氫冷發電機氣密性試驗計算方法及標準

謝尉揚

（浙江省電力建設有限公司，浙江 寧波 315010）

氫冷及水氫氫冷發電機在生產制造、安裝和大修驗收時，都應進行氣體密封性試驗。發電機的定子、轉子在安裝前，管道和整套系統在安裝后，均應進行檢漏試驗。

1 氣密性試驗基本要求

發電機氣密性試驗應在整套系統檢漏工作結束后進行，此時密封油系統的油循環沖洗合格，油氫差壓調節閥工作正常，試驗用壓縮空氣經過凈化、除油和干燥處理。按照制造廠規定，試驗壓力通常為發電機額定工作壓力。試驗數據應在充入發電機內的氣體壓力達到試驗要求值，且系統內部氣溫均勻穩定（約需24 h）后開始記錄。試驗過程中應盡量避免發電機周圍的空氣溫度發生急劇變化，一般要求試驗時間至少24 h。由于發電機密封結構不同，各制造廠根據長期積累的經驗，采用了不同的發電機漏氣量計算方法和泄漏標準，以下分別進行比較和討論。

2 發電機漏氣量計算公式

2.1 通用計算公式

根據理想氣體狀態方程，推導出發電機漏氣量的通用計算公式：

式中：ΔVA為絕對大氣壓力P0和環境溫度為t0狀態下每晝夜的空氣泄漏量；V為發電機充氣容積；P0為給定狀態下大氣壓力；Δh為正式試驗時間；P1和P2分別為試驗開始和結束時的機內氣體壓力（表壓）；B1和B2分別為試驗開始和結束時的大氣壓力；t1和t2分別為試驗開始和結束時的機內氣體平均溫度。

電力行業標準DL 5011－92《電力建設施工及驗收技術規范》（汽輪機機組篇）和DL/T 607－1996《汽輪發電機漏水、漏氫的檢驗》，機械行業標準JB/T 6227－2005《氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定》，以及各發電機制造廠的標準普遍采用公式1計算發電機的漏氣量，通常的給定狀態為大氣壓力0.1013 MPa、環境溫度20℃。

2.2 GE（通用電氣）技術發電機漏氣量計算

應用GE技術生產和開發的發電機均采用單流環密封結構，配備密封油真空箱和真空泵以除去溶解在密封油中的氣體和水分，保證發電機內氣體的純度和濕度。溶解到密封油中的氣體量A按公式2計算。

式中：P為機內氣體絕對壓力；Q為氫氣側密封油回油總流量；Ca為密封油中空氣的溶解率。

發電機的漏氣主要有各密封間隙處的泄漏氣體和溶解到密封油中的空氣，其中溶解到密封油中的氣體是由工藝特點決定的，不受安裝過程控制，因此在計算發電機漏氣量時要扣除溶解到密封油系統中的氣體量，漏氣量L按公式3計算。

GE公司和東芝公司均采用公式3計算發電機漏氣量，允許漏氣量標準為L＜1.3 m3/d。但在實際使用中經常出現計算得到的漏氣量為負值的情況。據有關文獻分析，主要原因是溶解到密封油中的氣體未處于飽和狀態，按公式2計算的溶解量較實際要大，考慮到這一因素，日立公司和東方電機廠按公式4計算發電機漏氣量。

溶解在密封油中的氣體量取理論計算值的一半，允許的漏氣量標準為L＜1 m3/d。東方電機廠還規定當機內壓力小于3 kg/cm2時，直接利用公式1計算氣體泄漏量，允許的漏氣量標準不變。

以東方電機廠生產的臺州發電廠10號發電機組（300 MW）為例，額定氫壓為0.25 MPa，直接利用公式1計算氣體泄漏量。在某次A修中，第一次測量漏氣量不合格。查漏處理后，第二次測得漏空氣量為1.41 m3/d，大于制造廠標準，但滿足電力行業標準，故未繼續查漏處理。機組復役后實際測試漏氫氣量為6.2 m3/d，說明制造廠對300 MW發電機組的漏氣標準比較嚴格。

2.3 WH（西屋）技術發電機漏氣量計算

應用WH技術生產的發電機，如上海汽輪發電機有限公司，采用雙流環密封結構，密封油系統是相對獨立的閉環系統，長期運行后氣體在密封油中的溶解已處于飽和狀態，試驗期間不需要再考慮發電機內氣體溶解到密封油的因素。發電機氣密性試驗采用斜式壓差計測量機內氣體壓降，制造廠提供公式5計算漏氣量。

式中：ΔP為試驗期間機內氣體壓降。

公式5實際上是以環境溫度20℃時對公式1進行簡化得到的，推薦試驗時間為24 h。為減小測量誤差，溫度變化盡可能控制在1℃內。當環境溫度不是20℃時，最好應用公式1計算漏氣量。對于額定氫壓為0.4 MPa的600 WM發電機，允許的泄漏量標準為L＜2.1 m3/d。對于額定氫壓為0.31 MPa的300 WM發電機，允許的泄漏量標準為 L＜1.7 m3/d。

