QFSN-600-2-22汽輪發電機漏氫問題處理

丁 維

（東方電氣集團東方電機有限公司，四川德陽 618025）

0 引言

汽輪發電機運行過程中，為了確保汽輪發電機可以持續保持高出力的運行狀態，大部分汽輪發電機均使用水、氫、氫的冷卻方式來對電機本體進行冷卻，取得非常好的冷卻效果。但在采用這種方式進行冷卻的過程中，如果發電機內出現漏氫，勢必會導致出力下降，甚至會影響發電機組的正常運行，影響電廠的經濟效益。所以，做好汽輪發電機漏氫問題的分析工作，對漏點進行妥善處理是保證電廠正常運行的一項重要工作。

1 案例

QFSN-600—2-22型三相同步發電機，發電機的額定容量667 MV·A，額定功率600 MW，額定功率因數為0.9，額定電壓22 kV，最大連續輸出功率679.4 MW，發電機使用水-氫-氫的方式進行冷卻，最大容量755 MV·A。采用軸向和徑向氣隙隔板，可以使氣體劃分到不同的冷熱區域，從而在一定程度上對冷熱風的混合造成遏止，保證溫度可以均勻分布到轉子軸向周圍。使用閉門式氫氣循環系統作為發電機氫冷系統，氫氣每天的設計泄漏量為10 m3。氫氣冷卻器劃分成4組，使用繞片式結構，利用2個閥門線路控制兩側氫氣冷卻器冷卻水流量，采用對稱布置的方法布置氫氣冷卻器進出水管路，通過對水量進行調節，使冷氫氣的溫度保持在（40～46）℃，發電機的兩端分別布置了密封瓦，發電機結構見圖1所示。1#汽輪發電機在運行過程中出現漏氫問題，最大時達30 m3/d，出現真空油箱油位低、直流密封油泵聯啟現象。

圖1 發電機結構

2 汽輪發電機漏氫原因分析

通常情況下，汽輪發電機漏氫主要是由發電機本體漏氫和密封油、定冷水系統漏氫2方面原因所致。其中發電機本體漏氫指的是機座和端蓋結合面由于密封不到位造成漏氫、轉子部分長期運行使密封膠圈老化造成漏氫、氫氣冷卻器上下法蘭和機殼結合處銀橡膠墊腐蝕出現破裂造成漏氫[1]。密封油系統漏氫主要指密封瓦座和端蓋垂直結合面密封墊受力不均勻、錯口不平造成的漏氫、壓差閥或平衡閥調節性能差造成的漏氫等。結合電廠實際情況，對汽輪發電機漏氫問題進行分析后發現，汽輪發電機漏氫主要有5個方面的原因。

（1）由于1#發電機很長時間內冷水，銅離子嚴重超標。據此初步分析發電機中絕緣水管和“煙斗”焊接位置出現了漏點或者發電機中筒導線受到了嚴重的腐蝕。

（2）發電機絕緣引水管和定子線圈冷卻水進（回）水集環管之間的連接接頭松動，導致出現滲漏。

（3）定子線圈進水集管排污管穿發電機氣側墊圈出現破損，并且發電機絕緣引水管持續嚴重泄漏。

（4）利用自動漏氫巡檢儀將封閉母線中的壓縮空氣倒流到冷水箱，空氣為水箱中的起壓介質，機內氫氣有可能會漏入到封閉母線，然后再流入到水箱中，此外，發電機中有可能還存在一些很大的外漏點。

（5）水介質和氫氣有連通的情況存在。由于采用波紋筒式氫/水差壓開關感應件，差壓值非常大，運行過程中很容易出現破損情況，由于定子線圈的進水壓力＜機內氫壓，壓差在（70～90）kPa，定子冷水系統中會進入氫氣。拆除自動漏氫檢測儀和定子冷水箱軟管后，發現氣流主要是從定子冷水箱漏出，對氣體進行測定后證明為氫氣。隔離氫/水壓開關、持續觀測4 h后發現，氫壓力下降速度明顯降低。在沒有隔離之前氫氣壓下降速度為0.7 kPa/h，隔離后氫氣壓的下降速度為0.1 kPa/h。但是這不是導致發電機內出現漏氫的主要因素，進一步觀測后發現，導致氫氣壓下降速度降低的主要因素是由于氫氣溫度升高后，在一定程度上抑制了氫氣壓的下降[2]。

