300MW發(fā)電機密封油系統(tǒng)常見故障及分析

【摘要】針對上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機密封油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，以及發(fā)電機內(nèi)部進(jìn)油的原因分析和相應(yīng)的防范措施，系統(tǒng)改造。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機密封油系統(tǒng)； 發(fā)電機內(nèi)部進(jìn)油的原因； 防范措施； 系統(tǒng)改造

1、引 言

采用氫氣冷卻的汽輪發(fā)電機必須由密封油對其端部進(jìn)行密封，即保證發(fā)電機內(nèi)部氫氣不外泄，又防止空氣和潮氣進(jìn)入發(fā)電機。秦皇島發(fā)電有限公司3、4號機組采用的上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機，其密封油系統(tǒng)采用雙流環(huán)式密封瓦結(jié)構(gòu)，密封效果好，調(diào)節(jié)范圍寬，是非常成熟的產(chǎn)品。但是如果對發(fā)電機內(nèi)部氫壓控制不當(dāng)?shù)那闆r下，氫側(cè)密封油箱油位不易控制，密封油極易沿軸向進(jìn)入發(fā)電機內(nèi)部。啟、停機操作不當(dāng)也可能造成發(fā)電機內(nèi)部進(jìn)油事故。特別是在發(fā)電機內(nèi)部進(jìn)油是惡性事故，應(yīng)該引起高度的重視。下面就對發(fā)電機密封油系統(tǒng)，發(fā)電機內(nèi)部進(jìn)油原因及防范措施做以介紹。

2、密封油系統(tǒng)介紹

上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機組的密封油系統(tǒng)采用雙流環(huán)式密封瓦。由于氫冷發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸必須穿過發(fā)電機的端蓋，因此這部分成了氫內(nèi)冷發(fā)電機密封的關(guān)鍵。密封油分為空側(cè)和氫側(cè)兩個油路將油供給軸密封瓦上的兩個環(huán)狀配油槽，油沿轉(zhuǎn)軸軸向穿過密封瓦內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸之間的間隙流出。如果這兩個油路中的供油油壓在密封瓦處恰好相等，油就不會在兩個配油槽之間的間隙中竄流，通常只要密封油壓始終保持高于機內(nèi)氣體壓力，便可防止氫氣從發(fā)電機內(nèi)逸出。空側(cè)油路供給的油則將沿軸和密封瓦之間的間隙流往軸承側(cè)，并同軸承回油一起進(jìn)入空側(cè)密封油箱，從而防止了空氣與潮氣侵入發(fā)電機內(nèi)部。氫側(cè)密封油則沿軸和密封瓦之間的間隙流往發(fā)電機內(nèi)側(cè)，落入消泡箱，最后回到氫側(cè)密封油箱。 空側(cè)油路：由空側(cè)交流密封油泵從空側(cè)回油箱取得油源，將一部分油泵入油冷卻器、濾油器注入密封瓦的空側(cè)，另一部分油經(jīng)過差壓閥流回到油泵進(jìn)油側(cè)。通過差壓閥將調(diào)節(jié)空側(cè)密封油壓力始終保持在高出發(fā)電機內(nèi)氣體壓力0.084Mpa的水平上。另外空側(cè)配有直流密封油泵備用。

氫側(cè)油路：氫側(cè)密封油路中的油泵從氫側(cè)密封油箱取得油源。它把一部分油經(jīng)過油冷卻器、濾油器、平衡閥送往密封瓦的氫側(cè)，在油泵旁裝有再循環(huán)管道，通過再循環(huán)管上的節(jié)流閥對氫側(cè)密封油壓進(jìn)行粗調(diào)。氫側(cè)油路的油壓則通過平衡閥進(jìn)行細(xì)調(diào)，并使之自動跟蹤與空側(cè)密封油壓差保持±0.49kPa，以達(dá)到基本平衡的目的。另外氫側(cè)密封油設(shè)有兩臺交流油泵，正常運行中一臺運行一臺備用。

消泡箱：從密封瓦氫側(cè)出來的油先流到消泡箱中，在那里氣體得以從油中擴(kuò)容逸出，消泡箱裝于發(fā)電機下半端蓋中，通過直管溢流裝置使消泡箱中的油位不至于過高。消泡箱汽、勵端個有一個。在消泡箱中各裝有一個浮子式液位高報警器，當(dāng)箱內(nèi)油位過高到一定程度時，就發(fā)出消泡箱油位高報警，使運行人員能及時處理，從而防止密封油流入發(fā)電機內(nèi)部（見圖1）。

空側(cè)密封油箱油位控制：空側(cè)密封油箱通過U形管與主機潤滑油回油管道連接，發(fā)電機端部支持軸承潤滑油回油與空側(cè)密封油回油匯集到空側(cè)密封油箱，大部分油通過U形管依靠重力作用自動溢流到潤滑油回油管路，保持油箱中油位正常，因此空側(cè)密封油箱不需要進(jìn)行油位監(jiān)視，另一部分油作為空側(cè)密封油源在空側(cè)油路中循環(huán)。此油路把潤滑油系統(tǒng)與密封油系統(tǒng)聯(lián)系在一起，即使密封油系統(tǒng)無油情況下，只要潤滑油系統(tǒng)啟動后十幾秒鐘，就會將密封油系統(tǒng)注滿油。

