1030MW发电机漏氢分析与处理

葛宗琴，胡海峻，焦立峰

（华能南京金陵发电有限公司，南京210034）

1 引言

大型发电机采用水氢冷却方式，发电机定子绕组采用氢内冷，转子铁芯和定子铁芯以及转子绕组采用氢气冷却，发电机定子绕组内冷水渗漏，将导致发电机机内放电，定子绝缘损坏，危及机组安全运行。本文通过对某电厂1#发电机定子绕组漏水问题的处理，从发现问题、查找、处理漏点3方面进行分析和论述，为大型发电机组发电机定子绕组漏水问题的解决提供了一些思路。

2 设备概况

某电厂安装有2台1030MW燃煤汽轮发电机组，发电机定子绕组为直接水冷，定、转子铁芯及转子绕组为氢冷。

发电机内冷水系统采用闭式循环系统[1]，由内冷水箱、定冷水泵、冷却装置、过滤器和离子交换器组成，配备2台定冷水冷却器（100%容量）和1台离子交换器。2台离心式定冷水泵，1台工作1台备用，当1台定冷水泵出现故障后能自动切换到另1台运行。发电机额定氢压为500kPa，定子绕组漏氢前，1030MW发电机日均漏氢量计算值在8m3附近。

3 发电机漏氢问题的发现与分析

3.1 问题发现

发电机日均漏氢量每日计算值约为8m3/d。2017年9月9日、10日1号发电机漏氢量增大至12m3/d，发电机日漏氢量有增大的趋势。检查发电机氢气干燥器、氢气冷却器排气门处、发电机汽、励两侧大端盖、氢气系统排污、取样门、密封油系统检查，未发现漏氢点。检查至25m定冷水箱回水观察窗内发现明显气泡，达每分钟60个气泡，根据发电机厂说明书，正常运行时，该处每分钟大约有1个小气泡。在l号发电机定冷水箱顶部排气口用漏氢检测仪检测，漏氢测试仪显示满量程。

综合分析，l号发电机定冷水回水管出现大量气泡，1#发电机日漏氢量增大，定冷水箱排气口处氢气浓度大，发电机定子内冷水内部漏氢现象比较明显，分析发电机内部定冷水系统存在漏点。

3.2 发电机定冷水漏氢的部位和原因

发电机定冷水系统可能漏氢部位及漏氢原因有以下几部分：

1）聚四氟乙烯绝缘引水管。导致聚四氟乙烯绝缘引水管漏氢的原因有：（1）引水管材质差，有砂眼，导致绝缘引水管本身磨破漏水；（2）绝缘引水管过长，运行中引水管与发电机内端盖等金属部分摩擦，导致水管磨破漏水；（3）绝缘引水管连接管螺母松动、O形密封圈老化；（4）绝缘引水管金属压接接头存在制造缺陷，压接部分漏气[2，3]。

2）定子线棒的空芯导线穿空前、水电接头穿孔板封焊处以及水盒封焊处，焊接工艺不良，有虚焊和砂眼的存在，导致空芯导线漏水。

3）定子线棒空芯导线断裂。断裂部位发生在绕组的端部和槽内直线换位处。产生原因为空心线棒材质差，绕组端部处固定不牢，运行中产生100Hz高频振动，致使导线换位加工时产生裂纹进一步扩大和发展，最终断裂[4]。

3.3 发电机漏氢检查

机组停运发电机气体置换结束，与制造厂共同先从人孔门入内检查，未发现明显漏点，在对发电机0.2MPa水压试验时，发现1#发电机汽侧12点钟位置下层线棒水电接头的水盒底板后有水流出（见图1），查阅发电机接线图，故障线圈为3#槽下层线棒。对发电机其他部位进行检查，未发现发电机其他部位存在漏点。拆除分相绝缘隔板检查汽侧3#槽下层线棒外侧第1根不锈钢空芯导线刺水（见图2）。

图1 线棒水盒水

图2 漏点

3.4 定子线棒不锈钢空导渗水原因

3.4.1 发电机定子线棒端部水电接头结构

THDF型发电机的定子线棒由多股空心不锈钢冷却管和实心铜导线组成，为保证良好的散热性，在线棒端部，实芯导线与一连接套焊在一起，不锈钢冷却管焊接至一个水盒，水盒通过聚四氟乙烯（PTFE）绝缘软管与汽端、励端的汇流管相连[5]。上层线棒和下层线棒之间的电连接通过连接套用螺栓连。结构示意图如图3所示。

图3 定子线棒水电接头示意图

3.4.2 不锈钢空芯导线电腐蚀原因分析

拆除故障线棒的绝缘盒，对空导表面进行了清理，表面擦拭清理出铁砂样酥松细颗粒，清理后空导表面及右侧挡板出现一凹坑，周围实心铜线有过热痕迹。

分析认为不锈钢空芯冷却管的不锈钢材料存在结构性缺陷，长期运行出现砂眼，运行中氢压高于水压，不锈钢空芯冷却管砂眼处内冷水虽然不能渗出，但该处的氢气湿度应较其他部位偏高，漏水的3#槽下层线棒是A相绕组的高位线棒，对地电位高达15.8kV，而砂眼处又处于线棒的角边上，内部股线圆角很小，角边上的电场强度特别强，砂眼处湿度较大的氢气在强电场的作用下被电离成氢离子，氢离子腐蚀附近的不锈钢空芯导线，腐蚀生成的铁磁性颗粒在端部漏磁和强电场作用下，产生局部放电和涡流，使不锈钢冷却管表面不断被气化、电离，出现凹坑，挡板附近导体发热，局部放电和电离最终将发展成为A相定子绕组接地，应该只是时间的问题。

