9FA联合循环机组发电机漏氢原因分析及处理

詹金援

(中山嘉明电力有限公司，广东 中山 528449)

0 引言

用氢气作为发电机内冷却气体，可以降低发电机的通风损耗及转子表面与气体摩擦损耗，可以改善绝缘内间隙及其他间隙的导热能力，增强传热效果；同时，与空气相比，氢气作为发电机的传热介质，可大大减少电晕(邻近高压导电体表面的微弱辉光)引起的电枢绝缘变差现象，能够延长绝缘材料寿命。

氢气作为冷却介质，具有密度小、导热性能强、可保持机内清洁和故障率低等优点，因此在现代大容量发电机组中已广泛使用。氢气虽是良好的传热介质，但氢气的易爆性对其密封系统提出了严格要求，需保证电机运行性能良好和避免发生爆炸事故。

1 9FA机组发电机氢气密封系统概况

某电厂#3，#4机组(S109FA机组)发电机为390H型氢冷发电机，是哈尔滨电机厂有限责任公司制造的全氢气冷却三相隐极式同步发电机，其总体结构为密封式，机座内的氢气通过装在转子上的2个旋浆式风扇驱动循环，把来自转子和定子的热量输送到定子机座两端的4台气-水换热器进行冷却。

#3，#4发电机氢气密封装置的密封油来自汽轮机润滑油系统，分别进入发电机汽轮机侧和集电环侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向氢气侧和空气侧，建立起密封瓦与轴颈之间的油膜，起到密封、润滑和冷却的作用，然后分成两路回油，一路流向密封瓦的氢气侧，一路流向密封瓦的空气侧。流向机内的密封油回到氢侧回油扩容箱；流向机外的密封瓦空气侧回油与#7，#8轴承润滑油回油混在一起，进入轴承箱后汇流入6.45 m处的润滑油隔氢箱进一步除氢后回到主油箱。

在结构装配上，集电环侧和汽轮机侧的密封瓦均由氢气侧和空气侧两部分组成，为便于拆装，密封瓦分为上、下两半环，装配在发电机端盖内腔中的轴承密封座内，拧紧上、下两半环密封瓦连接螺栓后径向和轴向均用弹簧箍紧，而密封瓦座上、下均设有定位销，以防止密封瓦切向转动，但可让密封瓦随转子轴颈上下浮动。从氢气差压装置来的压力密封油(压力高于发电机内的氢气压力0.054 MPa左右)，经密封座与密封瓦之间的油腔，流入密封瓦与转轴之间的间隙，沿径向形成油膜，隔绝了氢气侧的氢气，防止氢气向空气侧泄漏。但为了维持H2约98%的纯度，允许少量H2持续地从2个(汽端、励端和集电流器端)密封排油扩容箱释放出去并排入大气。

2 发电机漏氢过大缺陷概述

#3，#4机组自建成投运以来，一直存在漏氢量过大的问题(从隔氢箱排空管出口可检测出过量氢气)，每天补氢量30～40 m3(名义工况，下同)，期间经过几次小修，均没有彻底消除这一影响机组安全运行的缺陷。尤其是2013年9月，#3机组在停机后盘车状态出现发电机氢气压力大幅下降现象，氢压从01：00的311 kPa，下降到07:00的199 kPa，仅仅相隔6 h，氢气泄漏约88 t。现场检查发现发电机转子两端轴承箱有油烟冒出，就地检测#7，#8轴承油挡处危险气体浓度为100%爆炸下限。经过应急处理后，发电机漏氢量约30 m3/d，发电机各监测点温度均在合格范围内，勉强能够维持机组运行。

3 漏氢原因分析

3.1 密封油管道系统设备故障

密封油系统主要由发电机密封油控制单元、氢气分离器、密封油浮子油箱及浮子阀、辅助氢气分离器及氢气分离器油水探测器等组成，其密封油压的稳定性由差压控制阀维持。如果浮子油箱浮球阀出现卡涩故障而不能灵活调节开度，就会造成浮子油箱的油位过低，从而使浮子油箱至循环密封油箱的“U形油封段”遭到破坏，导致氢气通过浮子油箱直接通过循环油箱进入润滑油系统(主油箱排烟风机出口处可检测到过量氢气)。另外，如果差压控制阀出现故障而造成油氢差压过低，也会导致密封油压力富余量不足而无法将氢气封闭在发电机内，从而出现氢气泄漏现象。

3.2 密封瓦乌金、轴颈表面磨损，动静间隙过大造成动压油膜形成不佳

密封瓦与轴颈的动静间隙受制于油氢差压等级和油膜形成条件，9FA机组的密封瓦与轴颈的动静间隙为：空侧径向总间隙为0.22～0.40 mm，氢侧径向总间隙为0.10～0.27 mm，相应的油氢差压范围为(0.055±0.020) MPa。因#3，#4机组密封油的油氢压差均已调到0.054 MPa，若密封瓦乌金与轴颈表面磨损，造成动静间隙成倍增大，势必降低密封油对氢气的密封能力。另外，磨损后粗糙的表面也不利于动态油膜形成后的稳定性，进一步影响密封油对氢气的密封效果。

