发电机密封油系统故障及氢气纯度异常分析

温冠峰（山东核电有限公司,山东 烟台 265116）

发电机密封油系统故障及氢气纯度异常分析

温冠峰
（山东核电有限公司,山东 烟台 265116）

本文介绍了海阳核电汽轮发电机组双流环密封油系统工作原理，并对密封油系统常见的故障及氢气纯度异常原因进行了分析，进而提出了防止发电机进油及氢气纯度降低的治理措施及改造意见。

密封油；平衡阀；差压阀；消泡箱；纯度

1 前言

海阳核电汽轮发电机转子采用氢冷方式，并配置了密封油系统，除了对密封瓦进行润滑外，主要有两个功能：一是在发电机轴端对氢气进行密封，防止氢气从发电机膛内逸出；二是防止空气或湿气进入发电机内部，保证发电机膛内氢气纯度在一个较高的值，避免威胁发电机绝缘。

2 海阳核电双流环密封油系统功能及工作原理

海阳核电汽轮发电机采用双流环的密封油系统，与主汽轮发电机润滑油系统使用相同油质，所谓双流环是指密封瓦的氢侧与空侧各自形成独立循环空侧和氢侧油路，通过平衡阀的控制使两路油压维持均衡，限制两路油互相串流，从而达到减少氢气泄露与维持氢气纯度的目的。油与空气，油与氢气之间的隔绝是采用两道迷宫式油档来实现的。

海阳核电发电机密封油系统如图1所示。

图1 氢气密封油系统简图

如果密封环处空侧油压高于氢侧油压，空侧密封油会进入氢侧密封油回路。通过氢侧回油箱调节油量，将过量的油被排到空侧回路。如果密封环处氢侧油压高于空侧油压，氢侧密封油进入空侧回路，氢侧回路中减少的密封油可由真空处理单元向氢侧回油调节箱进行补充，同时真空箱内除去油中夹带的空气和氢气，通过这种方法可以使发电机氢气纯度保持在98%以上。

密封油真空处理单元接收来自空侧密封油系统的密封油，并向氢侧回油调节箱供应经真空处理的加压油。即使处理单元不可用，发电机仍可以继续运行，当氢侧需要补油时，将真空处理单元旁通，由空侧密封油泵直接向氢侧回油调节箱补油。这会导致密封油中气体含量增加。

真空箱通过浮子调节阀接收来自空侧密封油泵的排油。在真空箱中，夹带在密封油中的气体被抽出，通过真空泵排到大气中。真空箱配有喷嘴能有效分离油中气体。真空泵保持真空箱压力在-95kPag左右。真空泵配有一台油分离器，用于密封、润滑真空泵，并能排放收集的水。供油泵吸入口接自真空箱，出口排放到氢侧回油调节箱。因为泵的流量大于氢侧回油调节箱所要求的流量，所以大部分油通过油压调节阀重新回到真空箱喷嘴。压力调节阀保持供油泵出口压力维持在0.95Mpa。空侧密封油泵向真空箱的供油压力是0.670Mpa，这样供油泵的油压将会使真空箱旁路管线上的止回阀回座，防止真空箱被旁路。

为了尽量减小密封环和密封座间的摩擦，以便在发电机运行时保持密封环和大轴同心，海阳核电密封油系统设置了轴封浮油泵，向密封环和密封座的外侧间隙供油，用高油压托起密封环，形成油膜以减少摩擦。当发电机升至额定转速且氢压超过0.2Mpa时,只要密封环不影响大轴振动就可以停运浮油泵，但通常浮油泵是处于连续运行状态。

3 发电机进油主要原因分析及处理

3.1 发电机进油的原因

发电机可能进油的原因，一是空侧或氢侧密封油压过高，经轴瓦串入发电机内部，另一途径是氢气逸出箱油位过高，密封油满溢后经过迷宫式油挡直接进入发电机内部，密封油压过高可以通过平衡阀及差压阀进行调节，而氢气逸出箱油位过高或过低，则主要由于轴瓦进、回油量不平衡造成。

3.2 防止发电机进油的措施

3.2.1 加强密封油系统检查及各项参数监视。

用于发电机是否进油或其他液体的装置主要有两个一是氢气逸出箱液位开关，二个是发电机最低位安装的浮子式液位计。另外，氢侧密封油箱液位也可作为防止发电机进油的超前监视手段。

当消泡箱液位较高时，发出报警，提醒运行人员发电机有进油风险，说明此时密封油自动调节失灵，需要手动打开氢侧回油箱的排油阀，强制排油。

若密封油或者定冷水进入发电机内，发电机本体浮子液位计作为检漏装置，会发出高液位报警，通过就地打开排污阀的方法确认是进油还是进水，并排除液位开关故障后，结合其他参数判断如定冷水箱水位，补水频率，主机润滑油箱油位等参数综合判断，如果漏量较大则停机处理。

