660MW发电机氢气纯度降低原因分析及处理

韦源

【摘 要】现代大型机组基本使用水氢氢冷却方式，即定子绕组采用水内冷，转子绕组采用氢内冷，定子铁芯和其他构件为氢气表面冷却。氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦以及氢气管路构成全封闭气密结构，氢气由装在转子两端的浆式风扇强制循环，并通过设置在定子机座四角的氢气冷却器进行冷却，具有效率高，冷却效果好，安全可靠等优势。同时为维持发电机内部氢气不外泄，必须设置密封油系统对发电机动（转子）静（轴瓦）部分进行密封。原理是通过对密封瓦通入一定压强的密封油，使密封瓦内密封油压强大于发电机内部氢气压强，以防止氢气自密封瓦动静间隙处外泄，期间密封油会自密封瓦两侧外泄，其中一部分会流入发动机内部并与氢气接触。

【关键词】660MW;发电机;氢气纯度

一、660MW发电机氢气纯度降低的危害

氢气作为一种极易爆炸的危险品，如果氢气中含氧量大于3%，遇明火即会发生爆炸。发电机在运转过程中可能出现定、转子放电现象，若发电机内内氢气纯度降低，则存在氢爆的可能，严重威胁设备安全。发电机氢气纯度降低，可能造成发电机绕组绝缘下降，严重威胁发电机的安全。从经济角度来看，氢气纯度越高，混合气体的密度就越小，通风摩擦损耗就越小。当机壳内压力不变时，氢气纯度每降低1%，通风摩擦损耗增加11%，氢气纯度降低冷却效果下降对机组运行不利。正常发电机制造厂家要求氢气纯度在95%--98%之间。所以运行中必须严格监视，及时调整，确保纯度合格。

二、660MW发电机氢气纯度降低的原因分析

某660MW发电机机运行时，机内氢气纯度缓慢降低至95.10%，远低于发电机制造厂家设计≥98%要求，需要对其纯度下降原因进行分析，并采取针对性解决方案。

1、原因分析

在660MW发电机运行时，机内氢气纯度低至98%，即可认为氢气纯度不足，针对这一问题，一般来说运行人员应进行排补氢操作。排污时首先应确认氢气系统和附属设备没有动火工作，随后缓慢操作排氢门，防控静电问题招致的爆炸起火事故，待氢压降低至0.38-0.4MPa时，关闭排氢门，并重新充入合格氢气，反复操作多次后，即可恢复氢气纯度在合格范围。但通过排补氢操作发现故障仍然存在，氢气纯度仍持续降低。随后运行人员对各系统进行排查后发现密封油真空泵油水分离器内部积水较多，密封油真空油箱真空下降至-76kPa，随即对密封油真空泵进行换油，真空泵出力提升，密封油真空油箱真空恢复至-84kPa。在密封油真空油箱真空上升后，发电机内氢气纯度缓慢上升至95.7%，进一步分析认为密封油油源汽轮机润滑油油质可能劣化。对汽轮机润滑油油质进行化验后，发现汽轮机润滑油中水分含量超出标准要求。

在确定汽轮机润滑油油质问题后，对汽轮机润滑油箱底部排污，放出约150L水，确认有水、汽进入润滑油系统内导致油质含水率超标。在对汽轮机润滑油A、B冷却器分别解体检查后未发现冷却水漏入润滑油系统，后对各汽轮机轴承箱检查中发现汽轮机中压缸端部有少量蒸汽逸出，检查#2轴承箱，发现观察窗上有少量水迹，基于此认为汽轮机中压缸轴封片磨损较多，导致轴封间隙增大，部分轴封蒸汽逸出，由于#2轴承箱内处于微负压状态，部分外逸蒸汽被吸入轴承箱内，进入汽轮机润滑油。

