1030MW發(fā)電機(jī)漏氫分析與處理

葛宗琴，胡海峻，焦立峰

（華能南京金陵發(fā)電有限公司，南京210034）

1 引言

大型發(fā)電機(jī)采用水氫冷卻方式，發(fā)電機(jī)定子繞組采用氫內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯以及轉(zhuǎn)子繞組采用氫氣冷卻，發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)冷水滲漏，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)放電，定子絕緣損壞，危及機(jī)組安全運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)某電廠1#發(fā)電機(jī)定子繞組漏水問(wèn)題的處理，從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、查找、處理漏點(diǎn)3方面進(jìn)行分析和論述，為大型發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子繞組漏水問(wèn)題的解決提供了一些思路。

2 設(shè)備概況

某電廠安裝有2臺(tái)1030MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)定子繞組為直接水冷，定、轉(zhuǎn)子鐵芯及轉(zhuǎn)子繞組為氫冷。

發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)[1]，由內(nèi)冷水箱、定冷水泵、冷卻裝置、過(guò)濾器和離子交換器組成，配備2臺(tái)定冷水冷卻器（100%容量）和1臺(tái)離子交換器。2臺(tái)離心式定冷水泵，1臺(tái)工作1臺(tái)備用，當(dāng)1臺(tái)定冷水泵出現(xiàn)故障后能自動(dòng)切換到另1臺(tái)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)額定氫壓為500kPa，定子繞組漏氫前，1030MW發(fā)電機(jī)日均漏氫量計(jì)算值在8m3附近。

3 發(fā)電機(jī)漏氫問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與分析

3.1 問(wèn)題發(fā)現(xiàn)

發(fā)電機(jī)日均漏氫量每日計(jì)算值約為8m3/d。2017年9月9日、10日1號(hào)發(fā)電機(jī)漏氫量增大至12m3/d，發(fā)電機(jī)日漏氫量有增大的趨勢(shì)。檢查發(fā)電機(jī)氫氣干燥器、氫氣冷卻器排氣門處、發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩側(cè)大端蓋、氫氣系統(tǒng)排污、取樣門、密封油系統(tǒng)檢查，未發(fā)現(xiàn)漏氫點(diǎn)。檢查至25m定冷水箱回水觀察窗內(nèi)發(fā)現(xiàn)明顯氣泡，達(dá)每分鐘60個(gè)氣泡，根據(jù)發(fā)電機(jī)廠說(shuō)明書(shū)，正常運(yùn)行時(shí)，該處每分鐘大約有1個(gè)小氣泡。在l號(hào)發(fā)電機(jī)定冷水箱頂部排氣口用漏氫檢測(cè)儀檢測(cè)，漏氫測(cè)試儀顯示滿量程。

綜合分析，l號(hào)發(fā)電機(jī)定冷水回水管出現(xiàn)大量氣泡，1#發(fā)電機(jī)日漏氫量增大，定冷水箱排氣口處氫氣濃度大，發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水內(nèi)部漏氫現(xiàn)象比較明顯，分析發(fā)電機(jī)內(nèi)部定冷水系統(tǒng)存在漏點(diǎn)。

3.2 發(fā)電機(jī)定冷水漏氫的部位和原因

發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)可能漏氫部位及漏氫原因有以下幾部分：

1）聚四氟乙烯絕緣引水管。導(dǎo)致聚四氟乙烯絕緣引水管漏氫的原因有：（1）引水管材質(zhì)差，有砂眼，導(dǎo)致絕緣引水管本身磨破漏水；（2）絕緣引水管過(guò)長(zhǎng)，運(yùn)行中引水管與發(fā)電機(jī)內(nèi)端蓋等金屬部分摩擦，導(dǎo)致水管磨破漏水；（3）絕緣引水管連接管螺母松動(dòng)、O形密封圈老化；（4）絕緣引水管金屬壓接接頭存在制造缺陷，壓接部分漏氣[2，3]。

