9FA聯合循環機組發電機漏氫原因分析及處理

詹金援

(中山嘉明電力有限公司，廣東 中山 528449)

0 引言

用氫氣作為發電機內冷卻氣體，可以降低發電機的通風損耗及轉子表面與氣體摩擦損耗，可以改善絕緣內間隙及其他間隙的導熱能力，增強傳熱效果；同時，與空氣相比，氫氣作為發電機的傳熱介質，可大大減少電暈(鄰近高壓導電體表面的微弱輝光)引起的電樞絕緣變差現象，能夠延長絕緣材料壽命。

氫氣作為冷卻介質，具有密度小、導熱性能強、可保持機內清潔和故障率低等優點，因此在現代大容量發電機組中已廣泛使用。氫氣雖是良好的傳熱介質，但氫氣的易爆性對其密封系統提出了嚴格要求，需保證電機運行性能良好和避免發生爆炸事故。

1 9FA機組發電機氫氣密封系統概況

某電廠#3，#4機組(S109FA機組)發電機為390H型氫冷發電機，是哈爾濱電機廠有限責任公司制造的全氫氣冷卻三相隱極式同步發電機，其總體結構為密封式，機座內的氫氣通過裝在轉子上的2個旋漿式風扇驅動循環，把來自轉子和定子的熱量輸送到定子機座兩端的4臺氣-水換熱器進行冷卻。

#3，#4發電機氫氣密封裝置的密封油來自汽輪機潤滑油系統，分別進入發電機汽輪機側和集電環側的密封瓦，經中間油孔沿軸向間隙流向氫氣側和空氣側，建立起密封瓦與軸頸之間的油膜，起到密封、潤滑和冷卻的作用，然后分成兩路回油，一路流向密封瓦的氫氣側，一路流向密封瓦的空氣側。流向機內的密封油回到氫側回油擴容箱；流向機外的密封瓦空氣側回油與#7，#8軸承潤滑油回油混在一起，進入軸承箱后匯流入6.45 m處的潤滑油隔氫箱進一步除氫后回到主油箱。

在結構裝配上，集電環側和汽輪機側的密封瓦均由氫氣側和空氣側兩部分組成，為便于拆裝，密封瓦分為上、下兩半環，裝配在發電機端蓋內腔中的軸承密封座內，擰緊上、下兩半環密封瓦連接螺栓后徑向和軸向均用彈簧箍緊，而密封瓦座上、下均設有定位銷，以防止密封瓦切向轉動，但可讓密封瓦隨轉子軸頸上下浮動。從氫氣差壓裝置來的壓力密封油(壓力高于發電機內的氫氣壓力0.054 MPa左右)，經密封座與密封瓦之間的油腔，流入密封瓦與轉軸之間的間隙，沿徑向形成油膜，隔絕了氫氣側的氫氣，防止氫氣向空氣側泄漏。但為了維持H2約98%的純度，允許少量H2持續地從2個(汽端、勵端和集電流器端)密封排油擴容箱釋放出去并排入大氣。

2 發電機漏氫過大缺陷概述

#3，#4機組自建成投運以來，一直存在漏氫量過大的問題(從隔氫箱排空管出口可檢測出過量氫氣)，每天補氫量30～40 m3(名義工況，下同)，期間經過幾次小修，均沒有徹底消除這一影響機組安全運行的缺陷。尤其是2013年9月，#3機組在停機后盤車狀態出現發電機氫氣壓力大幅下降現象，氫壓從01：00的311 kPa，下降到07:00的199 kPa，僅僅相隔6 h，氫氣泄漏約88 t。現場檢查發現發電機轉子兩端軸承箱有油煙冒出，就地檢測#7，#8軸承油擋處危險氣體濃度為100%爆炸下限。經過應急處理后，發電機漏氫量約30 m3/d，發電機各監測點溫度均在合格范圍內，勉強能夠維持機組運行。

3 漏氫原因分析

3.1 密封油管道系統設備故障

密封油系統主要由發電機密封油控制單元、氫氣分離器、密封油浮子油箱及浮子閥、輔助氫氣分離器及氫氣分離器油水探測器等組成，其密封油壓的穩定性由差壓控制閥維持。如果浮子油箱浮球閥出現卡澀故障而不能靈活調節開度，就會造成浮子油箱的油位過低，從而使浮子油箱至循環密封油箱的“U形油封段”遭到破壞，導致氫氣通過浮子油箱直接通過循環油箱進入潤滑油系統(主油箱排煙風機出口處可檢測到過量氫氣)。另外，如果差壓控制閥出現故障而造成油氫差壓過低，也會導致密封油壓力富余量不足而無法將氫氣封閉在發電機內，從而出現氫氣泄漏現象。

3.2 密封瓦烏金、軸頸表面磨損，動靜間隙過大造成動壓油膜形成不佳

密封瓦與軸頸的動靜間隙受制于油氫差壓等級和油膜形成條件，9FA機組的密封瓦與軸頸的動靜間隙為：空側徑向總間隙為0.22～0.40 mm，氫側徑向總間隙為0.10～0.27 mm，相應的油氫差壓范圍為(0.055±0.020) MPa。因#3，#4機組密封油的油氫壓差均已調到0.054 MPa，若密封瓦烏金與軸頸表面磨損，造成動靜間隙成倍增大，勢必降低密封油對氫氣的密封能力。另外，磨損后粗糙的表面也不利于動態油膜形成后的穩定性，進一步影響密封油對氫氣的密封效果。

