发电机密封油系统常见故障的原因分析及处理

彭 勇，吴青虎(中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)



发电机密封油系统常见故障的原因分析及处理

彭 勇，吴青虎
(中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)

〔摘 要〕介绍了发电机密封油系统的结构组成、工作原理及其5种运行工况，对密封油系统调试过程中容易发生的问题和设备故障进行了分析，并提出了处理方法，确保发电机密封油系统安全稳定运行。

〔关键词〕发电机；密封油系统；浮球阀；气密试验

0 引言

核电站CPR1000堆型发电机的定子铁芯和转子均采用氢气冷却，其发电机密封油系统的功能就是防止发电机内部高压氢气从转子与发电机壳体间的缝隙泄漏出来，同时也防止氢气受到密封油所带空气的污染，此外还可用于带走运行时密封瓦产生的热量。下文介绍了与辽宁红沿河核电有限公司(以下简称红沿河核电站)CPR1000堆型发电机(东方电气集团成套供货)配套的密封油系统在调试过程中出现的问题及其处理方法。

1 设备及系统介绍

发电机密封油系统一般采用双流环密封油系统或单流环密封油系统。CPR1000堆型发电机采用单流环密封油系统，主要由发电机油密封、氢侧回油箱、备用氢侧回油箱、真空油箱、真空泵、氢油分离器、过滤器、主密封油泵、辅助油泵、直流油泵、差压调节阀以及管道附件等设备组成。密封油系统组成如图1所示。

在该机单流环密封瓦系统中，每个密封瓦由4瓣组成，密封瓦由特种黄铜材料(UZN2Pb)制成。密封油系统运行时，密封油进入密封瓦，经由密封瓦与发电机轴之间的密封间隙，沿轴向从密封瓦两侧流出，即分为氢气侧回油和空气侧回油；并在该密封间隙处形成密封油流，既起密封作用，又起润滑和冷却密封瓦的作用。CPR1000堆型发电机油密封结构如图2所示。

红沿河核电站发电机内氢气额定压力为300 kPa，密封瓦进油压力通过差压调节维持在350 kPa左右，使油压高于氢压50 kPa，以防止氢气泄漏。

2 系统运行

密封油系统运行时分为如下5种工况。

(1) 正常运行时，从主润滑油系统来的油进入真空油箱，通过真空泵建立真空将气体排出。真空油箱内密封油经主密封油泵升压后，通过供油过滤器、差压调节阀进入发电机两侧密封瓦。

(2) 当主密封油泵或者真空油箱故障时，从主润滑油系统来的油经补油过滤器直接进入辅助油泵入口，经升压后通过供油过滤器、差压阀调节阀进入发电机两侧密封瓦。

(3) 若辅助油泵也发生故障，则从主润滑油系统来的油经补油过滤器直接进入直流油泵入口，经升压后通过供油过滤器、差压阀调节阀进入发电机两侧密封瓦。

(4) 若直流油泵也发生故障，则从主润滑油系统来的油经供油过滤器、差压调节阀直接进入发电机密封油两侧密封瓦。此时必须将发电机内氢气压力降低至80 kPa。

(5) 当主机润滑油系统停运时，密封油系统可独立循环。此时应降低发电机内氢气压力至80 kPa。

图1　CPR1000堆型发电机密封油系统

图2　CPR1000发电机油密封结构

3 调试过程中常见问题处理

3.1 发电机气密试验不合格

发电机气密试验是汽轮机冲转前的一项重要试验，目的是通过仪器和检漏液检查发电机本体及管道系统各密封点是否存在漏气点并消除，控制发电机的日漏氢量在合格的范围内。红沿河核电站设计规定折算成24 h标准大气压下的压降应小于2 kPa。

红沿河核电站2号机组在进行发电机气密试验过程中，折算成24 h标准大气压下的压降为2．05 kPa，气密试验不合格。现场采用常规的充氦气方法进行漏气检查，在对系统接头、外部阀门的焊缝进行检查后，未发现大量漏气点；最终在油氢分离箱顶部排气风机出口检测到大量气体泄漏。此时氢侧回油箱油位稳定在390 mm。现场通过逐渐关小氢侧回油箱排油阀，减小排油量，以提高氢侧回油箱内密封油液位的方法进行验证，将油位稳定在450 mm左右，排气风机出口漏气量明显减少。

浮球阀是自动控制油位的设备，根据浮球阀的结构原理(见图3)，初步判断浮球阀阀杆处存在漏氢现象。

为了提高氢侧回油箱油位，并保证其自动动作过程可靠，采用通过浮球上的排油口为浮球充油(增加浮球重量)进行试验。根据球缺体积公式计算：

式中：ΔV——需要在浮球内充油的体积，mL；

R——浮球半径，mm；

H1——试验油位时球缺高度，mm；

H2——初始油位时球缺高度，mm。

浮球半径R为110 mm；氢侧回油箱内初始油位为390 mm，对应球缺高度为43 mm；氢侧回油箱内油位需要达到445 mm时，油位才能完全没过阀杆，故试验液位时球缺高度为98 mm；将数值代入公式(1)，计算得出ΔV=1 777 mL。