2）定子線棒的空芯導(dǎo)線穿空前、水電接頭穿孔板封焊處以及水盒封焊處，焊接工藝不良，有虛焊和砂眼的存在，導(dǎo)致空芯導(dǎo)線漏水。

3）定子線棒空芯導(dǎo)線斷裂。斷裂部位發(fā)生在繞組的端部和槽內(nèi)直線換位處。產(chǎn)生原因?yàn)榭招木€棒材質(zhì)差，繞組端部處固定不牢，運(yùn)行中產(chǎn)生100Hz高頻振動(dòng)，致使導(dǎo)線換位加工時(shí)產(chǎn)生裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大和發(fā)展，最終斷裂[4]。

3.3 發(fā)電機(jī)漏氫檢查

機(jī)組停運(yùn)發(fā)電機(jī)氣體置換結(jié)束，與制造廠共同先從人孔門入內(nèi)檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯漏點(diǎn)，在對(duì)發(fā)電機(jī)0.2MPa水壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)1#發(fā)電機(jī)汽側(cè)12點(diǎn)鐘位置下層線棒水電接頭的水盒底板后有水流出（見(jiàn)圖1），查閱發(fā)電機(jī)接線圖，故障線圈為3#槽下層線棒。對(duì)發(fā)電機(jī)其他部位進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)其他部位存在漏點(diǎn)。拆除分相絕緣隔板檢查汽側(cè)3#槽下層線棒外側(cè)第1根不銹鋼空芯導(dǎo)線刺水（見(jiàn)圖2）。

圖1 線棒水盒水

圖2 漏點(diǎn)

3.4 定子線棒不銹鋼空導(dǎo)滲水原因

3.4.1 發(fā)電機(jī)定子線棒端部水電接頭結(jié)構(gòu)

THDF型發(fā)電機(jī)的定子線棒由多股空心不銹鋼冷卻管和實(shí)心銅導(dǎo)線組成，為保證良好的散熱性，在線棒端部，實(shí)芯導(dǎo)線與一連接套焊在一起，不銹鋼冷卻管焊接至一個(gè)水盒，水盒通過(guò)聚四氟乙烯（PTFE）絕緣軟管與汽端、勵(lì)端的匯流管相連[5]。上層線棒和下層線棒之間的電連接通過(guò)連接套用螺栓連。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 定子線棒水電接頭示意圖

3.4.2 不銹鋼空芯導(dǎo)線電腐蝕原因分析

拆除故障線棒的絕緣盒，對(duì)空導(dǎo)表面進(jìn)行了清理，表面擦拭清理出鐵砂樣酥松細(xì)顆粒，清理后空導(dǎo)表面及右側(cè)擋板出現(xiàn)一凹坑，周圍實(shí)心銅線有過(guò)熱痕跡。

分析認(rèn)為不銹鋼空芯冷卻管的不銹鋼材料存在結(jié)構(gòu)性缺陷，長(zhǎng)期運(yùn)行出現(xiàn)砂眼，運(yùn)行中氫壓高于水壓，不銹鋼空芯冷卻管砂眼處內(nèi)冷水雖然不能滲出，但該處的氫氣濕度應(yīng)較其他部位偏高，漏水的3#槽下層線棒是A相繞組的高位線棒，對(duì)地電位高達(dá)15.8kV，而砂眼處又處于線棒的角邊上，內(nèi)部股線圓角很小，角邊上的電場(chǎng)強(qiáng)度特別強(qiáng)，砂眼處濕度較大的氫氣在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下被電離成氫離子，氫離子腐蝕附近的不銹鋼空芯導(dǎo)線，腐蝕生成的鐵磁性顆粒在端部漏磁和強(qiáng)電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生局部放電和渦流，使不銹鋼冷卻管表面不斷被氣化、電離，出現(xiàn)凹坑，擋板附近導(dǎo)體發(fā)熱，局部放電和電離最終將發(fā)展成為A相定子繞組接地，應(yīng)該只是時(shí)間的問(wèn)題。

