發電機密封油系統常見故障的原因分析及處理

彭 勇，吳青虎(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

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發電機密封油系統常見故障的原因分析及處理

彭 勇，吳青虎
(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

〔摘 要〕介紹了發電機密封油系統的結構組成、工作原理及其5種運行工況，對密封油系統調試過程中容易發生的問題和設備故障進行了分析，并提出了處理方法，確保發電機密封油系統安全穩定運行。

〔關鍵詞〕發電機；密封油系統；浮球閥；氣密試驗

0 引言

核電站CPR1000堆型發電機的定子鐵芯和轉子均采用氫氣冷卻，其發電機密封油系統的功能就是防止發電機內部高壓氫氣從轉子與發電機殼體間的縫隙泄漏出來，同時也防止氫氣受到密封油所帶空氣的污染，此外還可用于帶走運行時密封瓦產生的熱量。下文介紹了與遼寧紅沿河核電有限公司(以下簡稱紅沿河核電站)CPR1000堆型發電機(東方電氣集團成套供貨)配套的密封油系統在調試過程中出現的問題及其處理方法。

1 設備及系統介紹

發電機密封油系統一般采用雙流環密封油系統或單流環密封油系統。CPR1000堆型發電機采用單流環密封油系統，主要由發電機油密封、氫側回油箱、備用氫側回油箱、真空油箱、真空泵、氫油分離器、過濾器、主密封油泵、輔助油泵、直流油泵、差壓調節閥以及管道附件等設備組成。密封油系統組成如圖1所示。

在該機單流環密封瓦系統中，每個密封瓦由4瓣組成，密封瓦由特種黃銅材料(UZN2Pb)制成。密封油系統運行時，密封油進入密封瓦，經由密封瓦與發電機軸之間的密封間隙，沿軸向從密封瓦兩側流出，即分為氫氣側回油和空氣側回油；并在該密封間隙處形成密封油流，既起密封作用，又起潤滑和冷卻密封瓦的作用。CPR1000堆型發電機油密封結構如圖2所示。

紅沿河核電站發電機內氫氣額定壓力為300 kPa，密封瓦進油壓力通過差壓調節維持在350 kPa左右，使油壓高于氫壓50 kPa，以防止氫氣泄漏。

2 系統運行

密封油系統運行時分為如下5種工況。

(1) 正常運行時，從主潤滑油系統來的油進入真空油箱，通過真空泵建立真空將氣體排出。真空油箱內密封油經主密封油泵升壓后，通過供油過濾器、差壓調節閥進入發電機兩側密封瓦。

(2) 當主密封油泵或者真空油箱故障時，從主潤滑油系統來的油經補油過濾器直接進入輔助油泵入口，經升壓后通過供油過濾器、差壓閥調節閥進入發電機兩側密封瓦。

(3) 若輔助油泵也發生故障，則從主潤滑油系統來的油經補油過濾器直接進入直流油泵入口，經升壓后通過供油過濾器、差壓閥調節閥進入發電機兩側密封瓦。

(4) 若直流油泵也發生故障，則從主潤滑油系統來的油經供油過濾器、差壓調節閥直接進入發電機密封油兩側密封瓦。此時必須將發電機內氫氣壓力降低至80 kPa。

(5) 當主機潤滑油系統停運時，密封油系統可獨立循環。此時應降低發電機內氫氣壓力至80 kPa。

圖1　CPR1000堆型發電機密封油系統

圖2　CPR1000發電機油密封結構

3 調試過程中常見問題處理

3.1 發電機氣密試驗不合格

發電機氣密試驗是汽輪機沖轉前的一項重要試驗，目的是通過儀器和檢漏液檢查發電機本體及管道系統各密封點是否存在漏氣點并消除，控制發電機的日漏氫量在合格的范圍內。紅沿河核電站設計規定折算成24 h標準大氣壓下的壓降應小于2 kPa。

紅沿河核電站2號機組在進行發電機氣密試驗過程中，折算成24 h標準大氣壓下的壓降為2．05 kPa，氣密試驗不合格。現場采用常規的充氦氣方法進行漏氣檢查，在對系統接頭、外部閥門的焊縫進行檢查后，未發現大量漏氣點；最終在油氫分離箱頂部排氣風機出口檢測到大量氣體泄漏。此時氫側回油箱油位穩定在390 mm。現場通過逐漸關小氫側回油箱排油閥，減小排油量，以提高氫側回油箱內密封油液位的方法進行驗證，將油位穩定在450 mm左右，排氣風機出口漏氣量明顯減少。

浮球閥是自動控制油位的設備，根據浮球閥的結構原理(見圖3)，初步判斷浮球閥閥桿處存在漏氫現象。

為了提高氫側回油箱油位，并保證其自動動作過程可靠，采用通過浮球上的排油口為浮球充油(增加浮球重量)進行試驗。根據球缺體積公式計算：

式中：ΔV——需要在浮球內充油的體積，mL；

R——浮球半徑，mm；

H1——試驗油位時球缺高度，mm；

H2——初始油位時球缺高度，mm。

浮球半徑R為110 mm；氫側回油箱內初始油位為390 mm，對應球缺高度為43 mm；氫側回油箱內油位需要達到445 mm時，油位才能完全沒過閥桿，故試驗液位時球缺高度為98 mm；將數值代入公式(1)，計算得出ΔV=1 777 mL。

