西屋發電機定冷水系統排氣管漏氫分析及處理

吳守銀

摘 要：該文著重介紹西屋公司600 MW汽輪發電機定子線圈冷卻水系統排氣管漏氫的部位、原因分析及其創新處理方法，供同類機組發生同類故障時參考；同時，也為發電機制造廠提供工藝方面的修正方案，防止同類型新發電機再發生同樣的問題，為新增用戶機組的安全、經濟運行提供技術保障。

關鍵詞：汽輪發電機；排氣管；漏氫；固定方式；創新處理

中圖分類號：TM62 文獻標志碼：A

0 引言

揚州第二發電廠有2臺美國西屋公司制造的600 MW燃煤汽輪發電機，其冷卻方式是水、氫、氫冷卻方式（即：定子繞組水冷，定子鐵芯、轉子繞組為氫氣冷卻方式），這2臺發電機自從1998年安裝投運后，發電機機內定子線圈冷卻水回路上的排氣管在運行中先后發生過4次泄漏故障。

故障時，電廠采取了對故障點臨時補焊的方法，雖然應了急，但未能從根本上解決問題。

1 定子線圈冷卻水系統排氣管的作用

工廠制造時，將排氣管設置在發電機機內汽、勵兩側匯水總管的頂部之間，并引至定冷水箱處。

該排氣管的作用是：在發電機定子線圈冷卻水系統內注滿水后，需要通過該排氣管將發電機定子線圈冷卻水系統內殘余的氣體（主要是空氣）排除干凈。

2 排氣管歷次泄漏情況及其臨時處理方法

揚州第二發電廠#1、#2發電機自從安裝投運后，定子線圈冷卻水系統的排氣管先后發生過4次泄漏故障，具體故障及其臨時處理情況如下。

2001年7月8日，#1發電機運行中漏氫量突增，機內氫壓每小時跌7 kPa，日漏氫量達110 m3；同時，定子冷卻水箱上的壓力保護裝置安全閥動作并向空排氫氣。緊急停機后，對漏點進行了補焊處理。

2008年8月16日，#2發電機運行中漏氫大，氫壓每小時跌6 kPa，日漏氫量有100 m3；同時，定子冷卻水箱壓力保護裝置安全閥動作并向空排氣。緊急停機后，對漏點進行了補焊處理。

2013年5月29日，#2發電機在大修期間通水時，發現#2發電機內部定子冷卻水系統排氣管滴水，滴水點位于發電機勵側端部線棒的正上方。隨后，對漏點進行了補焊處理。

2013年7月30日，在運行中發現#2發電機定冷水箱內氣壓上升較快，運行人員每班排氣量增加了1倍（正常運行時，每個班排氣1次）。由于發電機整體日漏氫量≤5 m3/D，在標準范圍內（標準為≤13.45 m3/D），因此，觀察運行，未立即停機處理。

3 發電機機內定子冷卻水回路頂部排氣管泄漏的原因分析

3.1 排氣管泄漏點部位

揚州第二發電廠#1、#2發電機機內排氣管歷次故障點部位相同：均在靠近勵側匯水總管的第一個固定的焊點處（該焊點離匯水總管約1.5 m）。

3.2 排氣管在機內原有固定方式

在工廠制造時，發電機機內兩側匯水總管間的排氣管與定子鐵芯上的排氣管固定支架之間采用點焊方式固定，每臺發電機機內排氣管子上共有10個固定焊點。

3.3 發電機機內定子線圈冷卻水回路頂部排氣管泄漏原因分析

3.3.1 直接原因

工廠設計不當，導致排氣管與其在機內固定支架間采用點焊固定的設計方式錯誤。出現故障時，對故障點的補焊方法只能應急，未能從根本上解決問題。

3.3.2 間接原因

正常運行時，發電機機內定子冷卻水流方向是：勵側→汽側。排氣管在水流的作用下，使排氣管產生各個方向的振動（顫動或扭動）應力；在振動應力的作用下，導致故障焊點處的排氣管壁被撕裂并出現了裂縫。

3.3.3 現象分析

機組運行時，由于發電機機內氫壓（500 kPA左右）大于水壓（370 kPA左右），當氣體從裂縫中進入定子線圈冷卻水系統后，會使定子冷卻水箱內的氫氣壓力升速加大，定子冷卻水箱每天的排氫次數也會增多；同時，也會使發電機氫系統的整體漏氫量變大。

在發電機檢修或停運時，如果排氣管內的水壓大于管外的氣壓，定子線圈冷卻水則會從排氣管的裂縫處滲出，并滴落在發電機定子繞組端部或鐵芯的表面，如果發現或處理不及時，會發生定子繞組主絕緣損壞或鐵芯片間短路燒壞事故，嚴重時，會使發電機燒毀。

4 徹底消除排氣管上泄漏點的方法

4.1 排氣管固定方式的創新處理

（1）對發電機內部原排氣管進行整體更換處理。

（2）保留原排氣管在鐵芯上的固定支架。

（3）截出機內原排氣管，換上與原管子材質、尺寸一致的新排氣管，保證新排氣管內通過的定子冷卻水流量不變。

（4）在新排氣管外套上小保護管（每段保護管長度為10 cm、保護管與新排氣管外壁間留有2 mm～3 mm間隙）。

（5）當新排氣管安裝就位后，在新排氣管固定支架處，將保護管與新排氣管間的間隙用帶環氧樹脂的濕玻璃絲帶包好并填滿，使排氣管與固定支架之間為柔性接觸（這個是關鍵）。

（6）待小保護管與新排氣管之間的間隙內的環氧樹脂干涸后，再在小保護管與固定支架間用點焊方式進行固定處理。處理后的狀態如圖1所示。

4.2 現場處理時需要注意的幾個問題

（1）截斷舊排氣管時，要防止鐵屑進入剩余排氣管內、堵塞定子線棒內冷卻水管路。

（2）新排氣管與剩余排氣管對接前，須將新管子用壓縮空氣吹干凈，管接口也需要清理干凈。

（3）新排氣管與剩余排氣管接口的對焊方式是：采用氬弧焊方式。

（4）新排氣管更換后，需要對定子冷卻水回路做氣密試驗并查漏，確保排氣管整體無泄漏。

5 排氣管固定方式的改進及其運行效果

5.1 現場實施情況

在2014年5月在#2機組C級檢修和2015年2月#1機組C級檢修期間，電廠采用上述方法，分別對#1、#2發電機機內排氣管進行了整體更換并對其固定方法進行了創新處理。

5.2 實施后的效果

自從#1、#2發電機機內排氣管進行整體更換并對其固定方法進行創新處理后，發電機的漏氫量極其穩定，機內氫氣壓力未出現過突變現象。

6 結論

上述對排氣管在機內固定工藝方式的創新處理，不僅在理論上是可行的，而且實踐也證明其是正確的，因此，值得在同類型發電機上進行推廣和應用。

參考文獻

[1]Westinghouse Electric Corporation.Westinghouse Instruction Book（Hydrogen Inner-Cooler Generators）[M].Orlando，Power Generation Business Unit，March，1997.