發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)常見故障的原因分析及處理

彭 勇，吳青虎(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

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發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)常見故障的原因分析及處理

彭 勇，吳青虎
(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

〔摘 要〕介紹了發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及其5種運(yùn)行工況，對(duì)密封油系統(tǒng)調(diào)試過程中容易發(fā)生的問題和設(shè)備故障進(jìn)行了分析，并提出了處理方法，確保發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔關(guān)鍵詞〕發(fā)電機(jī)；密封油系統(tǒng)；浮球閥；氣密試驗(yàn)

0 引言

核電站CPR1000堆型發(fā)電機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子均采用氫氣冷卻，其發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的功能就是防止發(fā)電機(jī)內(nèi)部高壓氫氣從轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)殼體間的縫隙泄漏出來，同時(shí)也防止氫氣受到密封油所帶空氣的污染，此外還可用于帶走運(yùn)行時(shí)密封瓦產(chǎn)生的熱量。下文介紹了與遼寧紅沿河核電有限公司(以下簡(jiǎn)稱紅沿河核電站)CPR1000堆型發(fā)電機(jī)(東方電氣集團(tuán)成套供貨)配套的密封油系統(tǒng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及其處理方法。

1 設(shè)備及系統(tǒng)介紹

發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)一般采用雙流環(huán)密封油系統(tǒng)或單流環(huán)密封油系統(tǒng)。CPR1000堆型發(fā)電機(jī)采用單流環(huán)密封油系統(tǒng)，主要由發(fā)電機(jī)油密封、氫側(cè)回油箱、備用氫側(cè)回油箱、真空油箱、真空泵、氫油分離器、過濾器、主密封油泵、輔助油泵、直流油泵、差壓調(diào)節(jié)閥以及管道附件等設(shè)備組成。密封油系統(tǒng)組成如圖1所示。

在該機(jī)單流環(huán)密封瓦系統(tǒng)中，每個(gè)密封瓦由4瓣組成，密封瓦由特種黃銅材料(UZN2Pb)制成。密封油系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，密封油進(jìn)入密封瓦，經(jīng)由密封瓦與發(fā)電機(jī)軸之間的密封間隙，沿軸向從密封瓦兩側(cè)流出，即分為氫氣側(cè)回油和空氣側(cè)回油；并在該密封間隙處形成密封油流，既起密封作用，又起潤(rùn)滑和冷卻密封瓦的作用。CPR1000堆型發(fā)電機(jī)油密封結(jié)構(gòu)如圖2所示。

紅沿河核電站發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣額定壓力為300 kPa，密封瓦進(jìn)油壓力通過差壓調(diào)節(jié)維持在350 kPa左右，使油壓高于氫壓50 kPa，以防止氫氣泄漏。

2 系統(tǒng)運(yùn)行

密封油系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)分為如下5種工況。

(1) 正常運(yùn)行時(shí)，從主潤(rùn)滑油系統(tǒng)來的油進(jìn)入真空油箱，通過真空泵建立真空將氣體排出。真空油箱內(nèi)密封油經(jīng)主密封油泵升壓后，通過供油過濾器、差壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)入發(fā)電機(jī)兩側(cè)密封瓦。

(2) 當(dāng)主密封油泵或者真空油箱故障時(shí)，從主潤(rùn)滑油系統(tǒng)來的油經(jīng)補(bǔ)油過濾器直接進(jìn)入輔助油泵入口，經(jīng)升壓后通過供油過濾器、差壓閥調(diào)節(jié)閥進(jìn)入發(fā)電機(jī)兩側(cè)密封瓦。

(3) 若輔助油泵也發(fā)生故障，則從主潤(rùn)滑油系統(tǒng)來的油經(jīng)補(bǔ)油過濾器直接進(jìn)入直流油泵入口，經(jīng)升壓后通過供油過濾器、差壓閥調(diào)節(jié)閥進(jìn)入發(fā)電機(jī)兩側(cè)密封瓦。

(4) 若直流油泵也發(fā)生故障，則從主潤(rùn)滑油系統(tǒng)來的油經(jīng)供油過濾器、差壓調(diào)節(jié)閥直接進(jìn)入發(fā)電機(jī)密封油兩側(cè)密封瓦。此時(shí)必須將發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力降低至80 kPa。

(5) 當(dāng)主機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，密封油系統(tǒng)可獨(dú)立循環(huán)。此時(shí)應(yīng)降低發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力至80 kPa。

圖1　CPR1000堆型發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)

圖2　CPR1000發(fā)電機(jī)油密封結(jié)構(gòu)

