氫冷發(fā)電機(jī)漏氫故障分析及處理措施

范天明，丁萬(wàn)林，曹 強(qiáng)，盧玉柱

（嘉峪關(guān)宏晟電熱有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 引言

2013年4月26日，國(guó)內(nèi)某發(fā)電廠(chǎng)5#發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行期間，值班員發(fā)現(xiàn)定子冷卻水箱含氫量突然增大，判定定子冷卻水系統(tǒng)存在漏氫故障。停機(jī)后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)汽端匯流管上方，三通與匯流管焊接處的焊縫存在裂紋（從汽端看，三通右側(cè)焊縫；從出水口端看，焊縫裂紋位于9點(diǎn)鐘位置，裂紋長(zhǎng)度為20 mm左右）?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)存在裂紋的焊縫進(jìn)行打磨，重新焊接。焊接后對(duì)水路做0.45 MPa氣密試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。機(jī)組于5月5日重新并網(wǎng)，5月7日下午，發(fā)電機(jī)漏氫量再次突然增大，再次停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)該焊縫另一側(cè)部位出現(xiàn)裂紋（從出水口看，焊縫裂紋位于3點(diǎn)鐘位置，焊縫裂紋長(zhǎng)度約35 mm）。該發(fā)電機(jī)為QFSN-350-2汽輪發(fā)電機(jī)，冷卻方式為水氫氫冷。

2 氫氣查漏方法

機(jī)組停機(jī)后，將發(fā)電機(jī)內(nèi)充入氫氣和少量氟利昂，用鹵素檢漏燈對(duì)機(jī)組各個(gè)密封面進(jìn)行鹵素檢漏，發(fā)現(xiàn)有漏氫現(xiàn)象，將漏氫的密封面重新把合，再進(jìn)行檢漏，沒(méi)發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。然后對(duì)輔機(jī)部分檢查，在發(fā)電機(jī)的內(nèi)冷水水箱中發(fā)現(xiàn)氣體壓力逐漸升高，所以在發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的水箱中，在氣樣門(mén)常開(kāi)的狀態(tài)下進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)水箱中含有大量氫氣。將發(fā)電機(jī)的端蓋打開(kāi)，開(kāi)始進(jìn)行內(nèi)部檢漏，向發(fā)電機(jī)的線(xiàn)圈內(nèi)通入水，壓力逐步升高，當(dāng)水壓升高到0.30 MPa時(shí)發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)的匯流管與聯(lián)通管的接口處有少量水珠漏出。將該處的絕緣剝開(kāi)后，重新給發(fā)電機(jī)打水壓，發(fā)現(xiàn)從接口處有大量水噴出，最后對(duì)匯流管漏水處進(jìn)行著色探傷，在接口處發(fā)現(xiàn)有一條20 mm長(zhǎng)的裂紋。

水氫氫冷發(fā)電機(jī)汽端匯流管示意圖如圖1（從汽端往勵(lì)磁看）。

圖1 發(fā)電機(jī)汽端匯流管示意圖

第二次漏氫停機(jī)后，首先判斷還是三通與匯流管焊接處的焊縫泄露，因此，對(duì)氫氣進(jìn)行置換后，直接打開(kāi)發(fā)電機(jī)汽端氫冷器人孔，進(jìn)人進(jìn)行檢查，果然還是該處焊縫出現(xiàn)裂紋。

由于匯流管是與發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈接頭相連的，所以匯流管無(wú)法拿出來(lái)，且匯流管與發(fā)電機(jī)定子的空間很小，因此，在現(xiàn)場(chǎng)這個(gè)位置處理漏點(diǎn)十分困難。

3 產(chǎn)生裂紋的原因分析

同類(lèi)型機(jī)組在國(guó)內(nèi)已投運(yùn)二百余臺(tái)，同型號(hào)機(jī)組已投運(yùn)五十余臺(tái)，均未發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題。此情況發(fā)生后，電機(jī)廠(chǎng)組織相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)匯流管焊縫裂紋問(wèn)題，進(jìn)行全面分析和排查。經(jīng)初步分析，可能導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋的原因存在的以下幾個(gè)方面：

