200MW氫冷汽輪發(fā)電機(jī)套管反復(fù)漏氫的治理與分析

林永峰 王云峰

（1.鎮(zhèn)江大全伊頓電器有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212200；2.神華國能焦作電廠，河南 焦作454000）

0 引言

×電廠＃3發(fā)電機(jī)為國內(nèi)某廠生產(chǎn)的QFSN－200－2型汽輪發(fā)電機(jī)，冷卻方式為水—氫—氫，額定功率200MW，額定電流8625A，額定電壓15.75kV，額定頻率50Hz。該發(fā)電機(jī)于1999年11月大修中進(jìn)行了增容改造（汽輪機(jī)部分同時進(jìn)行通流改造），改造后額定功率及額定電流分別增至220MW和9487A。2005年初到同年6月，該機(jī)“定子接地3次諧波”信號頻發(fā)，且一段時間后又會自行消失，運行中及停機(jī)后檢查均未發(fā)現(xiàn)明顯故障。因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸振偏大，該機(jī)于2005年5月10—29日進(jìn)行了現(xiàn)場動平衡配平試驗，消除了振動過大的故障。但從同年6月16日起，該發(fā)電機(jī)在9個月的時間內(nèi)，3次因套管密封問題導(dǎo)致停機(jī)，以下內(nèi)容就是對這3次事件的回顧和分析。

1 故障及處理

1.1 故障一

1.1.1 事發(fā)經(jīng)過及故障現(xiàn)象

2005年6月16日04：35，＃3發(fā)電機(jī)發(fā)“定子接地3次諧波”信號，其定子零序電壓高段保護(hù)動作，發(fā)電機(jī)跳閘。外部目測檢查發(fā)現(xiàn)A相引線套管有大量水外溢，流入發(fā)電機(jī)封母內(nèi)，隨即緊急停機(jī)。打開發(fā)電機(jī)下人孔，進(jìn)入底部檢查，發(fā)現(xiàn)B相出線過渡盒與尾端過渡盒之間的冷卻水絕緣引水管的尾端過渡側(cè)斷裂，水管對機(jī)殼底部有放電痕跡。B相出線套管上端絕緣盒處絕緣引水管有近20cm已經(jīng)爬電燒斷，并對出線罩底部有放電痕跡。A相出線套管上、下密封墊老化破損，并發(fā)現(xiàn)勵側(cè)出線底部內(nèi)有從轉(zhuǎn)子上脫落甩出的平衡塊2塊，分別重160g、70g，同時在出線罩內(nèi)發(fā)現(xiàn)10×50螺絲1條。本次故障共損壞絕緣引水管2根。拆除發(fā)電機(jī)兩側(cè)內(nèi)、外上端蓋，發(fā)現(xiàn)汽側(cè)內(nèi)端蓋內(nèi)側(cè)下方有金屬高速碰擦痕跡。

1.1.2 處理措施

退出引線內(nèi)冷水回路后，檢修人員對發(fā)電機(jī)線棒水系統(tǒng)進(jìn)行了水壓試驗，結(jié)果正常，然后拆除了發(fā)電機(jī)引線，分別更換了燒斷的2根引水管并進(jìn)行絕緣處理。同時，更換了A相出線套管的下端密封圈和密封墊。處理后，檢修人員又進(jìn)行了定子繞組內(nèi)冷水系統(tǒng)的整體動態(tài)（截流）水壓試驗，并對所有出線套管上端金具、過渡引線絕緣盒做體積電阻泄漏電流試驗，出水引水管54根線棒和引出線分別做超聲波流量試驗。因發(fā)電機(jī)內(nèi)部受潮嚴(yán)重，在定子兩端人孔處架設(shè)通風(fēng)機(jī)對定子內(nèi)部進(jìn)行通風(fēng)干燥，并清擦端部引線絕緣。對封閉母線及其高廠變T接進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)A相封母積水較多，進(jìn)行排水處理，通風(fēng)干燥，做絕緣、耐壓試驗通過，其他未發(fā)現(xiàn)異常。

按照標(biāo)記位置重新固定轉(zhuǎn)子平衡塊，全面檢查線棒、端部絕緣、漸開線部位及夾板、螺釘，未發(fā)現(xiàn)異常，重新回裝小端蓋及大端蓋。

通內(nèi)冷水條件下，做定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗、氣密試驗均合格。＃3發(fā)電機(jī)于2005年6月18日18：54并網(wǎng)運行。

1.2 故障二

1.2.1 事發(fā)經(jīng)過及故障現(xiàn)象

2005年7月7日09：45，＃3發(fā)電機(jī)氫壓突然下降，值長通知緊急查漏。11：30，電檢人員檢查發(fā)現(xiàn)＃3發(fā)電機(jī)A相出線套管與封母間軟連接罩內(nèi)有大量氫氣外溢，確認(rèn)該套管漏氫嚴(yán)重?zé)o法維持后申請停機(jī)處理。20：34，＃3發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列，開始置換氣體。

