1150MW核能發(fā)電機安裝期間典型故障及對策

羅賢龍，李祥奎，于新娜

（福建福清核電有限公司設(shè)備管理處，福建福清 350318）

0 引言

福清核電1#機組發(fā)電機是東方電機有限公司與法國Alstom公司合作生產(chǎn)的大型四極半轉(zhuǎn)速同步發(fā)電機。該發(fā)電機的冷卻型式采用“水氫氫”，即：定子線圈采用水內(nèi)冷卻，定子鐵芯采用氫氣外冷卻，轉(zhuǎn)子線圈采用氫氣內(nèi)冷卻。發(fā)電機的主要結(jié)構(gòu)形式是3 段式結(jié)構(gòu)，即發(fā)電機定子是由汽、勵端端罩和定子中段3個部分組成。4 個氫氣冷卻器為立式結(jié)構(gòu)，布置在發(fā)電機兩側(cè)。發(fā)電機型號為TA1100-78，額定功率1150 MW，額定氫壓0.3 MPa，額定功率因數(shù)0.9，勵磁方式為旋轉(zhuǎn)無刷勵磁（圖1）。

圖1 發(fā)電機外形

1 轉(zhuǎn)子汽端軸頸直徑尺寸超差

1.1 問題描述

2013年4月，安裝人員在現(xiàn)場測量1#發(fā)電機轉(zhuǎn)子直徑尺寸時，發(fā)現(xiàn)其汽端軸頸直徑尺寸超差。隨后廠家人員到現(xiàn)場復(fù)測，確認超差，測量數(shù)據(jù)如圖2，說明：GG、H-H、I-I 為軸瓦對應(yīng)軸頸的3 個測點（水平位置），J-J 為密封瓦對應(yīng)軸頸的1 個測點（水平位置）：

圖2 汽端軸頸測量尺寸

采用同一把尺子測量勵端軸頸直徑，測量分別取勵端軸頸3 個位置，測量值分別為799.95 mm、799.95 mm、799.94 mm，勵端軸頸無問題。

1.2 原因分析

廠家組織對加工過程和質(zhì)檢過程進行調(diào)查。1#發(fā)電機轉(zhuǎn)子于2011年1月開始汽端軸頸精車，到2011年2月完工，最終自檢尺寸為mm。隨后質(zhì)檢人員的檢查記錄中，轉(zhuǎn)子汽端軸頸尺寸也為mm，與自檢記錄相符。2011年12月，轉(zhuǎn)子動平衡后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)汽端、勵端軸頸有外觀運行痕跡并開出NCR（No-Conformance Report，不符合項報告）單，對缺陷位置用金相砂紙打磨過。通過對以上過程的梳理、分析，可得出如下原因：

（1）主因：轉(zhuǎn)子在最終砂修后軸頸溫度影響和測量誤差累計，導(dǎo)致了測量誤差。

（2）主因：質(zhì)檢人員未嚴格把關(guān)，未發(fā)現(xiàn)該部位尺寸超差，采取與自檢人員共同檢驗的方式，即最終自檢尺寸mm。

（3）轉(zhuǎn)子動平衡后，軸頸有運行痕跡并進行局部砂修，不會對軸頸尺寸造成影響（＜0.01 mm）。

1.3 處理方案

1.3.1 與軸瓦的配合

軸瓦尺寸設(shè)計要求為Φ801.2±0.1 mm，即軸瓦不按軸頸的實際尺寸配加工，軸頸和軸瓦實際尺寸都符合設(shè)計要求即可，此時軸瓦與軸頸的理論間隙為（1.1～1.35）mm，也就是說當軸瓦與軸頸的間隙保持在（1.1～1.35）mm 即符合長期運行要求。目前福清1#機軸瓦的實測尺寸為Φ801.23 mm，符合設(shè)計要求。

此時當此軸瓦與現(xiàn)在的軸頸配合時：G-G 截面處：軸瓦與軸頸間隙1.355 mm；H-H 截面處：軸瓦與軸頸間隙1.35 mm；II 截面處：軸瓦與軸頸間隙1.32 mm；從計算結(jié)果來看，僅在GG 截面處間隙大了0.005 mm。

1.3.2 與密封瓦的配合

根據(jù)ALSTOM 設(shè)計要求，密封瓦的內(nèi)徑需根據(jù)軸頸尺寸實配，確保氫側(cè)密封瓦的間隙為0.13±0.02 mm，空側(cè)密封瓦的間隙0.06±0.02 mm，運至現(xiàn)場的密封瓦已在東電按照檢查數(shù)據(jù)進行了配合，若將此密封瓦直接使用，將導(dǎo)致密封瓦與軸頸間隙偏大0.05 mm，所以此密封瓦不能直接使用，需在現(xiàn)場進行實配。

