氫冷發電機漏氫分析及防范措施

孔令軍，岳嘯鳴

(1.河北興泰發電有限責任公司，河北 邢臺 050400；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

發電機運行中要產生能量損失，損耗以有功功率轉變為熱量的方式存在。這些熱量如果散發不出去，將會使發電機溫度升高，絕緣物質變質老化，威脅機組的正常運行。所以必須附加冷卻系統將發電機內因損耗而產生的熱量帶走，現代大型機組基本使用氫氣作為冷卻介質。氫氣系統由發電機定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路構成全封閉氣密結構，氫氣由裝在轉子兩端的漿式風扇強制循環,并通過設置在定子機座四角的氫氣冷卻器進行冷卻，具有效率高，冷卻效果好，安全可靠等優勢。

漏氫是氫冷發電機運行中普遍存在的現象[1-6],漏氫量是氫冷發電機安全運行的主要技術指標之一。氫的大量泄漏會導致氫壓下降，影響發電機冷卻，限制發電機帶負荷。嚴重漏氫可造成發電機周圍著火，甚至引起氫氣爆炸，造成發電機損壞以至機組停機。因此，維持氫冷發電機正常運行的必要條件之一是維持氫系統工作正常，包括保證機內氫氣壓力、保證機內冷氫溫度以及溫差正常、保證機內氫氣純度。

2 發電機漏氫方式及原因

發電機漏氫的主要方式有外漏和內漏2種。密封瓦座襯墊制作安裝工藝，密封瓦平行度以及密封瓦軸向和徑向間隙，發電機大端蓋、中間環、密封瓦安裝位置，發電機注膠情況，法蘭墊子安裝情況，測溫元件安裝到位與否等都會對氫氣泄露產生影響。

2.1 外漏

由于氫氣擴散快、滲透能力強，加上密封油攜帶漏氫等，在實際運行過程中發電機內氫氣是在持續外漏的。該種泄漏方式可通過肥皂液、鹵素檢漏儀等多種檢漏方法找到漏點并加以消除。

造成氫氣外漏的原因有如下幾種：

a.發電機機殼或氫氣管道焊接質量不良,存在沙眼或夾渣；

b.氫氣管道法蘭密封面不平整、有毛刺或輻向溝槽，螺栓未擰緊，密封墊存在缺陷等，導致法蘭密封面密封差；

c.端蓋水平結合面接觸不良，端蓋上密封填料的溝槽內壁有溝槽；

d.氫氣管道閥門盤根密封不嚴，氫氣管道因振動與其它部件摩擦導致磨穿后發生氫氣泄漏；

e.密封瓦座和密封瓦水平接合面接觸不好,未達到質量標準，密封瓦座與端蓋的垂直接合面存在錯口；

f.定子引出線套管與瓷套法蘭松動,或由于溫度變化,膨脹不均造成氫氣泄漏；

g.密封膠條質量不良，彈性與壓縮量不夠，當溫度過高時變形，未將溝槽添滿，導致密封不嚴。

2.2 內漏

氫氣通過密封瓦漏入密封油系統中、轉子導電螺釘等處，屬于暗漏，漏點位置不明顯，檢查處理較為復雜，且處理時間較長，影響發電機定子線棒絕緣和使用壽命，威脅發電機長周期安全穩定運行。靜態泄漏漏點可以通過測氫儀或肥皂水檢測法找到漏點，動態泄漏漏點具體位置不明，檢測和處理比較復雜，且處理時間較長，尚無好的解決辦法。因此只能通過提高安裝精度盡量避免此種現象的發生。造成該種泄漏的原因有：

a.轉子滑環導電螺栓或中心孔堵板密封不嚴；

b.定子線棒空心股線斷裂，定子端部接頭螺栓松動，絕緣引水管或匯水管破損；

c.氫氣冷卻器銅管破損或斷裂，氫氣管道排地溝閥或排大氣閥關不嚴；

d.密封瓦與軸徑的徑向間隙超標或差壓閥控制精度差，造成密封油壓超出規定值。

3 漏氫防范措施及建議

氫冷發電機本體結構部件的漏氫涉及4個系統：水內冷系統、油系統、循環水系統和氫密封系統。發電機外部附屬系統的漏氫包括氫管路閥門及表計、氫油壓調節系統、氫油分離器、氫器干燥裝置、氫濕度監測裝置、絕緣過熱檢測裝置等。以下結合發電機氫氣系統的結構，對影響到漏氫的關鍵結構部件進行防漏分析。

