发电机密封油系统常见故障及解决对策

浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 胡正春

为对氢冷发电机进行保护，确保发电机其内部氢气密封良好不外泄，避免密封油污染发电机内部气体——氢气，发电机需要建立起一套完整的密封油系统，保障其安全可靠运转，而该系统的能力与稳定又取决于密封瓦结构、回油供油等系统的稳定，以下介绍氢冷发电机封油系统常见的故障和对策。

1 发电机密封油系统概述

大多数发电机的密封燃油系统规格都是双流循环或单流循环的密封燃油系统，而在其中又主要由汽轮机油供油系统、汽轮机回燃油系统、汽轮机最大真空度控制系统、汽轮机压力均衡控制系统等几个环节所组成。

供油系统主要由发电机油密封泵、冷却装置、差压阀等装置构成，顾名思义，其功能是为整个密封油系统供给密封所使用的油液，密封油油液以汽轮机系统中的润滑油提供，又可靠自身供油系统提供。

密封油系统中的回油系统则是由密封瓦结构主要构成，密封油流经密封瓦之后被其一分为二，即为氢气侧回油和空气侧回油，这样在密封瓦与发电机轴承之间的空隙就可被封闭起来，避免了氢气泄露，同时还可以润滑机械，从而冷却了密封瓦。在密封瓦中，可分成回油扩展槽、浮子油箱、回油腔室等，当密封油流入回油腔室时，回油扩展槽、浮子油箱这一段压差回油的过程中，回油是否顺滑取决于回油腔室的体积和回油孔的孔径，体积越大，孔径越大，其所能造成的密封油位面差就越大，这样就能以更大的压差动力推动密封油回流，使其回流过程会更顺滑无碍。

发电机的真空系统与压力平衡体系，则主要是由上文所述的回油扩大槽、浮子油缸以及真空油室、氢油管压力差装置等设备所组成封油系统的压力平衡结构，使封油在进入密封瓦后可以保持密封油没有杂质并在系统中循环，且能够保证差压阀正常工作，为密封油回流提供保障[1]。

2 密封油系统中存在的主要问题分析

2.1 密封瓦进油压力

发电机密封瓦的进油有时会出现异常，其主要原因就是由于密封瓦气压不平衡，进油气压产生较大的震荡或氢油压差产生较大反差，而密封瓦进油量也会产生较大的拨动，从而造成密封油回流量不平衡，突然增大会使发动机产生进油不平顺等问题。从中可以发现，密闭瓦进油的系统能否平稳有赖于水泵与差压阀门之间能否平稳，因此若是压差阀出现调节上的问题或者收到异常因素干扰，就会对密封瓦进油的稳定造成影响，从而会影响到发电机的使用性能和状态。

2.2 密封油回油系统结构设计问题

2.2.1 密封瓦座结构设计不当出现的问题

回油系统密封瓦座结构设计不当时，会造成密封油回油系统回油不顺畅，以QFSN-600型发电机为例，该型号发电机的密封瓦底座设计的回油孔是以直孔在界面设置上多个回油孔，再汇流至母管内，形成回流闭环，但是基于该种回油孔的结构，会在密封瓦回油量增加时因密封油在回流量增加时，因向下回流的密封油不能正常向下流动而堵住回油孔，造成密封瓦内腔油液大量汇集问题，出现油孔堵塞从而影响发电机正常进出油。

2.2.2 密封瓦结构设计不当出现的问题

除了密封瓦座结构的设计不当会引起密封油回油系统回油不畅外，密封瓦结构设计不当也会引起发电机密封油回油不畅。根据单流环设计的密闭瓦结构，当密闭瓦环设计为四瓦块结构时，当发电机在正常运行时，其转臂会受到密闭瓦与转轴之间间隙的油液压力，迫使转轴方向的密封瓦环随着发电机转轴的转动而偏移，而在密封瓦环的侧面又会紧贴着密封瓦壳，这就会使密封瓦块和壳之间形成摩擦，从而使得密封瓦块在随转臂移动时无法同步移动，即出现密封盲区，这样会造成密封油泄露，从而影响发电机的正常运转和安全，这种情况只能等到密封瓦块重新正常归位后，平复密封瓦块和转轴间的间隙，这样才能使避免密封瓦泄露密封油。