1.3.3 最終處理方案

（1）發(fā)電機汽端軸頸不做處理，即轉(zhuǎn)子直接使用。

（2）使用現(xiàn)有軸瓦時，汽端軸瓦與軸頸的間隙僅在G-G 截面處大0.005 mm，此超差尺寸很小，經(jīng)評價不會影響發(fā)電機運行。

（3）密封瓦在現(xiàn)場進行重新配置：密封瓦由4 塊組成，通過減小瓦塊端面尺寸來達到減小密封瓦內(nèi)徑的目的。

（4）對軸頸同軸度的偏差不做處理。

1.4 后續(xù)建議

從上述最終處理方案可知，軸頸及軸瓦都沒做處理，繼續(xù)使用。而密封瓦進行了重新配置，端面尺寸減小后，密封瓦的橢圓度也隨之變化，后續(xù)還需繼續(xù)跟蹤這些部件的運行情況。此次汽端軸頸直徑尺寸超差全系廠家制造缺陷造成，廠家承諾會做出如下改進：增加軸頸尺寸復(fù)查程序，且每一軸頸復(fù)查截面不得少于3 個，每一截面不少于4 個周向尺寸，杜絕該問題再次發(fā)生；轉(zhuǎn)子動平衡完成后重新復(fù)查軸頸尺寸；加強操作人員的自檢控制水平，規(guī)范檢查記錄表。在后續(xù)機組發(fā)電機的安裝過程中，安裝調(diào)試人員也應(yīng)加強對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的復(fù)查工作。

2 密封瓦定位銷位置檢查

2.1 問題描述

2014年3月，在某電廠2#機現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機密封座定位銷孔位置不對，與圖紙不符，使密封瓦卡口與密封座定位銷貼合不緊密，導(dǎo)致長時間運行后密封瓦在密封座內(nèi)轉(zhuǎn)動，密封瓦被磨損。因福清核電1#機采用同廠家同型號的發(fā)電機組，密封坐可能也存在同樣問題。如果運行期間密封瓦若隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的話，勢必造成密封瓦磨損、氫氣泄漏，后果十分嚴重，所以現(xiàn)場必須拆開軸承蓋和軸瓦，檢查密封座定位銷位置是否存在問題。

2.2 檢查方法和結(jié)果

（1）發(fā)電機密封瓦配合密封油一起用于密封發(fā)電機內(nèi)的氫氣，密封瓦安裝于密封座內(nèi)，密封瓦的固定主要靠2 個方式（圖3）。

圖3 發(fā)電機密封瓦結(jié)構(gòu)

采用柔性彈簧將密封瓦外圓圓周箍住，防止密封瓦徑向竄動，而柔性彈簧則固定于密封座定位銷上。密封瓦分上、下兩副，上半密封瓦開有圓形卡口，此卡口正好卡在密封座的定位銷上，定位銷對密封瓦起到限位作用，保證整套密封瓦不會沿著圓周方向轉(zhuǎn)動。如果定位銷孔位置不對，密封瓦將無法限位，將隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)逐漸轉(zhuǎn)動。

（2）檢查方法：測量上半密封座銷孔中心線到密封座內(nèi)圓距離為32.5 mm，如果距離不是32.5 mm，則密封座銷孔位置有問題。同樣方法測量下半密封座銷孔中心線到密封座內(nèi)圓距離為45 mm（圖4）。

圖4 下半密封座銷孔測量

最后經(jīng)拆卸檢查發(fā)現(xiàn)，福清1#發(fā)電機密封座定位銷孔位置無問題。

2.3 原因及影響分析

該問題由廠家制造缺陷造成，該數(shù)據(jù)為非檢查點，廠內(nèi)無復(fù)檢步驟。而銷孔位置由于在廠內(nèi)已經(jīng)配好，現(xiàn)場安裝人員也并未對此數(shù)據(jù)進行過測量。雖然最終檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)福清1#發(fā)電機密封座定位銷孔位置無問題，但由于提出該問題時，發(fā)電機已經(jīng)完成安裝，處于氣密性試驗之前。此次檢查需依次拆除發(fā)電機端部罩殼、勵磁機罩殼、7#、8#瓦內(nèi)外油檔、發(fā)電機上半端蓋、上軸瓦，耗費了安裝單位大量人力物力?；匮b后還需進行發(fā)電機整體氣密試驗，對發(fā)電機安裝總工期產(chǎn)生重要影響。

3 氣密性試驗多次不合格

3.1 問題描述

氣密性試驗是發(fā)電機安裝的重要環(huán)節(jié)，福清1#機組發(fā)電機整體氣密性試驗做過多次才最終合格，部分試驗時間及檢查結(jié)果見表1。

