氫冷發(fā)電機(jī)漏氫分析及防范措施

孔令軍，岳嘯鳴

(1.河北興泰發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 邢臺 050400；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

發(fā)電機(jī)運(yùn)行中要產(chǎn)生能量損失，損耗以有功功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃康姆绞酱嬖?。這些熱量如果散發(fā)不出去，將會使發(fā)電機(jī)溫度升高，絕緣物質(zhì)變質(zhì)老化，威脅機(jī)組的正常運(yùn)行。所以必須附加冷卻系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)內(nèi)因損耗而產(chǎn)生的熱量帶走，現(xiàn)代大型機(jī)組基本使用氫氣作為冷卻介質(zhì)。氫氣系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路構(gòu)成全封閉氣密結(jié)構(gòu)，氫氣由裝在轉(zhuǎn)子兩端的漿式風(fēng)扇強(qiáng)制循環(huán),并通過設(shè)置在定子機(jī)座四角的氫氣冷卻器進(jìn)行冷卻，具有效率高，冷卻效果好，安全可靠等優(yōu)勢。

漏氫是氫冷發(fā)電機(jī)運(yùn)行中普遍存在的現(xiàn)象[1-6],漏氫量是氫冷發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的主要技術(shù)指標(biāo)之一。氫的大量泄漏會導(dǎo)致氫壓下降，影響發(fā)電機(jī)冷卻，限制發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷。嚴(yán)重漏氫可造成發(fā)電機(jī)周圍著火，甚至引起氫氣爆炸，造成發(fā)電機(jī)損壞以至機(jī)組停機(jī)。因此，維持氫冷發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的必要條件之一是維持氫系統(tǒng)工作正常，包括保證機(jī)內(nèi)氫氣壓力、保證機(jī)內(nèi)冷氫溫度以及溫差正常、保證機(jī)內(nèi)氫氣純度。

2 發(fā)電機(jī)漏氫方式及原因

發(fā)電機(jī)漏氫的主要方式有外漏和內(nèi)漏2種。密封瓦座襯墊制作安裝工藝，密封瓦平行度以及密封瓦軸向和徑向間隙，發(fā)電機(jī)大端蓋、中間環(huán)、密封瓦安裝位置，發(fā)電機(jī)注膠情況，法蘭墊子安裝情況，測溫元件安裝到位與否等都會對氫氣泄露產(chǎn)生影響。

2.1 外漏

由于氫氣擴(kuò)散快、滲透能力強(qiáng)，加上密封油攜帶漏氫等，在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣是在持續(xù)外漏的。該種泄漏方式可通過肥皂液、鹵素檢漏儀等多種檢漏方法找到漏點(diǎn)并加以消除。

造成氫氣外漏的原因有如下幾種：

a.發(fā)電機(jī)機(jī)殼或氫氣管道焊接質(zhì)量不良,存在沙眼或夾渣；

b.氫氣管道法蘭密封面不平整、有毛刺或輻向溝槽，螺栓未擰緊，密封墊存在缺陷等，導(dǎo)致法蘭密封面密封差；

c.端蓋水平結(jié)合面接觸不良，端蓋上密封填料的溝槽內(nèi)壁有溝槽；

d.氫氣管道閥門盤根密封不嚴(yán)，氫氣管道因振動(dòng)與其它部件摩擦導(dǎo)致磨穿后發(fā)生氫氣泄漏；

e.密封瓦座和密封瓦水平接合面接觸不好,未達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，密封瓦座與端蓋的垂直接合面存在錯(cuò)口；

f.定子引出線套管與瓷套法蘭松動(dòng),或由于溫度變化,膨脹不均造成氫氣泄漏；

g.密封膠條質(zhì)量不良，彈性與壓縮量不夠，當(dāng)溫度過高時(shí)變形，未將溝槽添滿，導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