2、原因判定

通过对上述检查过程进行分析，认为造成发电机氢气纯度下降的原因如下：

直接原因：润滑油净化装置维护不到位，长期无法投运，导致油质下降。

原汽轮机润滑油系统配套有油净化装置，在正常运行情况下定期投入该装置，可有效清除润滑油中水分，可维持油质在正常水平内，不发生劣化情况。由于该油净化装置设备陈旧，故障频发，不能维持正常运行，长期未投入使用。

间接原因：中压缸轴封片磨损，轴封蒸汽泄漏量增大，#2轴承箱中压缸侧油挡磨损增大，导致轴封蒸汽漏进润滑油系统量增加。

轴封片是用来密封汽缸端部轴封蒸汽，防止轴封蒸汽泄露的机械结构，在汽轮机长期运行情况下，随着机组振动和转子轴向运动过程中，不可避免的会发生磨损情况。在轴封片磨损逐渐增多，轴封间隙也逐渐增大，轴封蒸汽便会产生泄露并逐渐增大。

轴承箱油挡是用来密封轴承箱与汽轮机转子之间动静间隙的机械结构，其作用是为防止轴承箱内飞溅的润滑油通过轴承箱与汽轮机转子之间动静间隙漏出，造成润滑油的损耗。正常情况下轴承箱内未微负压状态，所以油挡外侧会有少量气体漏入轴承箱内，与润滑油混合、溶解，并回到润滑油箱。

为排出汽轮机润滑油因高温产生的油气和润滑油内溶解的部分气体，一般润滑油箱均设置有排烟风机，致使润滑油箱、润滑油回油系统及各轴承箱内均处于微负压状态。正常运行情况下，轴承箱外部分空气及少量蒸汽漏入润滑油系统，可分别由润滑油排烟风机以及油净化装置去除，以保证润滑油品质。

由于该机组中压缸轴封片和轴承箱油挡磨损较大，且油净化装置未能正常投入，导致润滑油内水分含量超标。而水分超标的润滑油进入密封油系统内循环，并与氢气接触，发电机内氢气，最终导致发电机内氢气纯度下降。

三、660MW发电机氢气纯度降低的处理方案

第一，由于该润滑油净化装置已无法投入运行，且设备老旧、性能不足，维修价值不大。决定增设外置大型真空滤油机进行润滑油连续过滤操作。

第二，对于中压缸轴封片磨损增大，在机组运行中时，可在维持机组真空不降低的情况下，尝试降低轴封蒸汽压力，减少中压缸轴封蒸汽泄漏量。待机组停运后，可择机对中压缸轴封片进行更换，并对其他汽缸轴封片进行全面检查，发生异常磨损一并更换。

第三，对于轴承箱油挡磨问题，在机组运行中时，可通过关小汽轮机润滑油箱排烟风机进口阀门的方法，适当降低润滑油系统及轴承箱内负压水平，减少外部气体及轴封蒸汽漏入轴承箱内，进入润滑油。待机组停运后，可采用耐磨损的材料，对轴承箱油挡进行更换。

在采用外置大型真空滤油机对润滑油进行连续过滤、适当降低轴封蒸汽压力和降低汽轮机润滑油箱负压的各项操作后，该机组发电机内氢气纯度缓慢上升至97.80%，接近设计要求。后期仍加強对各相关系统监视调整，控制发电机内氢气纯度≥96%以上可长期维持机组正常运行。

总结：

综上所述，660MW发电机氢气系统中的氢气纯度低于98.00%时，不仅会导致发电机绕组绝缘老化及金属部件腐蚀速度加快，而且会增加发电机通风损耗及转子磨损损耗，影响发电机运行安全性、经济性。而氢气纯度下降原因可能与润滑油净化装置维护不到位，致使油质下降、轴封片或轴承箱油挡过度磨损致轴封蒸汽漏进润滑油系统量增加有关。针对上述原因，运行人员可以在油净化装置定期投运基础上，增加对润滑油油质化验和油质监测，及时发现润滑油油质劣化，并及时采取有效措施干预，维护机组的安全、经济运行。

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（作者单位：国能南宁发电有限公司）