基于汽轮发电机密封油系统的RCM分析研究

(辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116319)

0 引 言

机械设备在运转过程中不可避免的会发生磨损、变形、疲劳等现象，造成实物形态的变化，从而降低或丧失原有功能。设备检修的目的就是重新完善和修复设备及其系统的局部或整体的形态变化，达到恢复或提高设备功能的目的。以可靠性为中心的维修(RCM)是一种根据设备可靠性状况制订维修策略的先进理论和工具。文中根据汽轮发电机密封油系统设备的可靠性状况，以最少的维修资源消耗，运用逻辑决断分析法确定所需的维修内容、维修类型、维修周期和维修级别，制定出合理的预防性维修计划，从而达到优化维修的目的。

1 汽轮发电机单流环密封油系统简介

1 000 MW汽轮发电机单流环式密封油系统通过向发电机密封瓦供油，且使油压高于发电机内氢压0.05 MPa。主要作用：防止发电机内氢气沿转轴与密封瓦之间的间隙向外泄漏；防止外界空气进入发电机内部；防止密封油压过高而导致发电机内大量进油；对密封瓦进行润滑与冷却。密封油系统主要设备如图1所示。

图1 密封油系统流程简图

1.1 真空油箱

真空油箱作用：一方面通过抽真空装置维持其内部真空度，用于排除密封油中的水分；另一方面保证了密封油系统的流量，防止发电机因密封油流量不足而氢气外漏或空气内漏。正常情况下，真空油箱由润滑油系统供油，当润滑油系统故障而不能提供润滑油时，真空油箱依靠扩容油箱重力补油。

1.2 油泵

密封油系统共设置三台供油油泵，正常情况下由其中一台主密封油泵供油，故障时另一台主密封油泵启动，由备用辅助电源柜供电；两台主密封油泵都出现故障时，应急直流油泵启动，由事故备用蓄电池组供电。

1.3 滤网

发电机密封油供油管线上设置两台100%容量互为备用的过滤精度为10 μm的过滤器，每组过滤器都有一个就地压差指示开关，过滤器超压时产生报警信号并手动切换至备用装置。

1.4 差压调节阀

差压调节阀通过测量密封油和氢气压力来控制差压调节阀的开度，维持发电机内油压比氢压大0.05 MPa，当差压调节阀失去调节功能时，可以通过其旁路上球阀手动控制油氢压差。

1.5 浮子油箱

浮子油箱作用是接受发电机氢侧回油，分离密封油中氢气并将回油送至扩容油箱。浮子油箱内浮球阀控制油箱液位，防止发电机进油。

1.6 扩容油箱

扩容油箱作用：一方面可以除去密封油回油中剩余的氢气，并通过扩容油箱上部装置的油烟净化装置将气体排到厂房外；另一方面，扩容油箱设置在比真空油箱高得多的位置，在汽轮机润滑油系统停止供油的情况下靠重力为真空油箱补油，从而维持发电机密封油系统继续工作。

2 密封油系统设备RCM分析

发电机单流环式密封油系统结构简单，密封瓦的密封性能受轴振影响较小，但该系统要求主要部件较双流环式密封油系统更加可靠，如：差压调节阀、浮球阀、密封油泵、真空泵等。RCM (Reliability-Centered Maintenance，以可靠性为中心的维修) 分析是一种根据设备可靠性状况制订维修策略的先进理论和工具，将RCM理论应用到密封油系统设备维修计划制定中，以最少的维修资源消耗，制定出合理的预防性维修计划，从而达到优化维修的目的。

2.1 确定研究对象

根据密封油系统设备的可靠性状况，运用逻辑决断分析法确定所需的维修内容、维修类型、维修周期和维修级别，制定出合理的预防性维修计划。RCM分析对象包括发电机、密封瓦及瓦座、真空油箱、扩容油箱、浮子油箱、差压调节阀、运行人员(机组启停操作等)、维修人员等。密封油系统设备RCM分析流程如图2所示。

图2 密封油系统设备RCM分析流程

2.2 故障模式及影响分析

如果密封油进入发电机，未及时排出，油在发电机内蒸发产生油烟蒸汽，将对发电机产生腐蚀作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使发电机内构件产生表面凝露，使转子产生附加应力而导致裂纹等，发电机进油还影响定子线圈的绝缘性能，严重时使其绝缘击穿，出现匝间或相间短路，严重影响机组的安全运行。