2.2 內(nèi)漏

氫氣通過密封瓦漏入密封油系統(tǒng)中、轉(zhuǎn)子導(dǎo)電螺釘?shù)忍?，屬于暗漏，漏點(diǎn)位置不明顯，檢查處理較為復(fù)雜，且處理時(shí)間較長，影響發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣和使用壽命，威脅發(fā)電機(jī)長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。靜態(tài)泄漏漏點(diǎn)可以通過測氫儀或肥皂水檢測法找到漏點(diǎn)，動(dòng)態(tài)泄漏漏點(diǎn)具體位置不明，檢測和處理比較復(fù)雜，且處理時(shí)間較長，尚無好的解決辦法。因此只能通過提高安裝精度盡量避免此種現(xiàn)象的發(fā)生。造成該種泄漏的原因有：

a.轉(zhuǎn)子滑環(huán)導(dǎo)電螺栓或中心孔堵板密封不嚴(yán)；

b.定子線棒空心股線斷裂，定子端部接頭螺栓松動(dòng)，絕緣引水管或匯水管破損；

c.氫氣冷卻器銅管破損或斷裂，氫氣管道排地溝閥或排大氣閥關(guān)不嚴(yán)；

d.密封瓦與軸徑的徑向間隙超標(biāo)或差壓閥控制精度差，造成密封油壓超出規(guī)定值。

3 漏氫防范措施及建議

氫冷發(fā)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)部件的漏氫涉及4個(gè)系統(tǒng)：水內(nèi)冷系統(tǒng)、油系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和氫密封系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)外部附屬系統(tǒng)的漏氫包括氫管路閥門及表計(jì)、氫油壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫油分離器、氫器干燥裝置、氫濕度監(jiān)測裝置、絕緣過熱檢測裝置等。以下結(jié)合發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對影響到漏氫的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行防漏分析。

3.1 機(jī)殼結(jié)合面

結(jié)合面主要漏氫部位的防漏措施：勵(lì)磁系統(tǒng)側(cè)、汽輪機(jī)側(cè)端蓋與機(jī)座的結(jié)合面及上下端蓋的結(jié)合面面積較大，密封難度較大，是防漏的薄弱環(huán)節(jié)。檢修時(shí)要檢查固定端蓋的螺孔，緊固端蓋螺栓時(shí)，應(yīng)用力均勻，保證結(jié)合面嚴(yán)密。在檢修回裝時(shí)，應(yīng)對結(jié)合面不平的部位打磨銼平涂密封膠。在回裝及解體的過程中，確保所做的標(biāo)記不傷及結(jié)合面。檢查驗(yàn)收所采用硅膠密封繩的尺寸、耐熱性能、耐油性能、彈性及耐腐蝕性能。在吊裝下端蓋時(shí)應(yīng)使下端蓋與機(jī)殼端部離開一定間距，防止搓斷發(fā)電機(jī)立面的密封條。發(fā)電機(jī)人孔也是漏氫的主要部位，在打開的過程中注意不要損壞結(jié)合面，如有損壞應(yīng)用銼刀銼平，在回裝過程中涂密封膠。

3.2 密封油系統(tǒng)

密封油系統(tǒng)中密封瓦與端蓋的結(jié)合面也是較容易漏氫的部位之一。上、下端蓋組裝、回裝時(shí)，接縫應(yīng)對齊，防止由于錯(cuò)口使密封墊受力不均。調(diào)整密封瓦與瓦座的間隙，防止密封油進(jìn)入機(jī)內(nèi)，空側(cè)密封油高于氫壓65 kPa，氫側(cè)密封油壓高于氫壓80 kPa。為防止密封油進(jìn)入機(jī)內(nèi)，應(yīng)控制好油檔間隙。發(fā)電機(jī)兩端軸瓦油擋頂部間隙控制在(0.50±0.05) mm，底部間隙控制在0～0.05 mm，兩側(cè)間隙控制在0.20～0.25 mm；油擋結(jié)合面接觸面積應(yīng)在75%以上。

3.3 轉(zhuǎn)子與定子部分

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組引線是通過轉(zhuǎn)子中心從勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子引來的，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面存在一個(gè)緊固密封點(diǎn)，該密封點(diǎn)漏氫，可在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組對轉(zhuǎn)子氣密試驗(yàn)孔測量到。轉(zhuǎn)子漏氫是動(dòng)態(tài)的，氫氣從滑環(huán)處的導(dǎo)電螺桿漏出，在運(yùn)行中很難處理。因此應(yīng)在大修中加強(qiáng)對滑環(huán)處導(dǎo)電螺桿的密封檢查。

