發電機密封油系統常見故障及解決對策

浙江大唐烏沙山發電有限責任公司 胡正春

為對氫冷發電機進行保護，確保發電機其內部氫氣密封良好不外泄，避免密封油污染發電機內部氣體——氫氣，發電機需要建立起一套完整的密封油系統，保障其安全可靠運轉，而該系統的能力與穩定又取決于密封瓦結構、回油供油等系統的穩定，以下介紹氫冷發電機封油系統常見的故障和對策。

1 發電機密封油系統概述

大多數發電機的密封燃油系統規格都是雙流循環或單流循環的密封燃油系統，而在其中又主要由汽輪機油供油系統、汽輪機回燃油系統、汽輪機最大真空度控制系統、汽輪機壓力均衡控制系統等幾個環節所組成。

供油系統主要由發電機油密封泵、冷卻裝置、差壓閥等裝置構成，顧名思義，其功能是為整個密封油系統供給密封所使用的油液，密封油油液以汽輪機系統中的潤滑油提供，又可靠自身供油系統提供。

密封油系統中的回油系統則是由密封瓦結構主要構成，密封油流經密封瓦之后被其一分為二，即為氫氣側回油和空氣側回油，這樣在密封瓦與發電機軸承之間的空隙就可被封閉起來，避免了氫氣泄露，同時還可以潤滑機械，從而冷卻了密封瓦。在密封瓦中，可分成回油擴展槽、浮子油箱、回油腔室等，當密封油流入回油腔室時，回油擴展槽、浮子油箱這一段壓差回油的過程中，回油是否順滑取決于回油腔室的體積和回油孔的孔徑，體積越大，孔徑越大，其所能造成的密封油位面差就越大，這樣就能以更大的壓差動力推動密封油回流，使其回流過程會更順滑無礙。

發電機的真空系統與壓力平衡體系，則主要是由上文所述的回油擴大槽、浮子油缸以及真空油室、氫油管壓力差裝置等設備所組成封油系統的壓力平衡結構，使封油在進入密封瓦后可以保持密封油沒有雜質并在系統中循環，且能夠保證差壓閥正常工作，為密封油回流提供保障[1]。

2 密封油系統中存在的主要問題分析

2.1 密封瓦進油壓力

發電機密封瓦的進油有時會出現異常，其主要原因就是由于密封瓦氣壓不平衡，進油氣壓產生較大的震蕩或氫油壓差產生較大反差，而密封瓦進油量也會產生較大的撥動，從而造成密封油回流量不平衡，突然增大會使發動機產生進油不平順等問題。從中可以發現，密閉瓦進油的系統能否平穩有賴于水泵與差壓閥門之間能否平穩，因此若是壓差閥出現調節上的問題或者收到異常因素干擾，就會對密封瓦進油的穩定造成影響，從而會影響到發電機的使用性能和狀態。

2.2 密封油回油系統結構設計問題

2.2.1 密封瓦座結構設計不當出現的問題

回油系統密封瓦座結構設計不當時，會造成密封油回油系統回油不順暢，以QFSN-600型發電機為例，該型號發電機的密封瓦底座設計的回油孔是以直孔在界面設置上多個回油孔，再匯流至母管內，形成回流閉環，但是基于該種回油孔的結構，會在密封瓦回油量增加時因密封油在回流量增加時，因向下回流的密封油不能正常向下流動而堵住回油孔，造成密封瓦內腔油液大量匯集問題，出現油孔堵塞從而影響發電機正常進出油。

2.2.2 密封瓦結構設計不當出現的問題

除了密封瓦座結構的設計不當會引起密封油回油系統回油不暢外，密封瓦結構設計不當也會引起發電機密封油回油不暢。根據單流環設計的密閉瓦結構，當密閉瓦環設計為四瓦塊結構時，當發電機在正常運行時，其轉臂會受到密閉瓦與轉軸之間間隙的油液壓力，迫使轉軸方向的密封瓦環隨著發電機轉軸的轉動而偏移，而在密封瓦環的側面又會緊貼著密封瓦殼，這就會使密封瓦塊和殼之間形成摩擦，從而使得密封瓦塊在隨轉臂移動時無法同步移動，即出現密封盲區，這樣會造成密封油泄露，從而影響發電機的正常運轉和安全，這種情況只能等到密封瓦塊重新正常歸位后，平復密封瓦塊和轉軸間的間隙，這樣才能使避免密封瓦泄露密封油。