由表1 可知，在發(fā)電機整體氣密性實驗過程中，除發(fā)電機密封瓦處無泄漏外，發(fā)電機本體、GRV（Generator Hydrogen Supply，發(fā)電機氫氣供應(yīng)）系統(tǒng)氫氣純度儀裝置、氫氣干燥器裝置、氫氣增壓裝置，GRH（Generator Hydrogen Cooling，發(fā)電機氫氣冷卻）系統(tǒng)氫氣冷卻器，GHE（Generator Seal Oil，發(fā)電機密封油）系統(tǒng)回油管道法蘭，GST（Generator Stator Cooling Water，發(fā)電機定子冷卻水）系統(tǒng)回水管道法蘭等與發(fā)電機相連的輔助系統(tǒng)，均在不同次試驗中出現(xiàn)過泄漏。

3.2 原因分析及解決方案

3.2.1 設(shè)計選型錯誤

發(fā)電機氫氣供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)廠家在設(shè)備出廠前均做過氣密性實驗，在保證設(shè)備氣密性良好的前提下，才供貨出廠，因此設(shè)備在出廠時氣密性是有可靠保障的，設(shè)計選型問題主要反映在乙供（即安裝公司自行采購提供）閥門內(nèi)漏方面。

GRV010/011/012/013VK 閥門內(nèi)漏原因：該位置閥門并不是由發(fā)電機氫氣供應(yīng)系統(tǒng)廠家直接供貨，而是由安裝公司自行采購并安裝。安裝公司并未考慮閥門泄漏率的要求，同時也未與相應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)商進行技術(shù)溝通，造成閥門選型錯誤。GRV044/045/051VY 閥門內(nèi)漏原因：由于供貨商的閥門把柄結(jié)構(gòu)與閥門本體不配合，造成閥門無法關(guān)到位，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏?，F(xiàn)場對內(nèi)漏的閥門直接進行更換處理。

表1 發(fā)電機氣密性試驗情況

針對以上閥門內(nèi)漏造成氣密性不合格的情況，在后續(xù)機組中，設(shè)計溝通問題需要引起相關(guān)部門重視，安裝單位在采購前這類閥門前應(yīng)與GRV 系統(tǒng)設(shè)備供貨商進行技術(shù)上的溝通，確保采購的閥門滿足要求。

3.2.2 安裝質(zhì)量不合格

（1）GRV 系統(tǒng)管線接頭泄漏：其中90%管線接頭泄漏的位置都在GRV 發(fā)電機氫氣供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備上的相關(guān)儀表與相應(yīng)設(shè)備連接處，漏點十分集中。這是因為在進行發(fā)電機氣密性實驗之前，安裝公司對該系統(tǒng)相關(guān)儀表進行定期校驗。拆卸的儀表恢復(fù)過程中，并未保證其恢復(fù)儀表連接處的氣密性。

（2）GRV 系統(tǒng)法蘭泄漏：發(fā)電機氫氣供應(yīng)系統(tǒng)是按成套設(shè)備分模塊供應(yīng)至福清現(xiàn)場，模塊之間是需要安裝單位進行現(xiàn)場安裝，該系統(tǒng)存在法蘭泄漏，主要原因在于安裝單位安裝精度不夠造成。

（3）發(fā)電機勵磁端氫氣冷卻器密封條存在較大漏點，分析原因為：壓條未安裝到位，螺栓緊固力矩不平衡，力矩不合要求。汽端氫氣冷卻器右側(cè)上端面法蘭、氫氣冷卻器下部法蘭有漏點、密封油回油管道法蘭（勵端）泄漏、定子冷卻水回水管道法蘭泄漏，原因為：螺栓緊固力矩不平衡，力矩不合要求。發(fā)電機汽端左側(cè)測溫探頭第一個電纜法蘭處泄漏，原因為：法蘭上引出線絲堵緊固力矩不足。發(fā)電機通風(fēng)罩人孔漏點（2 處），原因為：緊固力矩不平衡、人孔門處墊片不合格、人孔門本身平整度不合格。GRV001EL 電磁閥內(nèi)漏原因：由于該閥門長期未使用，內(nèi)部橡膠老化造成。

從以上分析可知，安裝質(zhì)量差直接導(dǎo)致多次氣密性試驗不合格，而且主要原因就是設(shè)備連接處緊固力矩不夠，未對稱緊固。在后續(xù)機組中，應(yīng)在安裝質(zhì)量上嚴格考核和把關(guān)。

3.2.3 試驗條件不正確

2014年4月，經(jīng)過2 次氦氣無損檢漏，并完成漏點處理后，再次對發(fā)電機進行氣密性實驗，實驗數(shù)據(jù)經(jīng)計算合格。但在實驗過程中，GST發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)處于連續(xù)運行狀態(tài)，不符合實驗前提條件。在發(fā)電機整體氣密性實驗期間，不能啟動對發(fā)電機內(nèi)部測溫測壓儀表造成干擾的相關(guān)系統(tǒng)：GST 發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)、GRH 發(fā)電機氫氣、勵磁機空氣冷卻和溫度測量系統(tǒng)。因此，實驗結(jié)果不合格，需要重做。