3.3 密封瓦座與電機端蓋結合面密封油路不暢或螺栓緊力不足

密封瓦座安裝問題往往被檢修維護人員忽視，但其安裝不當極易引起氫氣泄漏缺陷。密封瓦座與發電機端蓋之間的密封油槽，若在安裝過程中被涂膠或異物堵塞，則會造成結合面缺乏密封油的隔絕屏障而導致氫氣外泄。若密封瓦座的緊固螺栓緊力不足出現間隙，發電機內部的氫氣也會通過結合面往外泄漏。

3.4 發電機端蓋及氫氣系統管道泄漏

(1)發電機端蓋靠螺栓固定，若螺栓緊力不足或端蓋注膠密封欠佳，均會造成發電機內氫氣沿著端蓋法蘭面向外泄漏。

(2)氫氣系統管道法蘭、閥門及發電機本體各孔蓋的法蘭面嚴密與否，與氫氣泄漏與否緊密相關。

3.5 發電機氫-水冷卻器泄漏

發電機正常運行時額定氫壓是0.414 MPa，氫冷器的供水壓力一般控制在0.380 MPa以下。正常工作時，氫氣的壓力是大于冷卻水壓的，當氫-水交換器內換熱管出現漏點時，氫氣會泄漏至閉式水系統而造成發電機內氫壓下降。

4 處理措施

針對#3，#4機組漏氫量大的問題，利用2臺機組的大修機會，對發電機密封系統的各個薄弱環節進行了處理。

4.1 密封油管道系統問題

對密封油控制單元、氫氣分離器、密封油浮子油箱及浮子閥、輔助氫氣分離器、絕緣過熱監測裝置及氫氣分離器油水探測器進行認真檢查，并對相關密封件進行更換。

4.2 密封瓦問題

密封瓦已出現較為嚴重的磨損現象，動靜間隙超標，做更換處理。新密封瓦與發電機轉子軸頸動靜間隙調整為：空側徑向總間隙為0.26 mm，氫側徑向總間隙為0.12 mm。

4.3 密封瓦座問題

密封瓦座與發電機端蓋裝配問題是重點，也是極易被疏忽的問題，#3，#4機組發電機氫漏點就在此部位(此次修前發電機充壓查漏證實此處為泄漏點)，前幾次小修因為沒有徹底解體檢查此部位，當時雖然更換了密封瓦并進行軸頸拋光處理，但漏氫量仍然大大超標。為了徹底解決漏氫難題，對密封瓦座法蘭結合面進行檢測校正，基于發電機端蓋沒法上機床檢測校正，為了降低其法蘭密封面不平行度對密封效果的影響，在裝配時適當在端蓋法蘭內外緣涂上薄薄一層專用密封膠，涂膠時切忌堵塞密封油槽，保持密封油槽的暢通，讓密封油充滿油槽加強密封瓦座的密封效果。

4.4 發電機端蓋及氫氣系統管道問題

檢查清理發電機端蓋密封槽，組裝時對端蓋進行充分注膠，防止部分密封槽出現密封膠量不足的缺陷。對氫氣系統管道進行加壓查漏，消除“絕緣過熱監測設備”等處的漏點。

4.5 發電機轉子軸頸(密封瓦處)問題

#3機組發電機轉子軸頸(密封瓦處)進行微弧冷焊處理，#4機組發電機轉子軸頸(密封瓦處)進行拋光處理，修后標準：軸頸橢圓度、錐度及同軸度不大于0.015 mm，粗糙度Ra不大于1.6 μm。

5 處理效果

經上述處理后，進行發電機氣密封性試驗。發電機充壓(干燥的儀用空氣)至0.414 MPa，關閉所有與發電機關聯的閥門，24 h后壓力降到0.412 MPa，達到優秀水平。正式啟機運行，時至今日，2臺機組已運行3～5個月，其漏氫量穩定在8 m3/d以下，效果理想。

6 結束語

發電機系統相對龐雜，氫油系統涉及的設備也比較多，無論充氫管道、閥門、監測儀器等哪個環節出現漏點，都會導致發電機氫壓下降，但這些外部管道系統容易在線查漏，處理起來比較簡單；而發電機汽端與勵端的密封組件在軸承箱內，位置隱蔽且又是氫氣泄漏的薄弱環節，處理起來相對棘手，因此檢修裝配過程務必細心謹慎，杜絕安裝質量造成的漏氫缺陷。

參考文獻：

[1]劉國洪.400 MW全氫冷發電機漏氫原因分析及處理[J].華電技術,2008，30(10):51-53.

[2]肖麗崢，劉曉軍.發電機空側密封油油壓下降原因分析及對策[J].華電技術,2013，35(5):60-61.

[3]王玉炯，劉熹.600 MW氫冷發電機定子線圈漏點查找及處理[J].華電技術，2013，35 (4): 8-9.