2.2.3 回油扩大槽设计不当出现的问题

发电机的回油扩大槽设计不当也会引发发电机回油不畅问题。以QFSN-600发电机为例，汽端与励端翻油扩展槽共用气浮子油箱，汽端和励端两部分会因回油扩大槽氢气循环时出现油雾而造成压力失衡，使回油扩大槽出现偏移等情况，基于其共用一个浮子油箱的设计，就会在回油扩大槽内部产生压力失衡时，气体压力高的一侧会因压差问题使另一侧的密封油液面上升，当压力到达一定程度就会没及密封油母管管口，这样就会使氢侧密封油回油与空侧密封油回油不平衡，造成发电机回油系统不顺畅。

2.2.4 密封瓦的回油腔室的容积设计不足、腔室过小

密封瓦的回油腔室的容积设计不足、腔室过小时，也会在成回油系统不顺畅。为减少发电机转子长度，会在设计密封瓦时，减少回油腔室容积，从而减少回油腔室与转轴间的距离，这样在发电机运转时，密封油流经密封瓦回油时产生的烟状或雾状油液就不能快速凝结液化，随着整个密封瓦回油腔室内油液的浓度不断提升，部分油液或烟状或雾状，会沿着挡油环向发电机定子扩散，并且在沿途由于温度降低等因素凝聚吸附在发电机内部及表面，造成发电机回油不畅、漏油等问题。

2.3 密封油系统受干扰或出现异常时的问题

密封油系统容易在供油系统、浮子油箱、浮球阀等区域受到干扰或出现异常。首先在供油系统中，由于密封油的供油压力受氢制动油压差阀调整而变动，所以如果压差阀阀门前后气压波动较大，波动次数频繁而无法控制时，会造成压差阀会频繁动作或出现阀门卡涩，难以调节等问题，这样供油压力就会不稳定，就无法保障密封油供油系统能正常循环工作，无法保证回油顺畅。

其次在浮子油箱运作时，其调节阀会由于浮子油箱内抽出空气流量，与流入浮子油箱的密封油流量不均衡而出现浮箱内液面异常，当浮子油箱内液面波动，上升或下降，会影响到回油扩大槽和空气抽出槽，当浮子油箱内液面迅速上涨、回油扩大槽内密封液也跟着增加，影响到密封瓦回油腔室，使腔室内密封油进油量增加，导致溢出的密封油流入发电机内；相反浮子油箱内液面迅速衰减时，会使氢气从浮子油箱内泄露，导致发电机漏氢，其内部压力不平衡，无论是发电机漏氢还是漏油，都会影响到发电机功能。而空心浮球则会因上述因素磨损而受损，在其破损后密封油会流入浮球，那么随着浮球内密封油油量增加，空心浮球的高度就会随之降低，导致浮球阀阀门开度减小，进而影响浮子油箱进、回油量不平衡，进油量大、回油量小，使浮子油箱内密封油液面持续变高，如此循环下去，在浮子油箱油量溢出后，密封油则会流向发电机，造成密封油系统混乱，发电机出现故障[2]。

3 发电机密封油系统的优化措施和投运流程

3.1 供油系统的优化

针对密封油供油系统的优化，可以从氢油压差阀和密封瓦环入手。首先，由于氢油压差调节阀属于自主式调节装置，可以根据压差阀出口管口压力和回油扩大槽底部压力，即根据油侧压力和氢侧压力的压力差而改变压差阀阀门大小，从而控制密封油进油、出油油量，一旦油侧压力与氢侧压力的压差波动异常时，可在氢油压差调节阀引压管道处设置节流孔以消除压差波动而造成压差阀功能异常，当压差阀出口管腔室快速发生变化时，橡胶隔膜能够迅速应对压力变化而随着压力变化移动，使阀杆跟着移动至低压侧，如此反复至内部压差平衡，这期间，压差阀功能就会受到影响，在增设节流孔后，压差阀出口的管口压力会因此受到阻尼振荡的效益使压力波动不外扩，从而达到稳定调节阀，减少压差波动对压差阀阀位干扰的目的。

其次，在设计优化的单流环或四瓦块式密封瓦时，基于其绕转子会产生的间隙不平衡，也可以选用整圈都稳定的密封瓦环，本设计主要是将密封瓦环与转子结合面固定，形成一个整体。结合研究发现，在确定密封瓦的氢油压差、密封瓦长度、密封瓦环内径与外径等结构参数后，密封瓦的泄油量就仅与密封瓦的间隙正相关，因此当运行时发电机转轴跳动时，随着四瓦块结构密封瓦的间隙增大，密封瓦泄油量也会不断变大，因此在以上结构参数符合标准的情况下，只需要保证密封瓦的间隙不会随着发电机转轴跳动而变大即可，于是设计并采用出了一种整圈固定的密封瓦环结构，这样就能确保密封瓦环与转轴间的间隙不变，保证密封油稳定回流。