3 調(diào)試過程中常見問題處理

3.1 發(fā)電機(jī)氣密試驗(yàn)不合格

發(fā)電機(jī)氣密試驗(yàn)是汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，目的是通過儀器和檢漏液檢查發(fā)電機(jī)本體及管道系統(tǒng)各密封點(diǎn)是否存在漏氣點(diǎn)并消除，控制發(fā)電機(jī)的日漏氫量在合格的范圍內(nèi)。紅沿河核電站設(shè)計(jì)規(guī)定折算成24 h標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的壓降應(yīng)小于2 kPa。

紅沿河核電站2號(hào)機(jī)組在進(jìn)行發(fā)電機(jī)氣密試驗(yàn)過程中，折算成24 h標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的壓降為2．05 kPa，氣密試驗(yàn)不合格?，F(xiàn)場(chǎng)采用常規(guī)的充氦氣方法進(jìn)行漏氣檢查，在對(duì)系統(tǒng)接頭、外部閥門的焊縫進(jìn)行檢查后，未發(fā)現(xiàn)大量漏氣點(diǎn)；最終在油氫分離箱頂部排氣風(fēng)機(jī)出口檢測(cè)到大量氣體泄漏。此時(shí)氫側(cè)回油箱油位穩(wěn)定在390 mm?，F(xiàn)場(chǎng)通過逐漸關(guān)小氫側(cè)回油箱排油閥，減小排油量，以提高氫側(cè)回油箱內(nèi)密封油液位的方法進(jìn)行驗(yàn)證，將油位穩(wěn)定在450 mm左右，排氣風(fēng)機(jī)出口漏氣量明顯減少。

浮球閥是自動(dòng)控制油位的設(shè)備，根據(jù)浮球閥的結(jié)構(gòu)原理(見圖3)，初步判斷浮球閥閥桿處存在漏氫現(xiàn)象。

為了提高氫側(cè)回油箱油位，并保證其自動(dòng)動(dòng)作過程可靠，采用通過浮球上的排油口為浮球充油(增加浮球重量)進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)球缺體積公式計(jì)算：

式中：ΔV——需要在浮球內(nèi)充油的體積，mL；

R——浮球半徑，mm；

H1——試驗(yàn)油位時(shí)球缺高度，mm；

H2——初始油位時(shí)球缺高度，mm。

浮球半徑R為110 mm；氫側(cè)回油箱內(nèi)初始油位為390 mm，對(duì)應(yīng)球缺高度為43 mm；氫側(cè)回油箱內(nèi)油位需要達(dá)到445 mm時(shí)，油位才能完全沒過閥桿，故試驗(yàn)液位時(shí)球缺高度為98 mm；將數(shù)值代入公式(1)，計(jì)算得出ΔV=1 777 mL。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，向浮球內(nèi)部充油1 800 mL后，投入密封油系統(tǒng)運(yùn)行，浮球閥自動(dòng)控制油位穩(wěn)定在445 mm左右。繼續(xù)進(jìn)行氣密試驗(yàn)并計(jì)算，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　氣密試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，折算成24 h標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的壓降為1．30 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過浮球充油試驗(yàn)，進(jìn)一步確定浮球閥閥桿處存在漏氣現(xiàn)象，并證明了通過提高氫側(cè)回油箱內(nèi)油位可以解決漏氣問題。

浮球內(nèi)部充油1 800 mL，約1．5 kg，通過增加浮球重量提高油位的方式在正常運(yùn)行中存在風(fēng)險(xiǎn)，僅能用于排查漏氣原因試驗(yàn)。為保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，通過與東方電機(jī)廠及浮球閥生產(chǎn)商討論，最終決定采用增加連接板長(zhǎng)度的方法解決此問題。考慮到油位應(yīng)淹沒閥桿油位及油位波動(dòng)的因素，將氫側(cè)回油箱內(nèi)油位維持在460 mm時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行是可靠的，連接板長(zhǎng)度需要增加70 mm。重新制作長(zhǎng)度為165 mm的連接板(原連接板長(zhǎng)度為95 mm)并安裝至浮球閥上，氫側(cè)回油箱油位穩(wěn)定在460 mm左右，發(fā)電機(jī)氣密試驗(yàn)結(jié)果為1．30 kPa，氣密試驗(yàn)合格，運(yùn)行狀態(tài)良好。

圖3　浮球閥結(jié)構(gòu)

3.2 油氫差壓變送器示數(shù)波動(dòng)

密封油系統(tǒng)油氫差壓由差壓調(diào)節(jié)閥控制，需維持密封油壓力高于發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣壓力50 kPa，以防止氫氣泄漏。差壓調(diào)節(jié)閥具有自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)功能，通過取樣管感應(yīng)密封油油壓和氫氣壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)密封油油壓。當(dāng)氫氣壓力下降時(shí)，差壓調(diào)節(jié)閥關(guān)小，減小密封油系統(tǒng)油壓；反之，當(dāng)氫氣壓力上升時(shí)，差壓調(diào)節(jié)閥開大，增加密封油系統(tǒng)油壓。始終維持油氫差壓在50 kPa左右。