根據計算結果，向浮球內部充油1 800 mL后，投入密封油系統運行，浮球閥自動控制油位穩定在445 mm左右。繼續進行氣密試驗并計算，試驗數據如表1所示。

表1　氣密試驗數據

根據計算結果，折算成24 h標準大氣壓下的壓降為1．30 kPa，滿足設計要求。

通過浮球充油試驗，進一步確定浮球閥閥桿處存在漏氣現象，并證明了通過提高氫側回油箱內油位可以解決漏氣問題。

浮球內部充油1 800 mL，約1．5 kg，通過增加浮球重量提高油位的方式在正常運行中存在風險，僅能用于排查漏氣原因試驗。為保證系統的安全運行，通過與東方電機廠及浮球閥生產商討論，最終決定采用增加連接板長度的方法解決此問題。考慮到油位應淹沒閥桿油位及油位波動的因素，將氫側回油箱內油位維持在460 mm時，系統運行是可靠的，連接板長度需要增加70 mm。重新制作長度為165 mm的連接板(原連接板長度為95 mm)并安裝至浮球閥上，氫側回油箱油位穩定在460 mm左右，發電機氣密試驗結果為1．30 kPa，氣密試驗合格，運行狀態良好。

圖3　浮球閥結構

3.2 油氫差壓變送器示數波動

密封油系統油氫差壓由差壓調節閥控制，需維持密封油壓力高于發電機內部氫氣壓力50 kPa，以防止氫氣泄漏。差壓調節閥具有自動跟蹤調節功能，通過取樣管感應密封油油壓和氫氣壓力，自動調節密封油油壓。當氫氣壓力下降時，差壓調節閥關小，減小密封油系統油壓；反之，當氫氣壓力上升時，差壓調節閥開大，增加密封油系統油壓。始終維持油氫差壓在50 kPa左右。

在密封油系統調試過程中，油氫差壓變送器頻繁波動。為此，將油氫差壓調節切換至旁路供油，隔離差壓調節閥，同時保持油氫差壓信號管通暢；然后擰松引壓管和壓差調節閥的接頭進行排氣，將引壓管內的氣體全部排出后，恢復系統，投入差壓調節閥。此時油氫差壓變送器示數穩定在50 kPa左右，故障排除，運行正常。

3.3 真空泵故障

密封油真空泵的作用是在真空油箱建立高度真空，并抽出密封油中析出的氣體和水分。密封油系統一般采用旋片式真空泵。旋片式真空泵是利用轉子和可在轉子槽內滑動的旋片的旋轉運動以獲得真空的一種變容機械真空泵。轉子偏心安裝在定子腔內，轉子槽內裝配2個或數個旋片。當轉子帶動旋片旋轉時，旋片借離心力(或彈簧力)緊貼缸壁，將進、排氣口分割開來，并使得進氣腔容器周期性擴大而吸氣，排氣腔容積周期性縮小而壓縮氣體，借氣體壓力和真空泵油推開排氣閥排氣，從而獲得真空。該核電站密封油系統采用三旋片式真空泵。

密封油來自汽輪機潤滑油系統，含有一定水分，若水分含量過高將影響氫氣的干燥度，故密封油系統中設置了密封真空泵。密封真空泵建立和維持真空油箱的高度真空，可將水分從密封油中分離出來，并排入大氣。在發電機定子冷卻水系統充水投運前或者長時間停運進行維護保養時，需要利用密封油真空泵為定子冷卻水水箱建立真空，并充氮氣。

在密封油系統調試過程中，發現密封油真空泵無法啟動。經現場解體檢查發現，真空泵油變質，真空泵內部銹蝕嚴重，因此只能對真空泵進行整體更換。分析原因為，在定子冷卻水系統沖洗及充水過程前，啟動真空泵為定子冷卻水箱抽真空，大量水分進入真空泵，但未及時排放真空泵內的積水，導致真空泵油惡化，真空泵內銹蝕。另外，主潤滑油系統水分含量高也會導致真空泵內部積水，如不及時排放，也會導致真空泵油變質，真空泵內銹蝕。

4 其他需要注意的問題

(1) 在調試及運行過程中，需要密切關注氫側回油箱油位，防止油位過高或者過低，避免發電機進油或者“跑氫”。

（2） 當差壓調節閥故障時，應盡快人為切旁路運行，手動維持油氫差壓，并盡快排除故障。

（3） 真空泵調試及運行時，真空泵油需保持正常油位，避免油位過高或者過低；真空泵油牌號應嚴格遵循廠家說明書要求，禁止混用。

（4） 及時投用主潤滑油系統凈化裝置，將潤滑油含水率控制在合格范圍內。

5 結束語

密封油系統是發電機3大輔助系統之一，對機組的安全運行非常重要。針對紅沿河核電站密封油系統調試及運行過程中出現的漏氫、油氫差壓波動、真空泵銹蝕等問題，經現場檢查分析并采取措施后，滿足了密封油系統正常運行的需要。這些措施對于大型發電機組在密封油系統調試及運行中處理同類故障具有一定的參考借鑒作用。

參考文獻：

1 韓景復，鄧少翔．雙流環密封油系統的啟動調試及常見問題處理[J]．廣西電力，2009，32(4)：68-69．

2 曹蘭敏，趙 超，曹銀觥．600 MW機組單流環密封油系統的安全運行分析[J]．電力安全技術，2012，14(12)：10-14．

彭 勇(1976-)，男，工程師，主要從事核電常規島設備服務工作，email：pengyong96421@126．com。

吳青虎(1983-)，男，助理工程師，主要從事核電站汽輪發電機輔助系統設備服務工作。

作者簡介：

收稿日期：2015-08-16。