（1）焊縫內(nèi)部存在焊接缺陷，焊縫強(qiáng)度降低；

（2）匯流管與三通插接深度不夠，配合間隙不均勻；

（3）匯流管材質(zhì)、三通材質(zhì)、焊接材料不符合要求；

（4）匯流管支架固定不牢固和不均勻；

（5）波紋補(bǔ)償器在安裝和運(yùn)行過(guò)程中存在應(yīng)力；

（6）匯流管三通處存在共振頻率。

針對(duì)以上可能存在的幾種原因，技術(shù)人員對(duì)發(fā)電機(jī)匯流管進(jìn)行了全面檢查：

（1）焊縫質(zhì)量檢查：采取焊縫逐層打磨和PT探傷的方法，未發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量缺陷。

（2）匯流管與三通連接方式的檢查：用內(nèi)窺鏡檢查，插入深度不小于10 mm，匯流管與三通配合間隙緊密，小于1 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

（3）材質(zhì)、壁厚檢查：用光譜分析儀及超聲測(cè)厚儀檢查，匯流管、三通、焊接材料材質(zhì)符合要求，壁厚符合要求。

（4）匯流管緊固件檢查：敲擊固定部件，沒(méi)有松動(dòng)跡象。

（5）波紋補(bǔ)償器檢查：對(duì)波紋補(bǔ)償器進(jìn)行拆卸檢查，安裝位置及相關(guān)尺寸正確。

（6）匯流管固有頻率的檢查：對(duì)匯流管進(jìn)行了通水狀態(tài)和不通水狀態(tài)下的固有頻率的測(cè)試，汽端上部匯流管三通附近固有頻率分別為50.2 Hz和52.4 Hz，該頻率接近發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率50 Hz。

通過(guò)以上分析和排查得出結(jié)論：匯流管上方三通處固有頻率為50 Hz頻率，與發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率50 Hz產(chǎn)生共振，匯流管三通與發(fā)電機(jī)共振是導(dǎo)致三通與匯流管焊縫產(chǎn)生裂紋的直接原因。而造成50 Hz固有頻率的原因，通過(guò)測(cè)量匯流管三通支架的位置，與設(shè)計(jì)圖仔細(xì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)汽端三通左側(cè)支架位置與設(shè)計(jì)位置逆時(shí)針?lè)较蚱x18°。

4 處理方法與措施

4.1 增加支點(diǎn)，改變固有頻率

既然是由于共振導(dǎo)致了裂紋的產(chǎn)生，那么，就必須設(shè)法采取措施，改變匯流管三通處的固有頻率，使其避開(kāi)發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率的整數(shù)倍，消除共振。

要消除共振，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行頻率是不可改變的，那就只好改變匯流管三通處的固有頻率，考慮在汽端匯流管三通附近增加固定點(diǎn)，增加匯流管三通處的固有頻率。具體方法是在汽端匯流管上，從汽端往勵(lì)端看，在11點(diǎn)與12點(diǎn)之間增加一個(gè)支點(diǎn)。增加支點(diǎn)的方法與原匯流管支撐固定方法一致，即選用同樣規(guī)格型號(hào)的支架，支架的底座焊接在發(fā)電機(jī)機(jī)殼上，支架管卡卡住匯流管，并進(jìn)行電氣絕緣處理。增加支點(diǎn)后，重新對(duì)汽端匯流管三通附近進(jìn)行頻率測(cè)試，此處頻率增加到75～88 Hz，已避開(kāi)50 Hz倍頻。

4.2 清理干凈焊縫，對(duì)裂紋重新焊接、檢漏和試驗(yàn)

(1)焊接前的防護(hù)措施

在發(fā)電機(jī)汽側(cè)端部線(xiàn)圈背部（頂部120°范圍內(nèi)）先嚴(yán)密鋪一層塑料布，并用膠帶粘好，塑料布上部再鋪一層白布，同樣用膠帶粘好，粘牢，匯水環(huán)上部及內(nèi)隔板也采取同樣方法粘好，粘牢，防止異物落入發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)及線(xiàn)圈夾縫中。用蓬布蓋好發(fā)電機(jī)端部漸開(kāi)線(xiàn)部分及內(nèi)護(hù)板內(nèi)部區(qū)域，防止金屬粉塵落入發(fā)電機(jī)線(xiàn)棒絕緣表面。打磨焊口坡口過(guò)程中始終用吸塵器對(duì)準(zhǔn)角磨砂輪機(jī)火花飛出邊，避免粉末飛散。在打磨匯水環(huán)坡口時(shí)，環(huán)內(nèi)兩敞口處應(yīng)用整塊的白布封堵好，系一細(xì)繩固定在外部牢固物體上，防止粉末及碎屑落入?yún)R水環(huán)中。

