上汽-西門子發電機氣密性試驗方法探討

徐偉明

（中國能源建設集團浙江火電建設有限公司 杭州市 452218）

上汽-西門子發電機氣密性試驗方法探討

徐偉明

（中國能源建設集團浙江火電建設有限公司 杭州市 452218）

發電機的安全運行直接影響整個電廠的發電效益，因此發電機的氣密性試驗的結果是很重要的。本次主要探討發電機的發展史、發電機的氣密性試驗理論介紹以及發電機氣密性試驗的計算三部分，其中發電機的氣密性試驗理論介紹和發電機氣密性試驗的計算探討重點。在發電機的氣密性試驗理論介紹的這一部分談到了從氣密的檢漏、氣密的要求和氣密的理論公式；而在發電機氣密性試驗的計算這部分里，則是針對現在所在工地（廣西欽州國投電廠二期擴建工程）的真實測量數據進行計算，直到達到標準要求。

發電機；氣密性試驗；檢漏；計算

1 緒論

1.1 氫冷發電機簡介

在社會發展的早期，科學并不發達，那時發電機大多都是采用空氣來進行給發電機轉子冷卻，用空氣進行冷卻有很多的缺點，如：空氣的導熱能力小、摩擦損失大等，所以在機組容量增大的同時就會產生更多的熱量，需要更多的空氣來進行散熱，要讓空氣可以達到一定的量，就必須增加發電機本體的體積，機組變大對安裝帶來很大不便，也是對安裝空間的浪費。

20世紀中期以后，人們采用了氫外冷技術，氫氣和空氣對比起來，有了很多的有點，如：氫氣輕、熱容量大和摩擦損失小等諸多優點。直到20世紀50年代末期，人類在發電機的轉子和定子繞組上采用直接冷卻技術，與此同時使得氫氣的壓力增加到了0.5MPa，單機容量從200MW提高到1000～1200MW以上。從此，發電機的冷卻技術基本成型。

本工地為廣西欽州國投電廠二期擴建工程，在建地發電機是（2×1000MW）4號機組，發電機布置于15.5m層汽機運行平臺上，由上海發電機廠制造供貨，型號為THDF-125/67型水氫氫汽輪發電機，發電機額定容量1109MVA，額定功率為1020MW，額定功率因數為0.92，絕緣等級為F級。發電機總體上可分為定子（包括定子機座、定子鐵芯、定子線圈、總進出水管、主出線、測溫元件），轉子（包括轉軸、轉子繞組），底板，軸承及端蓋，機座冷卻器端罩及冷卻器、密封瓦及支座、單級風扇。

1.2 氫冷發電機原理

氫冷發電機的單級風扇隨著發電機轉子的轉動而轉動，此時發電機內部的氫氣會在單級風扇的驅使下，在發電機內會以閉式循環的方式循環流動，從而使發電機轉子繞組和定子鐵芯得到冷卻（水氫氫汽輪發電機）。氫氣帶走的熱量會在其流經氫氣冷卻器時得到冷卻，本機組氫氣冷卻器共兩臺，位于發電機前部，氫氣冷卻器內部的冷卻水來自閉式循環冷卻水系統。

由于氫氣常溫下氫氣與氧氣或空氣混合時遇見明火會發生爆炸，后果相當嚴重，因此發電機對氫氣純度的要求相當嚴格（氫氣不低于96％，氧氣不高于2％）。

在進行氫冷發電機氣密性試驗后要對發電機內部氫氣與空氣進行置換，本工地為避免氫氣和空氣直接接觸而引發爆炸，采取使用二氧化碳作為過渡。先充入二氧化碳驅趕發電機內部及相關管路內部的空氣，用純度分析儀確認氧氣含量不高于2％，方可充入氫氣，將二氧化碳置換出發電機，由于在機組正常運行時部分氫氣會溶解于密封油中，從而帶入排煙管路，所以在機組運行后要定時給發電機補氫。

2 氣密性試驗

2.1 泄漏實驗

發電機在整套啟動前要先進行系統檢漏，要保證沒有非正常的氣體從發電機、供氣裝置和管路泄露到外部，系統檢漏是保證發電機安全運行的基本要求。

2.1.1 發電機氫氣系統漏氫的途徑

發電機泄露分為兩類：外漏和內漏。外漏：氫氣直接漏入大氣，查漏方式可以通過肥皂水、測氫儀等等。內漏：氫氣漏入其他系統或由于閥門關閉不嚴而漏出，由于位置不明確，所以檢測查漏非常困難。

2.1.2 發電機氫氣系統漏氫的地點、主要原因和檢測辦法

（1）發電機氫氣系統漏氫的地點

①法蘭連接處；

②對接處；

③螺紋連接處；

④焊縫處；

⑤……

（2）發電機氫氣系統漏氫的主要原因

①外部漏氫原因：

a.法蘭螺栓未擰緊，接觸面有毛刺、不平整；

b.端蓋水平結合面不好；

c.定子引出線套筒法蘭松動；

d.發電機機殼或氫管路焊縫接口不好，存在沙眼；

e.氫管路法蘭接觸面不好或墊片質量不佳；

f.氫管路閥門密封不嚴。

②內部漏氫原因：

a.氫氣冷卻器銅管破損；

b.氫管路排污或排空閥門關閉不嚴；

c.密封瓦安裝不合格，與軸徑徑向間隙超標；

e.差壓閥控制精度不足。

（3）發電機泄漏的檢測方法

①肥皂水檢漏：向發電機內充入干燥潔凈的空氣，升壓至0.1MPa，就可以對氫系統管路各焊口焊縫、各閥門法蘭連接處、發電機機殼焊縫、端蓋接合面、氫氣冷卻器安裝面、發電機各人孔門、密封瓦座安裝面噴肥皂水檢查，如確認不漏，繼續升壓至5.0MPa，在此過程中不間斷用肥皂水對可能泄漏點進行查漏。