文獻(xiàn)[6]定子繞組空心銅線部分也可發(fā)生漏氫，見圖1，定子發(fā)生漏氫后可用高溫火焊將銅棒烤軟，撬開一條縫，然后采用封焊將焊縫焊死。

圖1 定子繞組接頭泄漏位置示意

3.4 氫氣管道和閥門

所有氣體管道應(yīng)用無縫鋼管，嚴(yán)禁使用鑄鐵管件。管路連接應(yīng)盡量使用焊接方式，杜絕因密封墊老化造成的漏氫。氫管道集中的部位，應(yīng)有防震和防磨擦措施。并加強(qiáng)對管道的檢查，防止因管道之間相互磨擦，造成管壁局部變薄而泄漏。氫氣置換站氣體管道小閥門全部采用密封性能良好的球閥。

3.5 氫氣冷卻器

氫氣冷卻器是氫氣可漏點(diǎn)最多的設(shè)備，結(jié)合面的每條螺絲及每根銅管都有漏氫的可能，因此應(yīng)重點(diǎn)檢查，并單獨(dú)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力0.6 MPa，試驗(yàn)30 min無滲漏為合格。如發(fā)現(xiàn)銅管有滲漏，應(yīng)在滲漏管兩端用經(jīng)過退火處理的錐形紫銅棒封堵，如銅管脹口處滲漏時(shí)，應(yīng)用脹管器對脹口進(jìn)行補(bǔ)脹，并經(jīng)再次水壓試驗(yàn)合格為止。每臺冷卻器堵塞的滲漏銅管不能超過總數(shù)的5%，如超過則更換。減少冷風(fēng)器的漏風(fēng)率，提高冷卻效果。檢修中應(yīng)檢查擋封條，損壞的要及時(shí)更換，放在室外的冷風(fēng)器做好防塵措施，防止散熱片受到污染。另外，冷風(fēng)器散熱片表面的油污可用高溫?zé)嵴羝祪簟?/p>

3.6 發(fā)電機(jī)整體

當(dāng)發(fā)電機(jī)各密封點(diǎn)密封后就可以進(jìn)行發(fā)電機(jī)整體氣密試驗(yàn)，檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)所有靜密封點(diǎn)及密封瓦的密封性，以保證發(fā)電機(jī)漏氫率(量)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，將所有造成系統(tǒng)泄漏的現(xiàn)象在此階段消除。試驗(yàn)時(shí)所有管路恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，密封油系統(tǒng)投入正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)和氫冷器不允許充水，且排空閥打開，在氫系統(tǒng)內(nèi)接人0.25級精密壓力表檢驗(yàn)泄露情況，機(jī)內(nèi)充0.3 MPa的壓縮空氣，用肥皂水檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)各密封點(diǎn)的泄漏情況，并觀察空側(cè)密封瓦的回油情況，回油應(yīng)沿軸頸均勻平穩(wěn)流回。

試驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行36 h，其中連續(xù)一晝夜(24 h)最大允許漏空氣量和漏氫按表1判斷。

表1 連續(xù)24 h最大允許漏空氣量和漏氫量 m3

4 結(jié)束語

氫冷發(fā)電機(jī)漏氫的控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，影響發(fā)電機(jī)漏氫量的因素很多，若想從根本上控制漏氫量的大小，只有通過制造、檢修、運(yùn)行等各個(gè)方面相關(guān)部門齊心協(xié)力，各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在制造的過程中嚴(yán)格控制定子繞組水路和轉(zhuǎn)子的嚴(yán)密性；運(yùn)行時(shí)要注意調(diào)整密封油壓，時(shí)刻注意保持密封瓦氫氣、空氣側(cè)的油壓平衡。應(yīng)重視發(fā)電機(jī)的氫氣泄漏情況，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)特點(diǎn)和存在的問題，加大技改和檢修力度，不斷探索采用先進(jìn)的檢測手段和防范措施，并嚴(yán)密監(jiān)視發(fā)電機(jī)的漏氫，以便及時(shí)處理。通過對漏氫的檢測及處理，防止事故擴(kuò)大，保證機(jī)組運(yùn)行安全。

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本文責(zé)任編輯：王洪娟