在密封油系統(tǒng)調(diào)試過程中，油氫差壓變送器頻繁波動(dòng)。為此，將油氫差壓調(diào)節(jié)切換至旁路供油，隔離差壓調(diào)節(jié)閥，同時(shí)保持油氫差壓信號(hào)管通暢；然后擰松引壓管和壓差調(diào)節(jié)閥的接頭進(jìn)行排氣，將引壓管內(nèi)的氣體全部排出后，恢復(fù)系統(tǒng)，投入差壓調(diào)節(jié)閥。此時(shí)油氫差壓變送器示數(shù)穩(wěn)定在50 kPa左右，故障排除，運(yùn)行正常。

3.3 真空泵故障

密封油真空泵的作用是在真空油箱建立高度真空，并抽出密封油中析出的氣體和水分。密封油系統(tǒng)一般采用旋片式真空泵。旋片式真空泵是利用轉(zhuǎn)子和可在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動(dòng)的旋片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以獲得真空的一種變?nèi)輽C(jī)械真空泵。轉(zhuǎn)子偏心安裝在定子腔內(nèi)，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝配2個(gè)或數(shù)個(gè)旋片。當(dāng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)旋片旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋片借離心力(或彈簧力)緊貼缸壁，將進(jìn)、排氣口分割開來，并使得進(jìn)氣腔容器周期性擴(kuò)大而吸氣，排氣腔容積周期性縮小而壓縮氣體，借氣體壓力和真空泵油推開排氣閥排氣，從而獲得真空。該核電站密封油系統(tǒng)采用三旋片式真空泵。

密封油來自汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，含有一定水分，若水分含量過高將影響氫氣的干燥度，故密封油系統(tǒng)中設(shè)置了密封真空泵。密封真空泵建立和維持真空油箱的高度真空，可將水分從密封油中分離出來，并排入大氣。在發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)充水投運(yùn)前或者長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，需要利用密封油真空泵為定子冷卻水水箱建立真空，并充氮?dú)狻?/p>

在密封油系統(tǒng)調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)密封油真空泵無法啟動(dòng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，真空泵油變質(zhì)，真空泵內(nèi)部銹蝕嚴(yán)重，因此只能對(duì)真空泵進(jìn)行整體更換。分析原因?yàn)?，在定子冷卻水系統(tǒng)沖洗及充水過程前，啟動(dòng)真空泵為定子冷卻水箱抽真空，大量水分進(jìn)入真空泵，但未及時(shí)排放真空泵內(nèi)的積水，導(dǎo)致真空泵油惡化，真空泵內(nèi)銹蝕。另外，主潤(rùn)滑油系統(tǒng)水分含量高也會(huì)導(dǎo)致真空泵內(nèi)部積水，如不及時(shí)排放，也會(huì)導(dǎo)致真空泵油變質(zhì)，真空泵內(nèi)銹蝕。

4 其他需要注意的問題

(1) 在調(diào)試及運(yùn)行過程中，需要密切關(guān)注氫側(cè)回油箱油位，防止油位過高或者過低，避免發(fā)電機(jī)進(jìn)油或者“跑氫”。

（2） 當(dāng)差壓調(diào)節(jié)閥故障時(shí)，應(yīng)盡快人為切旁路運(yùn)行，手動(dòng)維持油氫差壓，并盡快排除故障。

（3） 真空泵調(diào)試及運(yùn)行時(shí)，真空泵油需保持正常油位，避免油位過高或者過低；真空泵油牌號(hào)應(yīng)嚴(yán)格遵循廠家說明書要求，禁止混用。

（4） 及時(shí)投用主潤(rùn)滑油系統(tǒng)凈化裝置，將潤(rùn)滑油含水率控制在合格范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

密封油系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)3大輔助系統(tǒng)之一，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行非常重要。針對(duì)紅沿河核電站密封油系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行過程中出現(xiàn)的漏氫、油氫差壓波動(dòng)、真空泵銹蝕等問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析并采取措施后，滿足了密封油系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要。這些措施對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組在密封油系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行中處理同類故障具有一定的參考借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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2 曹蘭敏，趙 超，曹銀?。?00 MW機(jī)組單流環(huán)密封油系統(tǒng)的安全運(yùn)行分析[J]．電力安全技術(shù)，2012，14(12)：10-14．

彭 勇(1976-)，男，工程師，主要從事核電常規(guī)島設(shè)備服務(wù)工作，email：pengyong96421@126．com。

吳青虎(1983-)，男，助理工程師，主要從事核電站汽輪發(fā)電機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)備服務(wù)工作。

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2015-08-16。