机转子护环应力腐蚀。发电机要求在规定的绝缘条件下运行，氢气露点过高，将使发电机绝缘受潮，会给转子护环的机械强度带来有害的影响。理论和实践表明，发电机内部氢气湿度过高是采用50Mnl8Cr4Wn材料的发电机转子护环发生应力腐蚀裂纹的主要诱因。
发电机氢气湿度高，将对其接触的金属产生应力腐蚀，而应力腐蚀与金属氢脆相互起到催化作用。常温下原子氢进入钢中，使钢变脆，但这种作用极其缓慢。在高温高压条件下（如温度为370 ℃ ，压力为9.8MPa），氢对钢有强烈的脆化作用。一是溶解于钢的晶格中的原子氢在随后的缓慢变形中引起脆化作用，而钢的组织并无变化;二是氢向钢的内部扩散，与钢中渗碳体发生化学反应，生成的甲烷在钢中扩散能力很小，聚集在晶界上原有的空隙内，形成局部高压，使晶界变宽，引起脆化。据有关资料介绍，对非18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在 50 %以上时，对其应力腐蚀将急剧加速，即使是采用18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在80%以上时，同样会使发电机转子护环产生应力腐蚀。由于应力腐蚀使护环产生裂纹;同时绝缘瓦松动，引起绝缘瓦同护环端部转子线圈摩擦，引起转子线圈接地或短路。
3、由于氢气湿度超标，机内气体比重增大将使发电机通风损耗增大，其高值与低值相比较，每年多耗电能。由于氢气中湿度大，水分高，使气体密度增大，增加了发电机通风损耗，降低了发电机的运行效率。过高的氢气露点也会使氢气纯度降低，增加了排补氢次数，加大了补氢量，影响发电机经济运行。
五、氢气露点超标的原因
1、氢源湿度大，目前电厂制氢站采用70℃～80℃碱性水溶液电解制取氢气，产品氢气中不可避免地带有水分，虽然水冷却器可以除去部分水分，但效果并不明显，因此，由于补氢或充氢使大量水分进入发电机内。
2、机组启动前由于压缩空气打风压或用CO2进行氢气置换过程中带进发电机内并且遗留在发电机内的水气，逐渐挥发到发电机内氢气中而造成氢气湿度增大，露点升高。 3、密封油进入发电机内引起氢气湿度增大，由于汽轮机轴封结构原因，目前国产机组润滑油进入水蒸气，当含有水的油回到主油箱后，由于重力作用，水的大部分将沉淀在主油箱底部，而另一部分以细小水滴方式存在于油流中，被油泵重新打入润滑油、密封油及调速油系统中。由于目前我国密封油系统的结构是：密封瓦为双环式，供油系统分为空、氢两个回路，并且各回路之间相对独立，如果密封瓦空、氢侧油压完全相等，则在密封瓦两侧的中间带不会发生窜油现象。为此，设计了用于平衡空、氢两侧油压的平衡阀，但其设计的灵敏度有限，也就是说，空氢两侧油压将有一定的压差。在这一压差的作用下，空侧油将经密封瓦的中间带窜入氢侧，与氢侧油共同排至氢侧回油腔。在这一过程中，油中的部分水分将被高温汽化析出，在风扇的负压的作用下，随氢气进入发电机内，造成氢气湿度增大。
4、发电机氢气冷却器泄露引起氢气湿度增大。由于发电机氢气冷却器铜管破裂或制造工艺存在砂眼、铜管与管板的胀口质量不良、冷却器密封垫不严，或者运行中冷却器铜管内水压较铜管外氢压高等等原因，将发生冷却水直接漏入氢气中，造成氢气湿度增大。
5、其他原因，诸如发电机内部线棒、水接头等部位渗水，造成氢气湿度增大等等。
六、防止氢气露点超标所采取的防范措施
1、发电机正常运行中，运行人员必须监视氢气露点保持在标准规定的-25℃～-5℃之间，纯度在合格范围以上。新补进的氢气露点应该≤-25℃，且越低越好。
2、保证发电机内氢气露点合格从氢气源头就加以控制。制氢装置运行中加强对在线露点仪的监视，如果露点升高，值班员须查找原因，及时处理。
3、发电机密封油压应该高于氢压，保证氢气不外漏，但是压差不能过高，防止密封油窜到氢气中。运行中监视差压阀和平衡阀的跟踪动作情况，减少空氢侧密封油水分进入发电机内氢气中的机会。密封油与润滑油系统为一个油系统，应保证油净化装置、滤油机运行正常，定期对主油箱放水。轴封压力调整应该按照规程规定执行，防止轴封压力过高引起蒸汽窜入润滑油中。轴封经过大小修或发现轴封不严应该及时更换，防止机组高负荷运行时軸封不严而引起漏汽进入润滑油中。
4、严格控制发电机氢气冷却器冷却水压力和氢气压力的配合，尤其是在氢压不正常的情况下，氢气压力应该始终高于冷却水压力，防止氢冷器泄漏造成冷却水窜进氢气内。
总之，氢冷发电机内氢气湿度过高，不仅危害发电机定子、转子绕组的绝缘强度，而且会使转子护环产生应力腐蚀裂纹;而氢气湿度过低，又可导致对某些部件产生有害的影响，如定子端部垫块的收缩和支撑环的裂纹等，为了保证氢冷发电机安全经济运行，运行人员必须提高对氢气露点超标的危害的认识，明确氢冷发电机监视氢气露点的重要性，严格控制氢气露点在规定的范围内，除了以上防范措施以及生产现场的可行办法外，还可以通过启停配套的发电机入口氢气干燥器对发电机氢气露点加以控制。
广州珠江天然气发电有限公司 叶述锋