處理結(jié)束后，用吸塵器清理發(fā)電機(jī)汽側(cè)端部各部位，并用和好的面團(tuán)粘附一遍，確保金屬碎屑及粉末不留在機(jī)內(nèi)。

(2)焊接方法及步驟

拆下匯流管進(jìn)水波紋補(bǔ)償器，并用白布將進(jìn)水法蘭堵死。清理和打磨焊口處的坡口。采用亞弧焊接方式進(jìn)行焊接，單道，多層，小電流焊接的方式，控制好層間溫度，焊接前應(yīng)清理干凈管口粉末及碎屑。采用溫度低、電流小的氬弧焊焊接方式，可以大大減少焊接應(yīng)力，避免出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。焊接要有一個(gè)完整的工藝規(guī)程，這樣對(duì)于操作者有一個(gè)操作依據(jù)，來(lái)保證焊接質(zhì)量。

焊完第一層后，冷卻到室溫，清洗，著色探傷，若無(wú)問(wèn)題，以后每焊兩層作一次著色探傷，焊完最后一遍后，再做一次著色探傷，以確認(rèn)焊接的質(zhì)量。聯(lián)接好絕緣法蘭及波紋補(bǔ)償器，清理干凈著色部位。進(jìn)行內(nèi)冷水系統(tǒng)正沖洗，沖洗次數(shù)不少于3次。

(3)焊接后的各項(xiàng)試驗(yàn)

進(jìn)行0.75 MPa水壓試驗(yàn)，8 h無(wú)滲漏。水壓試驗(yàn)合格后，用壓縮空氣吹凈水路，充入0.10 MPa壓縮空氣及適量R12氟里昂，再升壓到0.3 MPa進(jìn)行鹵素檢漏，確認(rèn)無(wú)滲漏后進(jìn)行氣密試驗(yàn)，壓力為1.3倍的額定氫壓，24 h泄漏率不大于0.2%?；謴?fù)匯流管絕緣，室溫固化24 h。

4.3 焊接時(shí)的注意事項(xiàng)

焊接過(guò)程中要做好防火措施（準(zhǔn)備CO2滅火器2瓶）。焊接時(shí)把匯水環(huán)94、95、96三端子地線(xiàn)拆開(kāi)，用外引線(xiàn)將匯流管單獨(dú)接地，防止分流引起匯水環(huán)手包絕緣及測(cè)溫元件燒損。焊接完畢后一定要仔細(xì)清理發(fā)電機(jī)端部。尤其端部線(xiàn)圈背部要檢查，防止遺留金屬物件引起事故?？郯l(fā)電機(jī)端蓋前配合汽機(jī)本體清理好軸承室，確保異物不進(jìn)入油系統(tǒng)中。處理完畢后，要對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣進(jìn)行測(cè)試，防止在處理過(guò)程中損傷電氣絕緣。

5 避免裂紋的對(duì)策

通過(guò)對(duì)350MW水氫氫冷發(fā)電機(jī)組匯流管的故障分析、處理，我們可以將此方法推廣到同類(lèi)型機(jī)組漏氫的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)上。但這種故障是可以避免的，特此提出以下建議。

一是將匯流管三通處漏氫點(diǎn)納入電機(jī)廠(chǎng)重要質(zhì)量控制點(diǎn)，將匯流管固有頻率測(cè)試形成生產(chǎn)質(zhì)量控制固化程序，做好安裝與設(shè)計(jì)符合性的監(jiān)督，做好電機(jī)出廠(chǎng)的驗(yàn)收把關(guān)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

二是對(duì)于新建的發(fā)電機(jī)組，在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后，除了全面質(zhì)量檢查外，要重點(diǎn)做好匯流管固有頻率和焊接質(zhì)量的檢查與測(cè)試，防止其與發(fā)電機(jī)運(yùn)行整數(shù)倍頻的重合，防止共振引起的焊口裂紋故障的發(fā)生，確保發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。