3.2 回油系统的优化

3.2.1 密封瓦回油腔室优化

针对密封油回油系统所出现的常见问题，本文做出针对性优化措施。

为了减少因密封瓦氢侧回油腔室容积不足而导致的密封瓦回油量异常，腔室液面上涨，最终溢进发电机，造成故障的现象，其本质原因是氢侧回油腔室容积不足，所以扩大氢侧回油腔室容积，合理改善密封瓦回油腔室周围布局就能解决此问题；为了减少因密封瓦底部或回油槽结构设计不当造成回油系统回油不顺畅的气堵现象，线将回油口设计成带有坡度等增加回油孔延续和伸展面积的结构，保证回油腔室底座回油孔面积大于回油母管截面积，保证密封油回流顺畅。

3.2.2 回油扩大槽、浮子油箱优化

为避免因回油扩大槽汽端和励端两端口，因氢气循环而出现压力差造成回油扩大槽偏移，从而造成因出现压差而导致氢侧密封油回油与空侧密封油回油不平衡，从而造成发电机回油系统不顺畅的现象，现将高位回油油管管口设计成锯齿不规则状结构，如此可将回流的密封液分流，以缓解在回流扩大槽液面上升时因压力不平衡而密封油堵住回燃料管嘴的问题，并且还将分别对汽端励端与回油扩大槽设有浮子油箱，这样可从根本上解决因氢气循环连通造成汽、励两段气压不均衡而产生的发电机进油现象，即将汽端和励端设计为两个独立的回油系统，而增设浮子油箱，可以保证回油扩大槽联通管道的分隔，汽端和励端均单独回油，不相互影响；为防止在花车油箱中浮球阀因气、油流速不同而造成的花车油箱液面异常，从而造成汽车漏氢和发动机进油的情况，可将浮球阀设计成悬摆式的实心浮球阀，而为了保证浮球在受损时也能提供充足的福利以保障浮球阀的正常功能，可以将浮球设计为内部填充如泡沫等材料的实心浮球，此外若将浮球阀设计成自带滚动轴承的款式，则可以大大增加浮球阀功能的稳定性。

3.3 密封油系统投入运作前测试操作流程

一是在现场检测及密封油系统的保养工作完毕后，立即拆除安全防护，在结束工作票期后，检验密封油各系统、各设备有无异常，再检验密封油油泵绝缘有无异常。二是如果所进行的封油系统检测规模不大，且系统仍未放油，则不要求对系统再进行抽注密封油，而是直接检测密封的油贮油箱、真空油箱和氢侧油箱等油位是否符合规范。三是通过对照密闭燃油管理系统内的检测卡，将密闭燃油管理系统内各阀状态调至开启值后，在密封油系统开始运行前务必保证发动机内无压力差，不然将会造成启动后的氢侧油箱内回油道不通畅，进而影响发动机正常进油量，当发动机内的气压差值增大至50kPa以上且氢侧油箱油位正常可见后，适时关闭密封油氢侧油箱浮球阀阀门。四是开启密封油排烟风机，观察其正常工作后，即启备用连锁。五是检查密封油真空泵，确保润滑油位正常，并关闭密封油真空泵的进口电动门系统和旁路自动门系统，同时开启密封油真空泵气镇阀。六是首先开启密封油真空泵，待其正常工作较长时间后再关闭气镇阀，然后打开密封油真空泵进口手动阀门，以控制真空泵进口的压力标准偏差，此动作需要保证其与负压标准的偏差平稳变化，不然将引起真空油箱油位变化，密封油油泵必停机。七是启动油泵，检查密封油系统中有无渗漏，油氢差压阀动作是否正常，各油箱油位是否正常。如果发现发电机内气体压力过高，则必须对密封油泵进行连锁测试。八是对密封油装置进行注油、注水排气，对其停机后放油，启用时按操作票注油操作。

发电机作为能量转换的重要装置，其安全稳定性与能量转换的效率有着非常密切的关系。而发电机密封油系统作为当前发电机重要的辅助系统之一，在运行过程中所发生的进油以及漏氢等问题也是当前密封油系统中较为普遍的问题。在发电厂实际工作的过程中，要针对运行的各种状况及其出现的实际故障，对其采用不同的对策措施，确保密封油系统的顺利工作。在整个发电厂的工作流程中，要提高对密闭油系统系统管理工作的注重程度，严格地管理运行中每一环节，使之保持良好的工作水平。