2.2.3 回油擴大槽設計不當出現的問題

發電機的回油擴大槽設計不當也會引發發電機回油不暢問題。以QFSN-600發電機為例，汽端與勵端翻油擴展槽共用氣浮子油箱，汽端和勵端兩部分會因回油擴大槽氫氣循環時出現油霧而造成壓力失衡，使回油擴大槽出現偏移等情況，基于其共用一個浮子油箱的設計，就會在回油擴大槽內部產生壓力失衡時，氣體壓力高的一側會因壓差問題使另一側的密封油液面上升，當壓力到達一定程度就會沒及密封油母管管口，這樣就會使氫側密封油回油與空側密封油回油不平衡，造成發電機回油系統不順暢。

2.2.4 密封瓦的回油腔室的容積設計不足、腔室過小

密封瓦的回油腔室的容積設計不足、腔室過小時，也會在成回油系統不順暢。為減少發電機轉子長度，會在設計密封瓦時，減少回油腔室容積，從而減少回油腔室與轉軸間的距離，這樣在發電機運轉時，密封油流經密封瓦回油時產生的煙狀或霧狀油液就不能快速凝結液化，隨著整個密封瓦回油腔室內油液的濃度不斷提升，部分油液或煙狀或霧狀，會沿著擋油環向發電機定子擴散，并且在沿途由于溫度降低等因素凝聚吸附在發電機內部及表面，造成發電機回油不暢、漏油等問題。

2.3 密封油系統受干擾或出現異常時的問題

密封油系統容易在供油系統、浮子油箱、浮球閥等區域受到干擾或出現異常。首先在供油系統中，由于密封油的供油壓力受氫制動油壓差閥調整而變動，所以如果壓差閥閥門前后氣壓波動較大，波動次數頻繁而無法控制時，會造成壓差閥會頻繁動作或出現閥門卡澀，難以調節等問題，這樣供油壓力就會不穩定，就無法保障密封油供油系統能正常循環工作，無法保證回油順暢。

其次在浮子油箱運作時，其調節閥會由于浮子油箱內抽出空氣流量，與流入浮子油箱的密封油流量不均衡而出現浮箱內液面異常，當浮子油箱內液面波動，上升或下降，會影響到回油擴大槽和空氣抽出槽，當浮子油箱內液面迅速上漲、回油擴大槽內密封液也跟著增加，影響到密封瓦回油腔室，使腔室內密封油進油量增加，導致溢出的密封油流入發電機內；相反浮子油箱內液面迅速衰減時，會使氫氣從浮子油箱內泄露，導致發電機漏氫，其內部壓力不平衡，無論是發電機漏氫還是漏油，都會影響到發電機功能。而空心浮球則會因上述因素磨損而受損，在其破損后密封油會流入浮球，那么隨著浮球內密封油油量增加，空心浮球的高度就會隨之降低，導致浮球閥閥門開度減小，進而影響浮子油箱進、回油量不平衡，進油量大、回油量小，使浮子油箱內密封油液面持續變高，如此循環下去，在浮子油箱油量溢出后，密封油則會流向發電機，造成密封油系統混亂，發電機出現故障[2]。

3 發電機密封油系統的優化措施和投運流程

3.1 供油系統的優化

針對密封油供油系統的優化，可以從氫油壓差閥和密封瓦環入手。首先，由于氫油壓差調節閥屬于自主式調節裝置，可以根據壓差閥出口管口壓力和回油擴大槽底部壓力，即根據油側壓力和氫側壓力的壓力差而改變壓差閥閥門大小，從而控制密封油進油、出油油量，一旦油側壓力與氫側壓力的壓差波動異常時，可在氫油壓差調節閥引壓管道處設置節流孔以消除壓差波動而造成壓差閥功能異常，當壓差閥出口管腔室快速發生變化時，橡膠隔膜能夠迅速應對壓力變化而隨著壓力變化移動，使閥桿跟著移動至低壓側，如此反復至內部壓差平衡，這期間，壓差閥功能就會受到影響，在增設節流孔后，壓差閥出口的管口壓力會因此受到阻尼振蕩的效益使壓力波動不外擴，從而達到穩定調節閥，減少壓差波動對壓差閥閥位干擾的目的。

其次，在設計優化的單流環或四瓦塊式密封瓦時，基于其繞轉子會產生的間隙不平衡，也可以選用整圈都穩定的密封瓦環，本設計主要是將密封瓦環與轉子結合面固定，形成一個整體。結合研究發現，在確定密封瓦的氫油壓差、密封瓦長度、密封瓦環內徑與外徑等結構參數后，密封瓦的泄油量就僅與密封瓦的間隙正相關，因此當運行時發電機轉軸跳動時，隨著四瓦塊結構密封瓦的間隙增大，密封瓦泄油量也會不斷變大，因此在以上結構參數符合標準的情況下，只需要保證密封瓦的間隙不會隨著發電機轉軸跳動而變大即可，于是設計并采用出了一種整圈固定的密封瓦環結構，這樣就能確保密封瓦環與轉軸間的間隙不變，保證密封油穩定回流。