发电机密封瓦及密封油系统设备检修结束后，在发电机冷态冲转过程中容易发生进油现象，即：发电机冷态起机，在静态升速期间出现油-氢压差波动，并抬升到一定值，同时扩容油箱和浮子油箱明显出现回油不畅，有严重气堵现象，发电机大量进油，导致发电机匝间短路。主要故障模式：

A.密封油差压调节阀调节太灵敏导致油氢压差波动大；

B.密封瓦瓦座处产生气堵或扩容油箱产生气堵导致回油不畅；

C.浮子油箱回气不畅及励端、汽端压差不平衡；

D.发电机启停过程中缺少具体的防进油预案和操作步骤；

E.差压调节阀、浮子油箱浮球阀、发电机漏液检测装置等维护不到位产生故障。

图3 发电机进油RCM分析故障树

以上五种故障模式的根本原因有2类：一是油氢差压过高。油氢差压过高会导致密封瓦泄油量增加，严重时密封油会从氢侧油挡处溢出，造成发电机进油。因此，油氢压差应作为重要参数，机组运行过程中给予高度重视，油氢差压偏离额定值应及时调整差压调节阀，差压调节阀属于RCM分析关键设备。二是氢侧回油不畅。氢侧回油不畅会造成浮子油箱满油，氢侧排油管满油，造成发电机进油。由于发电机内气体压力较低，浮子油箱内浮球阀动作缓慢，引起排油不畅。浮子油箱(浮球阀)属于RCM分析关键设备。

3 维修任务决策

发电机进油问题严重影响机组的安全稳定运行，为彻底避免机组在启停过程中可能出现的发电机进油问题，针对发电机密封油系统设备开展RCM工作，探索密封油系统技术改造潜力，制定最优维修任务决策。

3.1 在密封油差压调节阀旁路上增加一个调节阀，实现旁路稳定切换，消除密封油油压波动

密封油差压调节阀旁路上原设计有一个球阀，在发电机气密试验或气体置换时，由于球阀阀门线性调节性能较差，差压调节阀切换旁路过程中密封油压容易出现较大波动造成发电机进油。在差压调节阀旁路上设计加装一个调节阀，保障差压调节阀与旁路之间的切换稳定性。

3.2 在密封油差压调节阀引压管接口处加装节流孔板，消除密封油油压波动

汽轮发电机开始冲转后，由于发电机密封瓦间隙的变化，差压调节阀有一个放大供油的过程，发电机内氢侧回油出口处产生满油，易形成气堵，导致回油不畅而使机内大量进油。在差压调节阀引压管接口法兰处加装节流孔板，可消除差压调节阀过度灵敏而产生的油压波动。

3.3 对密封瓦座回油孔进行改造，消除密封油回油气堵

密封瓦座回油口容易产生气堵导致回油不畅而向发电机内大量进油，将汽端和励端密封瓦回油口进行扩孔，采用45°斜边过渡至原来的回油口，消除密封油回油气堵。

3.4 给密封油系统加装消泡装置，优化回油管路系统

对密封油扩容油箱回油管加装消泡装置，消除密封油回油气堵；改进密封油回油管，对发电机汽端、励端回油母管的坡度增加至20/1 000以上，增强回油系统的回油能力，消除回油管急弯，消除容易积油的U型管段，避免回油不畅。

3.5 增加机组启停过程中防止发电机进油具体防范措施

明确油氢差压调节阀切换操作步骤和浮子油箱旁路阀切换操作步骤，启停过程中运行、维修人员到场监护整个过程，同时加强设备的巡检维护工作，具体如下：

(1)润滑油箱油位监控(判断整个油系统是否存在泄漏等异常情况)；

(2)浮子油箱油位监控(判断浮子油箱是否正常排油)；

(3)真空油箱油位高报警装置监控；

(4)油-氢差压监控；

(5)发电机漏液检测装置监控；

(6)加强油-氢差压调节阀、浮子油箱浮球阀维护工作；

(7)加强浮子油箱、真空油箱液位报警装置及发电机漏液检测装置维护工作，保证灵敏可靠。

4 结束语

汽轮发电机设备是由大量系统设备零部件组成，各种零部件的故障严重程度及故障发展趋势不尽相同。对故障后果严重的关键设备功能部件必须作详细的RCM分析，如汽轮机振动故障、发电机进油故障，对机组安全运行可能产生极为严重的后果。文中根据汽轮发电机密封油系统设备的可靠性状况，运用逻辑决断分析法确定所需的维修内容、维修类型等，制定出合理的预防性维修计划，从而达到优化维修的目的。