2.4 SIEMENS技術發電機漏氣量計算

應用SIEMENS（西門子）技術生產的發電機為單流環密封結構，氣密性試驗時間規定不少于48 h，試驗期間密封油真空泵不工作，采用公式1計算發電機的總漏氣量。由于密封油對空氣的溶解和攜帶作用，部分氣體將逸出到密封油真空油箱中，該部分氣體損失可以通過增壓試驗來確定，即在氣密性試驗時測量真空油箱中的壓力增高值，用公式6計算這部分氣體損失。

式中：Z為試驗持續時間（使真空油箱氣體壓力上升約10 kPa）；VT為真空油箱中的自由容積；ΔP為試驗期間（Z）真空油箱中的增壓；T為試驗期間真空油箱中的空氣溫度。

扣除逸出到真空油箱中的氣體損失，按公式3計算漏氣量，允許的漏氣量標準為L＜1.5 m3/d。以北侖發電廠三期工程2×1000 MW汽輪發電機組（采用西門子技術）為例，在安裝階段進行發電機氣密性試驗，按照公式1，6和3計算，6號機漏空氣量為1.42 m3/d，7號機漏空氣量為1.37 m3/d，均滿足漏氣量標準。在機組168 h滿負荷試運行階段進行實際漏氫氣量測試，6號機漏氫氣量為9.97 m3/d，7號機漏氫氣量為8.81 m3/d。

2.5 ALSTOM技術發電機漏氣量計算

應用ALSTOM（阿爾斯通）技術生產的發電機采用單流環密封結構，在進行氣密性試驗時，測量相關數據，按公式7計算發電機內氣體壓降。

對于額定氫壓為0.4 MPa的600 MW發電機（機內氣體容積100 m3），規定24 h氣體壓降ΔP＜1 kPa，應用公式 1計算，漏氣量為 1 m3/d。ALSTOM公司在收購ABB公司后，生產的發電機采用三流環密封結構，氣密性試驗時仍按公式7計算機內氣體壓降，但控制的是壓降率，即泄漏率，δ＝ΔP/P1×100%，允許壓降率為 0.2%+0.1%×P1，該標準比原標準的要求降低了許多。

3 行業標準

（1）電力行業標準DL 5011-92《電力建設施工及驗收技術規范》（汽輪機機組篇）附錄J中規定：發電機額定氫氣壓力大于0.4～0.6 MPa時，發電機氫系統氣密性試驗允許漏氣量參考值為4.3 m3/d。

（2）原國家電力公司《汽輪發電機運行規程》（1999年版）規定了整體氣密性試驗每晝夜最大允許漏氣量，見表1。

表1 整體氣密性試驗每晝夜最大允許漏氣量

（3）電力行業標準 DL/T 607-1996《汽輪發電機漏水、漏氫的檢驗》中規定交接試驗時的每晝夜最大允許空氣泄漏量見表2。該標準還規定了大修后氫冷系統每晝夜最大允許空氣泄漏量，其數值約為表2相應數值的1.3倍。

表2 交接試驗每晝夜最大允許漏氣量

（4）機械行業標準 JB/T 6227-2005《氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定》中規定的整套系統氣密性試驗時的每晝夜最大允許漏空氣量標準與表2一致。

4 結語

電力行業標準DL 5011-92《電力建設施工及驗收技術規范》（汽輪機機組篇）和原國家電力公司《汽輪發電機運行規程》（1999年版）對發電機漏氣量要求較低，電力行業標準DL/T 607-1996《汽輪發電機漏水、漏氫的檢驗》和機械行業標準JB/T 6227-2005《氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定》對發電機漏氣量要求有所提高，各發電機制造廠的標準明顯高于行業標準。由于漏氫氣量與漏空氣量之間存在約3.8倍的換算關系，因而在安裝或大修過程中應努力降低漏空氣量水平，達到制造廠標準，以盡量減少發電機的漏氫量。需要說明的是發電機的實際漏氫量往往不等于氣密性試驗時漏氣量的3.8倍，因為漏氫量本身包含從各密封間隙泄漏的氫氣量和溶解到密封油中的氫氣量，只有從各密封間隙泄漏的氣體量符合3.8倍的關系，而溶解到密封油中的氫氣在工作溫度范圍內的溶解率低于空氣。另一方面，氫氣分子很小，比空氣具有更強的穿透性，也可能會出現新的漏點。工程中經常出現發電機氣密性試驗合格而實際運行中漏氫量超過標準的情況，說明目前的行業標準及制造廠標準仍有待提高。

[1] DL 5011-92.電力建設施工及驗收技術規范（汽輪機機組篇）[S].北京：水利電力出版社，1993.

[2] DL/T 607-1996汽輪發電機漏水、漏氫的檢驗[S].北京：中國電力出版社，1997.

[3] 原國家電力公司.汽輪發電機運行規程（1999年版）[S].北京：中國電力出版社，2002.

[4] JB/T 6227-2005氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定[S].北京：機械工業出版社，2005.

[5] 謝尉揚，徐明.發電機嚴密性試驗結果分析[J].浙江電力，2000，19（3）∶6-9.

[6] 謝尉揚.發電機漏氫標準討論[J].電力建設，2008，29（2）∶67-69.

[7] 謝尉揚.氫冷發電機密封結構與漏氫量關系分析[J].浙江電力，2008，27（3）∶33-36.