3.2 回油系統的優化

3.2.1 密封瓦回油腔室優化

針對密封油回油系統所出現的常見問題，本文做出針對性優化措施。

為了減少因密封瓦氫側回油腔室容積不足而導致的密封瓦回油量異常，腔室液面上漲，最終溢進發電機，造成故障的現象，其本質原因是氫側回油腔室容積不足，所以擴大氫側回油腔室容積，合理改善密封瓦回油腔室周圍布局就能解決此問題；為了減少因密封瓦底部或回油槽結構設計不當造成回油系統回油不順暢的氣堵現象，線將回油口設計成帶有坡度等增加回油孔延續和伸展面積的結構，保證回油腔室底座回油孔面積大于回油母管截面積，保證密封油回流順暢。

3.2.2 回油擴大槽、浮子油箱優化

為避免因回油擴大槽汽端和勵端兩端口，因氫氣循環而出現壓力差造成回油擴大槽偏移，從而造成因出現壓差而導致氫側密封油回油與空側密封油回油不平衡，從而造成發電機回油系統不順暢的現象，現將高位回油油管管口設計成鋸齒不規則狀結構，如此可將回流的密封液分流，以緩解在回流擴大槽液面上升時因壓力不平衡而密封油堵住回燃料管嘴的問題，并且還將分別對汽端勵端與回油擴大槽設有浮子油箱，這樣可從根本上解決因氫氣循環連通造成汽、勵兩段氣壓不均衡而產生的發電機進油現象，即將汽端和勵端設計為兩個獨立的回油系統，而增設浮子油箱，可以保證回油擴大槽聯通管道的分隔，汽端和勵端均單獨回油，不相互影響；為防止在花車油箱中浮球閥因氣、油流速不同而造成的花車油箱液面異常，從而造成汽車漏氫和發動機進油的情況，可將浮球閥設計成懸擺式的實心浮球閥，而為了保證浮球在受損時也能提供充足的福利以保障浮球閥的正常功能，可以將浮球設計為內部填充如泡沫等材料的實心浮球，此外若將浮球閥設計成自帶滾動軸承的款式，則可以大大增加浮球閥功能的穩定性。

3.3 密封油系統投入運作前測試操作流程

一是在現場檢測及密封油系統的保養工作完畢后，立即拆除安全防護，在結束工作票期后，檢驗密封油各系統、各設備有無異常，再檢驗密封油油泵絕緣有無異常。二是如果所進行的封油系統檢測規模不大，且系統仍未放油，則不要求對系統再進行抽注密封油，而是直接檢測密封的油貯油箱、真空油箱和氫側油箱等油位是否符合規范。三是通過對照密閉燃油管理系統內的檢測卡，將密閉燃油管理系統內各閥狀態調至開啟值后，在密封油系統開始運行前務必保證發動機內無壓力差，不然將會造成啟動后的氫側油箱內回油道不通暢，進而影響發動機正常進油量，當發動機內的氣壓差值增大至50kPa以上且氫側油箱油位正常可見后，適時關閉密封油氫側油箱浮球閥閥門。四是開啟密封油排煙風機，觀察其正常工作后，即啟備用連鎖。五是檢查密封油真空泵，確保潤滑油位正常，并關閉密封油真空泵的進口電動門系統和旁路自動門系統，同時開啟密封油真空泵氣鎮閥。六是首先開啟密封油真空泵，待其正常工作較長時間后再關閉氣鎮閥，然后打開密封油真空泵進口手動閥門，以控制真空泵進口的壓力標準偏差，此動作需要保證其與負壓標準的偏差平穩變化，不然將引起真空油箱油位變化，密封油油泵必停機。七是啟動油泵，檢查密封油系統中有無滲漏，油氫差壓閥動作是否正常，各油箱油位是否正常。如果發現發電機內氣體壓力過高，則必須對密封油泵進行連鎖測試。八是對密封油裝置進行注油、注水排氣，對其停機后放油，啟用時按操作票注油操作。

發電機作為能量轉換的重要裝置，其安全穩定性與能量轉換的效率有著非常密切的關系。而發電機密封油系統作為當前發電機重要的輔助系統之一，在運行過程中所發生的進油以及漏氫等問題也是當前密封油系統中較為普遍的問題。在發電廠實際工作的過程中，要針對運行的各種狀況及其出現的實際故障，對其采用不同的對策措施，確保密封油系統的順利工作。在整個發電廠的工作流程中，要提高對密閉油系統系統管理工作的注重程度，嚴格地管理運行中每一環節，使之保持良好的工作水平。