3.1 機殼結合面

結合面主要漏氫部位的防漏措施：勵磁系統側、汽輪機側端蓋與機座的結合面及上下端蓋的結合面面積較大，密封難度較大，是防漏的薄弱環節。檢修時要檢查固定端蓋的螺孔，緊固端蓋螺栓時，應用力均勻，保證結合面嚴密。在檢修回裝時，應對結合面不平的部位打磨銼平涂密封膠。在回裝及解體的過程中，確保所做的標記不傷及結合面。檢查驗收所采用硅膠密封繩的尺寸、耐熱性能、耐油性能、彈性及耐腐蝕性能。在吊裝下端蓋時應使下端蓋與機殼端部離開一定間距，防止搓斷發電機立面的密封條。發電機人孔也是漏氫的主要部位，在打開的過程中注意不要損壞結合面，如有損壞應用銼刀銼平，在回裝過程中涂密封膠。

3.2 密封油系統

密封油系統中密封瓦與端蓋的結合面也是較容易漏氫的部位之一。上、下端蓋組裝、回裝時，接縫應對齊，防止由于錯口使密封墊受力不均。調整密封瓦與瓦座的間隙，防止密封油進入機內，空側密封油高于氫壓65 kPa，氫側密封油壓高于氫壓80 kPa。為防止密封油進入機內，應控制好油檔間隙。發電機兩端軸瓦油擋頂部間隙控制在(0.50±0.05) mm，底部間隙控制在0～0.05 mm，兩側間隙控制在0.20～0.25 mm；油擋結合面接觸面積應在75%以上。

3.3 轉子與定子部分

發電機轉子勵磁繞組引線是通過轉子中心從勵磁機轉子引來的，在發電機轉子表面存在一個緊固密封點，該密封點漏氫，可在發電機勵磁繞組對轉子氣密試驗孔測量到。轉子漏氫是動態的，氫氣從滑環處的導電螺桿漏出，在運行中很難處理。因此應在大修中加強對滑環處導電螺桿的密封檢查。

文獻[6]定子繞組空心銅線部分也可發生漏氫，見圖1，定子發生漏氫后可用高溫火焊將銅棒烤軟，撬開一條縫，然后采用封焊將焊縫焊死。

圖1 定子繞組接頭泄漏位置示意

3.4 氫氣管道和閥門

所有氣體管道應用無縫鋼管，嚴禁使用鑄鐵管件。管路連接應盡量使用焊接方式，杜絕因密封墊老化造成的漏氫。氫管道集中的部位，應有防震和防磨擦措施。并加強對管道的檢查，防止因管道之間相互磨擦，造成管壁局部變薄而泄漏。氫氣置換站氣體管道小閥門全部采用密封性能良好的球閥。

3.5 氫氣冷卻器

氫氣冷卻器是氫氣可漏點最多的設備，結合面的每條螺絲及每根銅管都有漏氫的可能，因此應重點檢查，并單獨進行水壓試驗，試驗壓力0.6 MPa，試驗30 min無滲漏為合格。如發現銅管有滲漏，應在滲漏管兩端用經過退火處理的錐形紫銅棒封堵，如銅管脹口處滲漏時，應用脹管器對脹口進行補脹，并經再次水壓試驗合格為止。每臺冷卻器堵塞的滲漏銅管不能超過總數的5%，如超過則更換。減少冷風器的漏風率，提高冷卻效果。檢修中應檢查擋封條，損壞的要及時更換，放在室外的冷風器做好防塵措施，防止散熱片受到污染。另外，冷風器散熱片表面的油污可用高溫熱蒸汽吹凈。

3.6 發電機整體

當發電機各密封點密封后就可以進行發電機整體氣密試驗，檢驗發電機所有靜密封點及密封瓦的密封性，以保證發電機漏氫率(量)達到預定目標，將所有造成系統泄漏的現象在此階段消除。試驗時所有管路恢復正常運行狀態，密封油系統投入正常運行狀態，發電機定冷水系統和氫冷器不允許充水，且排空閥打開，在氫系統內接人0.25級精密壓力表檢驗泄露情況，機內充0.3 MPa的壓縮空氣，用肥皂水檢驗發電機各密封點的泄漏情況，并觀察空側密封瓦的回油情況，回油應沿軸頸均勻平穩流回。

試驗按標準進行36 h，其中連續一晝夜(24 h)最大允許漏空氣量和漏氫按表1判斷。

表1 連續24 h最大允許漏空氣量和漏氫量 m3

4 結束語

氫冷發電機漏氫的控制是一個系統工程，影響發電機漏氫量的因素很多，若想從根本上控制漏氫量的大小，只有通過制造、檢修、運行等各個方面相關部門齊心協力，各個環節嚴把質量關，在制造的過程中嚴格控制定子繞組水路和轉子的嚴密性；運行時要注意調整密封油壓，時刻注意保持密封瓦氫氣、空氣側的油壓平衡。應重視發電機的氫氣泄漏情況，結合設備系統特點和存在的問題，加大技改和檢修力度，不斷探索采用先進的檢測手段和防范措施，并嚴密監視發電機的漏氫，以便及時處理。通過對漏氫的檢測及處理，防止事故擴大，保證機組運行安全。

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本文責任編輯：王洪娟