3.3 密封瓦座与电机端盖结合面密封油路不畅或螺栓紧力不足

密封瓦座安装问题往往被检修维护人员忽视，但其安装不当极易引起氢气泄漏缺陷。密封瓦座与发电机端盖之间的密封油槽，若在安装过程中被涂胶或异物堵塞，则会造成结合面缺乏密封油的隔绝屏障而导致氢气外泄。若密封瓦座的紧固螺栓紧力不足出现间隙，发电机内部的氢气也会通过结合面往外泄漏。

3.4 发电机端盖及氢气系统管道泄漏

(1)发电机端盖靠螺栓固定，若螺栓紧力不足或端盖注胶密封欠佳，均会造成发电机内氢气沿着端盖法兰面向外泄漏。

(2)氢气系统管道法兰、阀门及发电机本体各孔盖的法兰面严密与否，与氢气泄漏与否紧密相关。

3.5 发电机氢-水冷却器泄漏

发电机正常运行时额定氢压是0.414 MPa，氢冷器的供水压力一般控制在0.380 MPa以下。正常工作时，氢气的压力是大于冷却水压的，当氢-水交换器内换热管出现漏点时，氢气会泄漏至闭式水系统而造成发电机内氢压下降。

4 处理措施

针对#3，#4机组漏氢量大的问题，利用2台机组的大修机会，对发电机密封系统的各个薄弱环节进行了处理。

4.1 密封油管道系统问题

对密封油控制单元、氢气分离器、密封油浮子油箱及浮子阀、辅助氢气分离器、绝缘过热监测装置及氢气分离器油水探测器进行认真检查，并对相关密封件进行更换。

4.2 密封瓦问题

密封瓦已出现较为严重的磨损现象，动静间隙超标，做更换处理。新密封瓦与发电机转子轴颈动静间隙调整为：空侧径向总间隙为0.26 mm，氢侧径向总间隙为0.12 mm。

4.3 密封瓦座问题

密封瓦座与发电机端盖装配问题是重点，也是极易被疏忽的问题，#3，#4机组发电机氢漏点就在此部位(此次修前发电机充压查漏证实此处为泄漏点)，前几次小修因为没有彻底解体检查此部位，当时虽然更换了密封瓦并进行轴颈抛光处理，但漏氢量仍然大大超标。为了彻底解决漏氢难题，对密封瓦座法兰结合面进行检测校正，基于发电机端盖没法上机床检测校正，为了降低其法兰密封面不平行度对密封效果的影响，在装配时适当在端盖法兰内外缘涂上薄薄一层专用密封胶，涂胶时切忌堵塞密封油槽，保持密封油槽的畅通，让密封油充满油槽加强密封瓦座的密封效果。

4.4 发电机端盖及氢气系统管道问题

检查清理发电机端盖密封槽，组装时对端盖进行充分注胶，防止部分密封槽出现密封胶量不足的缺陷。对氢气系统管道进行加压查漏，消除“绝缘过热监测设备”等处的漏点。

4.5 发电机转子轴颈(密封瓦处)问题

#3机组发电机转子轴颈(密封瓦处)进行微弧冷焊处理，#4机组发电机转子轴颈(密封瓦处)进行抛光处理，修后标准：轴颈椭圆度、锥度及同轴度不大于0.015 mm，粗糙度Ra不大于1.6 μm。

5 处理效果

经上述处理后，进行发电机气密封性试验。发电机充压(干燥的仪用空气)至0.414 MPa，关闭所有与发电机关联的阀门，24 h后压力降到0.412 MPa，达到优秀水平。正式启机运行，时至今日，2台机组已运行3～5个月，其漏氢量稳定在8 m3/d以下，效果理想。

6 结束语

发电机系统相对庞杂，氢油系统涉及的设备也比较多，无论充氢管道、阀门、监测仪器等哪个环节出现漏点，都会导致发电机氢压下降，但这些外部管道系统容易在线查漏，处理起来比较简单；而发电机汽端与励端的密封组件在轴承箱内，位置隐蔽且又是氢气泄漏的薄弱环节，处理起来相对棘手，因此检修装配过程务必细心谨慎，杜绝安装质量造成的漏氢缺陷。

参考文献：

[1]刘国洪.400 MW全氢冷发电机漏氢原因分析及处理[J].华电技术,2008，30(10):51-53.

[2]肖丽峥，刘晓军.发电机空侧密封油油压下降原因分析及对策[J].华电技术,2013，35(5):60-61.

[3]王玉炯，刘熹.600 MW氢冷发电机定子线圈漏点查找及处理[J].华电技术，2013，35 (4): 8-9.