3 發電機檢修

（1）對發電機汽、勵端密封瓦之間的間隙進行檢測，發現勵磁段空側位置瓦間隙嚴重超標，立即對其進行更換。進一步檢查后發現，汽端轉子位置有輕微磨損，導致密封瓦部分間隙超標，但是最小間隙依然在規定范圍內。

（2）拆卸下發電機上4個氫冷卻器進行進一步檢修，對內部進行清理，并更了換水密封墊，回裝后進行壓力試驗，試驗壓力為0.8 MPa，持續時間4 h。

（3）檢查處理氫氣系統中原有的漏點，更換發電機氣端氫側回油管。

（4）對主機潤滑油進行濾油，然后實施24 h發電機風壓試驗。試驗過程中，模擬發電機運行狀態，調試好密封油系統后，向密封瓦內正常供油，油質達到了標準。投入發電機定子冷卻水系統后，將冷卻水溫度控制在穩定狀態下，為了避免發電機內部出現結露情況，需要在水側投入氫氣冷卻器水，試驗采用經過凈化干燥處理的空氣作為試驗氣體，為了保證結果的準確性，將發電機中氫氣冷卻出風口冷風網溫度和氫氣冷卻器進口熱風溫度控制在規定的平均值范圍內[3]。

4 漏點處理措施

（1）利用氫氣側漏儀器對現場進行檢查后發現，氫氣冷卻器下部密封點出現泄漏，安排專人對螺栓進行了緊固。在進行負荷升降過程中，注意對氫氣冷卻水流量進行調整，并將氫器溫度控制在（40～46）℃。重新檢測后沒有再次出現氫氣滲漏情況，但依然沒有達到規定要求。

（2）安排工作人員定期對排氫口氫氣的純度進行測定，發現純度＞70%，并且漏氫量比較大時，需要調節密封油系統的油氫差壓，將差壓從原來的56 kPa調整到70 kPa。

（3）進一步檢查后發現，密封油真空油箱中存在泡沫，對主機潤滑油進行化驗，潤滑油油質符合規定要求。考慮到泡沫會導致真空油箱油位下降且影響密封油泵順利打油，并使直流密封油泵聯合啟動，造成密封油壓力波動過大。將真空油箱中的真空度從原來的-98 kPa降至-91 kPa，提升了密封油壓力的穩定性。

（4）為了避免油氫差壓值產生過大的波動，在DCS（Decentralization Control System，分散控制系統）中接入氫差壓變送器，實時對密封油系統進行監控。采用這種方式后，顯著降低了發電機氫氣泄漏量。對運行數據實際監測后發現，發電機每晝夜氫氣的平均泄漏量為8.6 m3，達到了規定要求[4-5]。

5 結束語

在QFSN-600-2-22型汽輪發電機運行過程中，引起氫氣泄漏的因素比較多，歸納起來主要有2種，一種是氫氣泄漏到發電機封閉母線外殼中和油水系統中，另一種是氫氣泄漏到大氣中。前者氫氣滲漏不易察覺，漏點位置不明確，對漏點進行檢查和處理時相對比較復雜。例如氫氣有可能會從定子線圈漏到定子冷卻水系統中、氫氣可以從密封瓦漏入到密封油系統中。后者常見的漏氫點主要包括氫氣管理系統滲漏、出線罩泄漏、發電機端蓋泄漏、測溫元件接線柱板泄漏等，這種類型的泄漏可以利用相應的滲漏檢測方法將漏點找出來，然后解決氫氣滲漏問題。

在實際檢修過程中，需要嚴格控制轉子的嚴密性和定子繞組水路，密封油系統差壓閥要求可靠、靈活、準確。在發電機運行過程中要對油溫進行密切監視，使發電機中氫壓力和密封油壓之間的壓力差可以保持在設計范圍內。提高密封油的清潔度，防止因為密封瓦磨損后間隙的變大，進而導致氫氣的泄漏量變大。在發電機長期運行過程中，水接頭和線棒焊接位置有可能會出現滲漏、氫氣冷卻水側也有可能會出現泄漏，這均會使氫氣的泄漏量增加，嚴重時會引發安全事故，因此需要嚴格防范發電機氫氣的泄漏。一旦發現有氫氣泄漏的情況立即進行處理。