氣密性試驗的驗收標準為24 h 后壓降必需＜2 kPa，泄漏率計算如式（1）：

其中，ΔP 為24 h 真實壓降，kPa；D——測試持續(xù)時間，h；P1、P2——測試起始、結(jié)束時機內(nèi)氣體壓力，kPa；t1、t2——測試起始、結(jié)束時機內(nèi)氣體平均溫度，℃；B1、B2——測試起始、結(jié)束時發(fā)電機周圍的大氣壓力，kPa。

通過泄漏率計算公式分析可知：測試結(jié)束時氫氣平均溫度t2偏低、氫氣壓力P2偏高，均會使實驗結(jié)果ΔP 減小，使計算出的泄漏率ΔP 偏小，很可能使不滿足泄漏率驗收標準的試驗，因為人為改變t2或p2，而使實驗泄漏率的計算結(jié)果合格。

GST 系統(tǒng)在運行過程中，發(fā)電機內(nèi)部的氣體是不會流動的，并且會對相應(yīng)溫度探頭造成加熱，使所測結(jié)束時的氫氣平均溫度升高，造成計算公式中ΔP 減小，使實驗結(jié)果合格。但是氣體并未流動，該溫度，不能真實表達發(fā)電機內(nèi)部氣體溫度。因此實驗結(jié)果不合格。

3.2.4 軸端密封處泄漏

除以上分析的原因外，密封瓦處安裝精度不達標導(dǎo)致發(fā)電機氣密性不合格的情況也時有發(fā)生。雖然在1#發(fā)電機氣密性試驗過程中，并沒有發(fā)現(xiàn)軸端有泄漏，但在此處一并提出進行分析，以便后續(xù)機組采取借鑒。

發(fā)電機端蓋中分面密封結(jié)構(gòu)見圖5。發(fā)電機軸端密封中，徑向密封依靠有2 條密封膠條、大端蓋處密封膠，軸向密封依靠密封瓦室內(nèi)密封油、中分面處密封油槽、密封膠。

圖5 發(fā)電機端蓋中分面密封結(jié)構(gòu)

發(fā)電機軸端密封泄漏的原因包括：密封油壓低，密封油進油堵塞；密封瓦安裝不合格，瓦塊刮傷、有污垢等；過渡環(huán)膠條質(zhì)量不合格、安裝不合格、螺栓力矩不平衡、力矩過小；密封膠粘度不夠，壓力不足；端蓋與發(fā)電機端罩結(jié)合面平整度不合格，間隙過大；端蓋、過渡環(huán)，密封瓦室中分面平整度不合格；密封膠滲入到油槽，堵塞油路，造成密封瓦室、過渡環(huán)中分面未充滿油，密封不夠。發(fā)電機軸端密封如果出現(xiàn)泄漏，則需對照上述可能原因逐個排查。

3.3 后續(xù)建議

發(fā)電機泄漏的途徑有很多，歸納起來有2 種：一是漏到大氣中，二是漏到發(fā)電機油水系統(tǒng)中和封母外殼內(nèi)。前者可以通過各種檢漏方法找到漏點以消除，如發(fā)電機端蓋、出線罩、發(fā)電機機座、氫氣管路系統(tǒng)等處的漏氫；后者基本屬于“暗漏”，漏點具體位置不易查明，檢查處理較為復(fù)雜，且處理時間長，例如，氫氣通過密封瓦及其墊片漏入密封油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)；通過定子線圈漏入定冷水系統(tǒng)中等，為此要求在安裝階段就要把好質(zhì)量關(guān)。

發(fā)電機整體氣密性試驗是發(fā)電機安裝調(diào)試階段最重要的試驗，氣密性試驗過程中，需重點關(guān)注檢驗如下部位：端蓋與機座把合面，端蓋合縫面；氫氣冷卻器安裝面，密封座把合面；出線瓷套管結(jié)合面；人孔門，管道上的閥門，表計接頭等。因試驗涉及系統(tǒng)較多，其前提條件及中間的任何一個環(huán)節(jié)都不能出錯，否則就會導(dǎo)致試驗不合格，造成工程進度、費用的損失。

4 結(jié)論

福清核電1#機組發(fā)電機安裝期間出現(xiàn)的眾多問題涵蓋設(shè)計、制造、安裝各個階段，不僅需要花費大量的人力物力消除缺陷，影響安裝進度和質(zhì)量，還給發(fā)電機后續(xù)可靠運行帶來隱患。在同類型發(fā)電機的安裝過程中，應(yīng)積極汲取教訓(xùn)，不斷總結(jié)經(jīng)驗，避免類似情況的再次發(fā)生。