4 不锈钢空导砂眼处理

4.1 不锈钢空芯导线砂眼处理方案

制造厂就不锈钢空芯导线砂眼及电腐蚀处理提出如下2个方案：

方案1：将3#下层线棒水电接头处第1根不锈钢空芯导线加橡胶塞直接封堵。优点是处理简单快捷，机组可以快速恢复运行，缺点是机组带负荷能力受限，后续处理时需更换整根线棒，由于THDF型发电机端部采用整体灌胶结构，更换单根线棒需破坏定子端部结构，可能损坏其他线棒绝缘，需拆除或更换的线棒较多，施工工作量均较大，费用高[6]。

方案2：对损坏空芯导线表面进行焊接修补。优点是能够恢复3#线棒的冷却能力，不影响机组带负荷能力，缺点是清理焊接工艺要求高，现场处理时必须做好防止异物进入发电机的措施。

经评估，电厂决定采取第2种方案，对渗漏的不锈钢空芯导线进行清理，并制订发电机内部处理的防护方案。为防止氩弧焊溶解母材时，空芯导线凹坑处太薄导致焊接失败。选择采用银钎焊工艺。先在同样材质的不锈钢空导上进行了试焊，确认补焊后的不锈钢空芯导线的强度满足运行工况要求。

4.2 漏点处理

漏点处理包括以下几方面：

1）3#定子线棒空芯导线的漏点位于汽侧上部12点钟位置，可以在不抽发电机转子的情况下进行处理。处理关键是采取可靠的防护措施，确保处理过程凿下的泥子等杂物不能进入转子以及铁芯的风道，保证机内的清洁度。

2）对空导砂眼和凹坑部位采用银钎焊工艺补焊修复，补焊完成冷却后，对焊接边缘的锐角进行处理。

3）由1#发电机励侧3#下层线棒水盒处通入仪用压缩空气，对汽侧10根空导进行了吹扫，确认10根空导通流情况正常。

4）用工装对单根3#槽下层线圈泵水压，逐步升压至约0.7MPa，保压4h。下层线棒不渗不漏。水压试验合格后，检查汽端3#槽10根空导水流量正常。

5）泄压放水，开始焊水盒，水盒焊接完成后，再次进行泵水压，逐步升压至约0.7MPa，保压4h，期间多次检查无渗漏。

6）更换新的O形密封圈，回装3#槽汽侧、励侧绝缘引水管。

7）绝缘引水管安装完成后，开展了整机水压试验合格。

8）极相组的绝缘盒安装。空导漏点处理结束后，对1#发电机汽端底部和四壁用面团全面清理，杜绝异物留在发电机内部，清理完毕后，测量发电机绝缘，并完成发电机直流泄漏电流试验合格。机组并入电网运行。

并网后，观察发电机定冷水箱回内气泡每分钟1个，定冷水采样化验含氢量0.4%，达到优良标准，漏氢量在约7m3/d，优于国标12m3/d和制造厂要求的18m3/d标准。

5 结论及经验总结

运行中根据机组每日漏氢量的变化，及时发现机组漏氢量增大，通过漏氢排查、分析、试验，发现定子绕组漏氢，果断停机，避免了发电机定子接地等重大设备损坏。

对定子线棒不锈钢空芯冷却管的砂眼和电腐蚀产生的凹坑处理正确，没有简单地将故障冷却管封堵，避免后续可能造成的3#槽下层线棒温度偏高，影响机组带负荷能力[1]。

主要经验总结如下：

1）加强发电机日漏氢量、补氢量的统计分析，发现异常，及时分析处理。

2）检修、运行人员要高度重视定冷水箱回水管气泡的跟踪检查工作，它是判断发电机内氢气漏至定冷水内是否超标的重要判据。

3）确认发电机定冷水系统内部存在漏点时应尽快停机检查消缺，防止故障扩大。

4）对发电机定子线棒空芯导线渗漏的处理方案要慎重，尽可能不采用将不锈钢空导简单封堵方案，否则将影响机组带负荷能力。

5）发电机内部工作必须采取可靠包扎封闭措施，工作中，及时吸尘清理，全部工作结束后，再次全面清理检查。防止金属粉尘遗留在发电机内部，在发电机正常运行时3000r/min的转速作用下，进入转子风道或定子铁芯内部，造成发电机故障。

6）发电机查漏过程中，须严格做好防止内冷水进入机内的措施，对空冷线棒进行处理如需放出机内内冷水时，需安排专人在排液口进行检查，确认内冷水已全部排出，必要时打开发电机底部人孔进行检查，防止机内积油水。检修结束后，需按照预防性试验规程开展绝缘和直流耐压试验。