②氟利昂檢漏：先向發電機內充入干燥清潔壓縮空氣，壓力至

0.1MPa，然后充入3kg左右的氟利昂氣體，逐漸充壓縮空氣達到0.5MPa，在此充壓過程中要監視差壓調節伐的自動跟蹤情況，差壓過大會造成發電機靜子內部進油，差壓過小起不了密封作用；在此期間可用鹵素檢測儀檢測發電機端蓋把合面、氫氣冷卻器安裝面、發電機各人孔門、密封瓦座安裝面等處。

③氫氣檢測儀檢漏：當機組運行充氫期間，對可能會泄漏的地方用氫氣檢測儀進行查漏。

2.2 氣密性試驗要求

發電機氣密性試驗要求如下：

（1）整套系統檢漏工作結束；

（2）密封油系統沖洗合格；

（3）油氫差壓調節閥工作正常，調整油氫差壓80～120kPa；

（4）試驗要用經過凈化、除油和干燥處理后的壓縮空氣；

（5）試驗壓力為額定工作壓力（本工地為0.5MPa）；

（6）記錄數據在發電機內部空氣達到要求后開始，并系統內部溫度相對穩定，試驗時間24h；

（7）氣密試驗期間，真空泵不得投用，打開排空閥門即可；

（8）試驗所得漏氫量VGen＜1.5m3/d，則氫系統是可靠的。

2.3 氣密性試驗計算公式

2.3.1 計算公式

式中：VGen——總氣體泄露量m3d；

VG——發電機容量m3；

t——漏氣測試持續時間h；

pe1——漏氣測試開始時系統的標準壓力mbar；

pe2——漏氣測試結束時系統的標準壓力mbar；

pamb1——漏氣測試開始時外部大氣壓力mbar；

pamb2——漏氣測試結束時外部大氣壓力mbar；

T1——漏氣測試開始時發電機內部溫度（平均溫度）℃；

T2——漏氣測試結束時發電機內部溫度（平均溫度）℃。

本工地采用壓力上升法測量氣體經過密封油油箱的控制氣體泄露量VD：

式中：VD——密封油油箱的控制氣體泄露量m3/d；

VT——密封油真空油箱容量m3；

t——漏氣測試持續時間h；

p1——測量開始時密封油油箱的壓力mbar；

p2——測量結束時密封油油箱的壓力mbar；

T——密封油油箱內空氣的溫度℃。

2.3.2 密封油油箱的控制氣體泄露量VD測量方法介紹

本工地采用壓力上升法測量密封油油腔的泄漏量。

在測量時，要保持真空泵處于關閉狀態，真空油泵的旁路閥也應處于關閉狀態。氣初始壓力p1=0bar（相對值），測量時僅需過壓0.1mbar，以此來防止壓力過高，使油位下降過多，油位過低會導致油腔真空空間過大，從而測量值發生錯誤，嚴重會導致液位檢測裝置動作，交流油泵關閉。

3 氣密性試驗計算

3.1 氣密性試驗基本參數

已知：

發電機容量：VG=100m3；

密封油真空油箱容量：VT=2.12m3；

標準溫度：0℃；

標準壓力：1.013kPa=1.013bar；

試驗壓力：0.5MPa。

3.2 氣密性試驗計算過程

（1）發電機內部空氣泄露量

記錄原始數據：2016年5月29日8：00和5月30日8：00；

大氣壓力為欽州市當地大氣壓。

表1 發電機內部空氣泄露量原始數據

由此可知：t=24（h），pe1=4923.58（mbar），pe2=4862.00mbar，T1=34.471（℃），T1=34.330℃，pamb1=1001（mbar），pamb1=1002mbar。

代入公式1得：

（2）密封油油箱的控制氣體泄露量VD

經2016年5月30日上午對密封油真空油箱的控制氣體進行秒表式測量，對其隨機記錄十組數據，如表2。

表2 密封油油箱的控制氣體泄露量VD測量數據

此時密封油的油溫：46℃，并可計算出密封油油箱的控制氣體壓力每上升0.1mbar時所用的平均時間為3.5s，因此：

代入公式2得：

（3）最終漏氣量

將（1）、（2）代入公式 3得：

最終漏氣量=VGen-VD=5.073-4.425=0.648m3/d

由于0.648m3/d＜1.5m3/d，因此氫系統確認是可靠的。

4 結束語

發電機的漏氫是汽輪發電機安裝的一項重要指標，發電機氣密性試驗是檢測發電機漏氫大小的唯一途徑。以上介紹了發電機氣密性試驗的方法和計算，從中可以看出，整套氣密性試驗和發電機內部鐵芯溫度、密封油的溫度、試驗時的大氣壓、密封瓦的結構形式密切相關的，以及空氣與氫氣的溶解率的不同，表明了發電機氣密性試驗在發電機安裝過程中是至關重要的，它可以檢驗發電機本體及氫油水系統管路安裝的質量好壞。

TM311

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1004-7344（2016）23-0069-02

2016-7-26