7月8日01：24，氣體置換完成，班組人員拆軟連接罩檢查A相出線套管，發(fā)現(xiàn)＃3機(jī)A相出線套管下端橡膠密封墊部分被密封法蘭擠出，造成出線套管下端徑向密封破壞，從而使機(jī)內(nèi)氣體經(jīng)由出線套管內(nèi)部竄出至下端橡膠密封墊外，流入軟連接罩中。

1.2.2 處理措施

更換A相出線套管下端橡膠密封墊及密封圈。

7月8日06：46，檢修工作結(jié)束，該漏點消除。

1.3 故障三

1.3.1 事發(fā)經(jīng)過及故障現(xiàn)象

2006年3月15日，＃3發(fā)電機(jī)A相出線套管漏氫量過大，無法維持運行，申請停機(jī)處理。經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，A相出線套管上、下密封墊均存在漏氫現(xiàn)象，其中套管上端面與密封墊接合面處有明顯爬電灼傷痕跡（上密封墊對應(yīng)部位亦被燒出溝痕），且瓷瓶下密封端面與導(dǎo)電桿軸線不垂直。B相中性點套管漏氫且下密封墊處發(fā)現(xiàn)有油跡。

1.3.2 處理措施

解體拆下漏氫的2根套管，對A相套管瓷瓶上端面的放電燒傷痕跡進(jìn)行打磨清理，并澆注環(huán)氧樹脂，固化后修研拋光恢復(fù)密封端面。2套管內(nèi)、外部清理，更換各密封墊后回裝。

2 故障分析

2.1 套管反復(fù)漏氫分析

＃3發(fā)電機(jī)A相出線套管瓷瓶上端密封面受損是套管反復(fù)漏氫及“定子接地3次諧波”信號頻發(fā)的根本原因。由于該發(fā)電機(jī)自1985年12月投運以來的20多年時間內(nèi)，其套管上端橡膠密封墊均未進(jìn)行過更換，橡膠材質(zhì)已老化龜裂，在一定條件下就會形成通道引發(fā)漏氫。加之套管瓷瓶上端密封位于出線罩底部（圖1），油污容易積存并沿漏氫通道滲入，導(dǎo)致沿滲漏通道發(fā)生爬電（引發(fā)保護(hù)裝置發(fā)“定子接地3次諧波”信號），使?jié)B漏進(jìn)一步發(fā)展和惡化，最終使套管瓷瓶上端完全失去密封作用?？梢耘卸?，故障一發(fā)生前A相出線套管下端密封已損壞，該套管已發(fā)生較嚴(yán)重的漏氫現(xiàn)象。

圖1 套管漏氫及接地部位

2.2 定子接地故障分析

故障一發(fā)生前的半年時間內(nèi)＃3發(fā)電機(jī)軸振持續(xù)超標(biāo)，使位于發(fā)電機(jī)勵端的＃7密封瓦經(jīng)常向機(jī)內(nèi)漏油。當(dāng)漏油較多排污跟不上時，出線罩內(nèi)油位將持續(xù)上升，接近或超過套管上端密封面，發(fā)生油污沿出線套管漏出的情況，同時可能引發(fā)定子繞組短時接地。由于軸振超標(biāo)—漏油—接地三者的發(fā)生存在一定時間過程，難以在DCS歷史曲線上發(fā)現(xiàn)明顯關(guān)聯(lián)，且接地故障發(fā)生部位隱蔽（位于出線罩底板與套管手包絕緣筒之間），放電存在偶發(fā)性和瞬時性，故通過直觀檢查和電氣耐壓試驗均難以發(fā)現(xiàn)。

2.3 封母進(jìn)水原因分析

故障一中，發(fā)電機(jī)出線罩內(nèi)2處無直接聯(lián)系的絕緣引水管同時發(fā)生斷裂，且斷裂部位無明顯鼓脹，在空間上距內(nèi)端蓋內(nèi)側(cè)金屬高速擦痕較近，可以判定為外力所致，即平衡塊固定不牢，運行中脫落飛出，打在絕緣引水管上，致使其破裂。破裂部位的漏水導(dǎo)致定子繞組接地、發(fā)電機(jī)跳閘，而機(jī)組跳閘后內(nèi)冷水系統(tǒng)仍在運行，在氫壓從發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)泄出的同時，發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水也不斷涌入出線罩內(nèi)，最終從A相出線套管下端漏入封母。由于事故處理時間限制，沒有消除套管上端密封的故障點，當(dāng)下端密封由于安裝工藝等問題密封不嚴(yán)時，即可能導(dǎo)致較為嚴(yán)重的漏氫現(xiàn)象，為后2次故障的發(fā)生埋下了伏筆。