根据计算结果，向浮球内部充油1 800 mL后，投入密封油系统运行，浮球阀自动控制油位稳定在445 mm左右。继续进行气密试验并计算，试验数据如表1所示。

表1　气密试验数据

根据计算结果，折算成24 h标准大气压下的压降为1．30 kPa，满足设计要求。

通过浮球充油试验，进一步确定浮球阀阀杆处存在漏气现象，并证明了通过提高氢侧回油箱内油位可以解决漏气问题。

浮球内部充油1 800 mL，约1．5 kg，通过增加浮球重量提高油位的方式在正常运行中存在风险，仅能用于排查漏气原因试验。为保证系统的安全运行，通过与东方电机厂及浮球阀生产商讨论，最终决定采用增加连接板长度的方法解决此问题。考虑到油位应淹没阀杆油位及油位波动的因素，将氢侧回油箱内油位维持在460 mm时，系统运行是可靠的，连接板长度需要增加70 mm。重新制作长度为165 mm的连接板(原连接板长度为95 mm)并安装至浮球阀上，氢侧回油箱油位稳定在460 mm左右，发电机气密试验结果为1．30 kPa，气密试验合格，运行状态良好。

图3　浮球阀结构

3.2 油氢差压变送器示数波动

密封油系统油氢差压由差压调节阀控制，需维持密封油压力高于发电机内部氢气压力50 kPa，以防止氢气泄漏。差压调节阀具有自动跟踪调节功能，通过取样管感应密封油油压和氢气压力，自动调节密封油油压。当氢气压力下降时，差压调节阀关小，减小密封油系统油压；反之，当氢气压力上升时，差压调节阀开大，增加密封油系统油压。始终维持油氢差压在50 kPa左右。

在密封油系统调试过程中，油氢差压变送器频繁波动。为此，将油氢差压调节切换至旁路供油，隔离差压调节阀，同时保持油氢差压信号管通畅；然后拧松引压管和压差调节阀的接头进行排气，将引压管内的气体全部排出后，恢复系统，投入差压调节阀。此时油氢差压变送器示数稳定在50 kPa左右，故障排除，运行正常。

3.3 真空泵故障

密封油真空泵的作用是在真空油箱建立高度真空，并抽出密封油中析出的气体和水分。密封油系统一般采用旋片式真空泵。旋片式真空泵是利用转子和可在转子槽内滑动的旋片的旋转运动以获得真空的一种变容机械真空泵。转子偏心安装在定子腔内，转子槽内装配2个或数个旋片。当转子带动旋片旋转时，旋片借离心力(或弹簧力)紧贴缸壁，将进、排气口分割开来，并使得进气腔容器周期性扩大而吸气，排气腔容积周期性缩小而压缩气体，借气体压力和真空泵油推开排气阀排气，从而获得真空。该核电站密封油系统采用三旋片式真空泵。

密封油来自汽轮机润滑油系统，含有一定水分，若水分含量过高将影响氢气的干燥度，故密封油系统中设置了密封真空泵。密封真空泵建立和维持真空油箱的高度真空，可将水分从密封油中分离出来，并排入大气。在发电机定子冷却水系统充水投运前或者长时间停运进行维护保养时，需要利用密封油真空泵为定子冷却水水箱建立真空，并充氮气。

在密封油系统调试过程中，发现密封油真空泵无法启动。经现场解体检查发现，真空泵油变质，真空泵内部锈蚀严重，因此只能对真空泵进行整体更换。分析原因为，在定子冷却水系统冲洗及充水过程前，启动真空泵为定子冷却水箱抽真空，大量水分进入真空泵，但未及时排放真空泵内的积水，导致真空泵油恶化，真空泵内锈蚀。另外，主润滑油系统水分含量高也会导致真空泵内部积水，如不及时排放，也会导致真空泵油变质，真空泵内锈蚀。

4 其他需要注意的问题

(1) 在调试及运行过程中，需要密切关注氢侧回油箱油位，防止油位过高或者过低，避免发电机进油或者“跑氢”。

（2） 当差压调节阀故障时，应尽快人为切旁路运行，手动维持油氢差压，并尽快排除故障。

（3） 真空泵调试及运行时，真空泵油需保持正常油位，避免油位过高或者过低；真空泵油牌号应严格遵循厂家说明书要求，禁止混用。

（4） 及时投用主润滑油系统净化装置，将润滑油含水率控制在合格范围内。

5 结束语

密封油系统是发电机3大辅助系统之一，对机组的安全运行非常重要。针对红沿河核电站密封油系统调试及运行过程中出现的漏氢、油氢差压波动、真空泵锈蚀等问题，经现场检查分析并采取措施后，满足了密封油系统正常运行的需要。这些措施对于大型发电机组在密封油系统调试及运行中处理同类故障具有一定的参考借鉴作用。

参考文献：

1 韩景复，邓少翔．双流环密封油系统的启动调试及常见问题处理[J]．广西电力，2009，32(4)：68-69．

2 曹兰敏，赵 超，曹银觥．600 MW机组单流环密封油系统的安全运行分析[J]．电力安全技术，2012，14(12)：10-14．

彭 勇(1976-)，男，工程师，主要从事核电常规岛设备服务工作，email：pengyong96421@126．com。

吴青虎(1983-)，男，助理工程师，主要从事核电站汽轮发电机辅助系统设备服务工作。

作者简介：

收稿日期：2015-08-16。