氫側(cè)密封油箱油位控制：氫側(cè)密封油箱是氫側(cè)油路的儲油箱，在運行中必須保持一定的油位。由于在密封瓦中空、氫側(cè)油壓做不到絕對的平衡，故空、氫側(cè)仍有少量的油相互竄動，這樣長期積累，就可能使氫側(cè)油路中的油量發(fā)生增減變化，氫側(cè)密封油箱起到控制補、排油作用。它主要依靠浮子式補、排油閥門完成，當(dāng)油箱內(nèi)油位升高，浮子上移，排油門打開，將多余的油排入空側(cè)油路；當(dāng)油箱內(nèi)油位降低，浮子下移，補油門打開，空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油箱補油，從而達(dá)到油位保持在一定范圍內(nèi)。密封油箱補油閥和排油閥上還設(shè)有強制開啟、關(guān)閉手輪，以便人為參與調(diào)節(jié)油箱油位。

密封油備用油源：空側(cè)密封油備用油源由三部分組成，所以發(fā)電機密封油系統(tǒng)有非?？煽康挠驮矗话悴粫斐蓴嘤褪鹿?。

第一路備用油源是高壓備用油源，即來自汽輪機同軸的潤滑油主油泵或高壓密封油泵，密封油裝置高壓備用密封油入口壓力不低于0.9Mpa，正常運行時備用油差壓調(diào)節(jié)閥自動斷開，一旦空側(cè)油源發(fā)生故障，密封油壓力降低到比發(fā)電機內(nèi)部壓力高0.056Mpa時，備用油差壓閥自動打開保持密封油壓力比氫壓高0.056Mpa。

第二備用油源為空側(cè)直流密封油泵，如果主油源和高壓備用油源都停止供油時，當(dāng)密封油壓力降低到比發(fā)電機內(nèi)氣體壓力僅高0.035Mpa時，發(fā)出密封油供油壓力低報警，并自動啟動備用直流密封油泵，使密封油壓力恢復(fù)并保持高于發(fā)電機內(nèi)壓力0.084Mpa。

第三備用油源為低壓備用油源，它來自汽輪機低壓潤滑油。該油源入口壓力應(yīng)不低于0.2Mpa，由于這路油源壓力較低，它只能保證大軸轉(zhuǎn)動時密封瓦不發(fā)生磨損事故，所以當(dāng)其它油源都失去后應(yīng)立即停止機組運行，將發(fā)電機氫壓降低到0.014Mpa以下，以免氫氣外溢，發(fā)生著火、爆炸事故。

3、密封油系統(tǒng)進(jìn)油分析

發(fā)電機密封油系統(tǒng)差壓閥能夠自動保持空側(cè)密封油壓大于發(fā)電機內(nèi)部壓力0.084Mpa，油壓跟隨氫壓的變化而變化，機組正常運行中，在設(shè)備正常情況下，一般不易出現(xiàn)問題。而在機組啟、停機，發(fā)電機進(jìn)行氫氣置換或排氫工作后，極易造成發(fā)電機進(jìn)油事故。在我公司曾發(fā)生過多次發(fā)電機進(jìn)油情況，而且都發(fā)生在發(fā)電機氫氣壓力較低，密封油壓不穩(wěn)定的情況下。

要了解發(fā)電機進(jìn)油原因，首先要了解氫側(cè)密封油箱的補、排油原理，機組正常運行中發(fā)電機內(nèi)部壓力為0.3Mpa，而氫側(cè)密封油箱上部是與發(fā)電機內(nèi)部連通的，所以氫側(cè)密封油箱上部壓力等于發(fā)電機內(nèi)部壓力?？諅?cè)密封油壓始終保持大于發(fā)電機內(nèi)部壓力0.084Mpa，當(dāng)氫側(cè)密封油箱油位下降時，空側(cè)密封油隨時對氫側(cè)密封油箱進(jìn)行補油，保持正常油位；當(dāng)氫側(cè)密封油箱油位升高時，排油閥打開，將油排入空側(cè)密封油箱，即使空側(cè)密封油箱安裝位置比氫側(cè)密封油箱高，但氫側(cè)密封油箱內(nèi)部壓力等于發(fā)電機內(nèi)部壓力為0.3Mpa，而空側(cè)密封油箱壓力約等于大氣壓力，所以油在壓差作用下很容易排入空側(cè)，保持油位正常。

當(dāng)停機后發(fā)電機內(nèi)部壓力降至零時，由于氫側(cè)密封油箱內(nèi)壓力隨著發(fā)電機內(nèi)部壓力降低到大氣壓力，而空側(cè)密封油箱位置高于氫側(cè)密封油箱，即使排油閥打開也不能將油壓入空側(cè)，反而造成空側(cè)密封油反流入氫側(cè)密封油系統(tǒng)，以達(dá)到油位的平衡，使氫側(cè)密封油油位達(dá)到空側(cè)密封油箱油位標(biāo)高，此時由于油位高排油閥保持全開，造成空、氫側(cè)密封油連通。設(shè)計時特將空側(cè)密封油箱安裝高度在消泡箱下約1m處，所以即使氫側(cè)密封油箱滿油，也不會造成消泡箱滿油，當(dāng)油位高于空側(cè)密封油箱油位時，油還會在重力作用下壓回空側(cè)，不會造成發(fā)電機進(jìn)油情況。