3.2.2 控制发电机进行气体置换速度

如果气体置换过程中压力变化太快，则密封油差压阀或平衡阀调节跟踪不良，使得发电机进油可能性增加，尤其是排氢时不能过快，长时间保持稳定氢压，差压阀及平衡阀容易卡涩，在排氢过程中，应缓慢降低氢气压力，使得差压阀逐渐开大，平衡阀应逐渐关小，保证进回油量平衡。

3.2.3 对目前海阳核电密封油系统设计进行改造

发电机膛内压力较低时，氢侧油箱排油较为困难，造成邮箱油位升高，这是一个普遍存在的问题。这是由于氢侧回油箱油位升高后，自动排油阀开启，依靠氢侧密封油箱与空侧密封油泵入口差压进行排油，那么在氢压较低情况下，这个差压很小，造成排油不畅。

改造方案是在氢侧密封油母管加装一条回油管路至空侧油泵入口，并在此管路上安装一个手动截止阀，在氢压较低时，依靠氢侧密封油泵的压力将氢侧密封油打回空侧，在氢压下降过程中，通过控制此截止阀开度，不断改变空侧和氢侧油量分配，控制氢侧油箱油位。目前很多机组都进行了此项改造，对防止发电机进油效果良好。

4 发电机氢气纯度下降原因分析

4.1 密封油含水超标

正常运行中，密封油和主机润滑油的回油是在一起的。如果轴封压力异常或者轴封带水，会引起汽轮机润滑油中含水超标，同样会引起密封油系统含水超标。密封油中带水在密封瓦处蒸发形成蒸汽，进入发电机，使氢气纯度下降，湿度增加。

4.2 平衡阀调节异常，空、氢侧密封油串流

正常运行中，平衡阀保持氢侧高于空侧490Pa左右，保证空、氢侧油压平衡，而一旦平衡被打破，则造成空、氢侧互相串流。造成平衡阀动作异常的原因主要有两个，一是平衡阀活塞油路中有杂质，造成活塞阻力增大动作异常。二是平衡阀调节信号测量误差。差压阀调节信号有取自空侧密封油压和氢压，空侧油压引压管取自密封瓦上的空侧密封油进油处，氢气压力信号由消泡箱底部引压管引出。平衡阀的调节信号由两个：空侧密封油压和氢侧密封油压，其中空侧与上面取自同一测点，氢侧密封油压取自密封瓦上的氢侧密封油进油处的压力。从发电机密封瓦到调节阀，距离较长且有多处弯管，信号管阻力也不同，造成测量误差，加上信号管径比较细，油质不合格、取压管含气等原因使得差压阀、平衡阀工作不正常。

4.3 密封瓦与发电机转子间隙不达标

当空侧与氢侧密封油压差稳定时，两侧密封油的交换量与密封瓦的间隙的成正比。通常密封瓦直径间隙为0.2mm左右，当运行中密封瓦间隙增大时，由于两路油压不可能完全平衡，使得导致密封油的交换量大幅增加，我们知道空侧密封油与大气连通，会导致空气、水分等进入氢侧油，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机，造成发电机氢气纯度下降。

4.4 密封油排烟风机出力不足或真空处理单元无法投入

排烟风机的出力不足，无法将油箱内空气及其他杂质气体抽出，这样，造成空侧密封油中空气、水份或其他杂质气体含量增加，再通过与氢侧密封油交换进入氢侧密封油，进而通过与氢气接触进入发电机膛内，污染氢气，因此如果排烟风机出力不足，将影响氢气纯度。

此外，如果密封油真空处理单元长期无法投入，不能及时除去系统内产生的空气、水份及其他杂质气体，同样会造成氢气污染，只能靠补、排氢来增加氢气纯度。

5 结束语

密封油系统的运行与发电机的安全息息相关，运行中设备故障或操作不当等原因造成发电机进油或造成氢气纯度下降都将危及发电机的安全运行，而机组启动与停运进行气体置换期间更容易造成发电机进油，从而增加机组启动或停运检修时间。因此应了解发电机密封油系统结构原理，把握关键操作，了解薄弱环节，进而保证发电机的安全。

[1] Haiyang China AP1000 System Specification Document for Turbine Generator Seal Oil System Rev 3

[2]海阳核电AP1000中级教材.

[3]谢尉扬.发电机密封油系统及运行[J].2010:41-43.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.247