3 處理結(jié)果及預(yù)防措施

3.1 處理結(jié)果

在故障三發(fā)生一年后（2007年）的＃3機(jī)組大修中，解體了該發(fā)電機(jī)的全部6根套管，更換了全部密封墊和受損的套管瓷瓶，并在套管、內(nèi)冷水箱等部位安裝了發(fā)電機(jī)漏氫在線監(jiān)測探頭。該發(fā)電機(jī)此后未再發(fā)生過此類故障。

3.2 預(yù)防措施

3.2.1 電氣試驗

由于定子繞組短時接地屬于軟故障，停機(jī)置換氣體后進(jìn)行電氣耐壓試驗時，往往造成接地的環(huán)境因素已發(fā)生改變，故難以找到故障點。建議在此類故障發(fā)生時，將發(fā)電機(jī)短時解列，投盤車，維持油壓、氫壓及內(nèi)冷水，暫不排污，電氣措施完備后進(jìn)行2.5倍直流耐壓試驗，查找放電故障點。

3.2.2 套管上端氣密性檢查

由于完善套管上端密封周期較長，緊急事故處理中，需要判定套管上端密封是否受損時，可在不拆除套管的情況下，將其下端橡膠密封墊改為開口墊后重新裝復(fù)壓緊，保持發(fā)電機(jī)工作氣壓，在下端密封墊開口處即可確認(rèn)上端密封是否泄漏，若有泄漏需及時進(jìn)行更換處理，預(yù)防事故擴(kuò)大。

3.2.3 運行與檢修

套管上端密封位于出線罩底部，為預(yù)防油污侵入，應(yīng)加強運行中的密封油壓調(diào)整，并及時排污，防止機(jī)內(nèi)油位上升引發(fā)短路接地。由于套管安裝法蘭排污孔徑較小（8～10mm），容易積存油污并造成堵塞，檢修中亦應(yīng)檢查疏通該排污孔，確保套管上端密封不受油污侵蝕。

3.2.4 密封墊檢查更換

套管瓷瓶密封材質(zhì)一般為耐油丁腈橡膠，其標(biāo)稱使用壽命通常為8～10年，但在油污浸泡侵蝕下會有一定縮短。國產(chǎn)同類機(jī)組一般運行年限均在20年以上，而套管解體檢修不屬于大修標(biāo)準(zhǔn)項目，套管上端密封墊往往多年（甚至自投產(chǎn)以來）都未進(jìn)行過更換，建議在近次大修中全面檢查，并視橡膠老化情況及時更換。當(dāng)發(fā)現(xiàn)套管下端密封墊有明顯油污時應(yīng)立即更換。

3.2.5 漏氫早期預(yù)警

由于套管漏氫屬于“暗漏”，發(fā)生初期不易發(fā)現(xiàn)，建議在同類發(fā)電機(jī)三相出線套管、中性點聯(lián)箱及內(nèi)冷水箱等部位安裝漏氫在線監(jiān)測探頭，并將漏氫量信號引入機(jī)組DCS系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)漏氫及時處理，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。故障一中，機(jī)組若安裝了該系統(tǒng)，內(nèi)冷水通過套管漏入封母的情況是完全可以避免的。

3.2.6 施工工藝改進(jìn)

套管下端密封是套管密封的最后一道屏障，此前的多次套管漏氫均與下端密封安裝不當(dāng)（軸向密封圈緊力不足、徑向密封墊裝偏等）存在聯(lián)系，有必要加強套管安裝方面的工藝培訓(xùn)。

4 經(jīng)驗教訓(xùn)

套管位于發(fā)電機(jī)最底部，其絕緣、密封和冷卻結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，運行中始終與氫、油、水等接觸，一定條件下，套管的漏氫通道內(nèi)易發(fā)生接地閃絡(luò)，而閃絡(luò)爬電會使漏氫問題進(jìn)一步惡化，最終因漏氫量過大或接地而導(dǎo)致停機(jī)事故。同時氫氣通過套管漏入封母，也可能導(dǎo)致爆炸事故。因此，套管漏氫現(xiàn)象值得引起相關(guān)企業(yè)的高度重視。

從文中的3起故障來看，發(fā)電廠出于保發(fā)電量以及事故定性的考慮，往往在事故發(fā)生后搶時間恢復(fù)，出現(xiàn)“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”，分析、處理不夠深入的情況，造成隱患無法根除，事故反復(fù)發(fā)生。建議企業(yè)有關(guān)管理和檢修人員轉(zhuǎn)變思想意識，在事故處理中不僅要快，而且要深入、徹底，確保發(fā)電企業(yè)的長周期生產(chǎn)安全。