發(fā)電機進(jìn)油的唯一途徑是消泡箱滿油后從軸端擋油板處竄入發(fā)電機內(nèi)部（如圖1所視），只要消泡箱油位正常，發(fā)電機就不會進(jìn)油。消泡箱滿油主要是供油量大于排油量：一、當(dāng)停機后發(fā)電機內(nèi)部壓力降至零時，密封油差壓閥調(diào)節(jié)品質(zhì)變差，油氫壓差增大，使密封油沿軸向向發(fā)電機內(nèi)側(cè)泄油量增多，氫側(cè)密封油回油量增大，此時如果增多到大于向空側(cè)密封油溢流量時（靠靜壓溢流流速較慢），就會造成消泡箱滿油。即使停止空側(cè)密封油泵，由于低壓備用油源壓力在0.2Mpa，如果備用差壓閥調(diào)節(jié)性能不好情況下，也可能造成發(fā)電機進(jìn)油。二、排油量減小，如果強制關(guān)閉氫側(cè)密封油箱的排油門，多余的油不能排走，就會造成消泡箱滿油。有時為了保持氫側(cè)密封油箱可見油位，強制關(guān)閉補、排油門，即使在所有密封油泵全部停止時，只要潤滑油系統(tǒng)運行也可能造成消泡箱滿油，所以排油閥強制手輪無特殊操作時一定不能關(guān)閉。

4、密封油系統(tǒng)改造

當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部未充壓的情況下，氫側(cè)密封油箱滿油是很正常的情況，此時只能保持消泡箱油位正常。隨著發(fā)電機氫置換升壓后，氫側(cè)密封油箱油位會緩慢下降到正常油位，并保持正常油位。但是在發(fā)電機不充壓的情況下將氫側(cè)密封油箱油位降至正常，或維持可見油位運行就不能做到了。

目前我公司已對原系統(tǒng)稍加改造，具體如下圖。密封油箱改造后，安裝了YKF-1型補排油浮球閥和YKF-2型補排油浮球閥各一只（如圖一所示），圖中的截止閥1、3為YKF-1型、YKF-2型補排油浮球閥排油管截止門，2、4為補油管截止門，5為動力排油截止門，YKF-1型補排油浮球閥自身還帶有手動補油門。

兩個閥排油管并聯(lián)連接空側(cè)油泵的入口管，補油管并聯(lián)連接空側(cè)濾網(wǎng)的出口管，動力排油管與氫側(cè)濾網(wǎng)的出口相接。

啟動空側(cè)油泵后觀察密封油箱油位，當(dāng)油位計顯示油位已達(dá)到三分之一位置時盡快啟動氫側(cè)油泵，以便補排油浮球閥的動力自動排油功能能夠正常工作。機組正常運行后，且發(fā)電機內(nèi)氫壓0.2MPa以上，將截止閥5關(guān)閉，自動排油由動力排油轉(zhuǎn)換成油箱內(nèi)部的壓力排油。當(dāng)機組處于低氫壓運行（低于0.2MPa）或停機后要進(jìn)行氣體置換時再將截止閥5打開，排油將由油箱內(nèi)的壓力排油自動轉(zhuǎn)換為自動動力排油。

5、發(fā)電機進(jìn)油的防范措施

保持油氫差壓閥工作可靠，油氫差壓在正常范圍內(nèi)；保證氫側(cè)密封油箱補、排油閥的四個強制手輪都在打開狀態(tài)；調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油泵再循環(huán)門，保持氫側(cè)密封油壓稍高于空側(cè)密封油壓；發(fā)電機內(nèi)部無壓情況下投密封油系統(tǒng)時應(yīng)將改造管路排油手動閥稍開，保持氫側(cè)油路連續(xù)少量向空側(cè)排油；保證消泡箱液位高報警可靠，報警后能及時發(fā)現(xiàn)處理；保證發(fā)電機底部檢漏計報警可靠，報警后能及時發(fā)現(xiàn)處理；發(fā)電機內(nèi)氫壓低時，啟動潤滑油泵及時關(guān)閉備用差壓閥截止門 。

結(jié) 論

發(fā)電機密封油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是只要掌握了其工作原理以及進(jìn)油的原因，就能應(yīng)用自如，更能避免發(fā)電機內(nèi)部進(jìn)油事故的發(fā)生。上面的內(nèi)容只是自己的一點體會，還望大家指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司集控運行規(guī)程運行規(guī)定及措施

[2]300MW機組運行和檢修工人培訓(xùn)教材 汽輪機 中國電力出版社 2002年

作者簡介：

王柬友，男，河北秦皇島，漢族，本科，助理工程師，大學(xué)本科，從事集控運行工作，集控副值。