4 不銹鋼空導(dǎo)砂眼處理

4.1 不銹鋼空芯導(dǎo)線砂眼處理方案

制造廠就不銹鋼空芯導(dǎo)線砂眼及電腐蝕處理提出如下2個(gè)方案：

方案1：將3#下層線棒水電接頭處第1根不銹鋼空芯導(dǎo)線加橡膠塞直接封堵。優(yōu)點(diǎn)是處理簡(jiǎn)單快捷，機(jī)組可以快速恢復(fù)運(yùn)行，缺點(diǎn)是機(jī)組帶負(fù)荷能力受限，后續(xù)處理時(shí)需更換整根線棒，由于THDF型發(fā)電機(jī)端部采用整體灌膠結(jié)構(gòu)，更換單根線棒需破壞定子端部結(jié)構(gòu)，可能損壞其他線棒絕緣，需拆除或更換的線棒較多，施工工作量均較大，費(fèi)用高[6]。

方案2：對(duì)損壞空芯導(dǎo)線表面進(jìn)行焊接修補(bǔ)。優(yōu)點(diǎn)是能夠恢復(fù)3#線棒的冷卻能力，不影響機(jī)組帶負(fù)荷能力，缺點(diǎn)是清理焊接工藝要求高，現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)必須做好防止異物進(jìn)入發(fā)電機(jī)的措施。

經(jīng)評(píng)估，電廠決定采取第2種方案，對(duì)滲漏的不銹鋼空芯導(dǎo)線進(jìn)行清理，并制訂發(fā)電機(jī)內(nèi)部處理的防護(hù)方案。為防止氬弧焊溶解母材時(shí)，空芯導(dǎo)線凹坑處太薄導(dǎo)致焊接失敗。選擇采用銀釬焊工藝。先在同樣材質(zhì)的不銹鋼空導(dǎo)上進(jìn)行了試焊，確認(rèn)補(bǔ)焊后的不銹鋼空芯導(dǎo)線的強(qiáng)度滿足運(yùn)行工況要求。

4.2 漏點(diǎn)處理

漏點(diǎn)處理包括以下幾方面：

1）3#定子線棒空芯導(dǎo)線的漏點(diǎn)位于汽側(cè)上部12點(diǎn)鐘位置，可以在不抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的情況下進(jìn)行處理。處理關(guān)鍵是采取可靠的防護(hù)措施，確保處理過(guò)程鑿下的泥子等雜物不能進(jìn)入轉(zhuǎn)子以及鐵芯的風(fēng)道，保證機(jī)內(nèi)的清潔度。

2）對(duì)空導(dǎo)砂眼和凹坑部位采用銀釬焊工藝補(bǔ)焊修復(fù)，補(bǔ)焊完成冷卻后，對(duì)焊接邊緣的銳角進(jìn)行處理。

3）由1#發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)3#下層線棒水盒處通入儀用壓縮空氣，對(duì)汽側(cè)10根空導(dǎo)進(jìn)行了吹掃，確認(rèn)10根空導(dǎo)通流情況正常。

4）用工裝對(duì)單根3#槽下層線圈泵水壓，逐步升壓至約0.7MPa，保壓4h。下層線棒不滲不漏。水壓試驗(yàn)合格后，檢查汽端3#槽10根空導(dǎo)水流量正常。

5）泄壓放水，開(kāi)始焊水盒，水盒焊接完成后，再次進(jìn)行泵水壓，逐步升壓至約0.7MPa，保壓4h，期間多次檢查無(wú)滲漏。

6）更換新的O形密封圈，回裝3#槽汽側(cè)、勵(lì)側(cè)絕緣引水管。

7）絕緣引水管安裝完成后，開(kāi)展了整機(jī)水壓試驗(yàn)合格。

8）極相組的絕緣盒安裝?？諏?dǎo)漏點(diǎn)處理結(jié)束后，對(duì)1#發(fā)電機(jī)汽端底部和四壁用面團(tuán)全面清理，杜絕異物留在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，清理完畢后，測(cè)量發(fā)電機(jī)絕緣，并完成發(fā)電機(jī)直流泄漏電流試驗(yàn)合格。機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行。

并網(wǎng)后，觀察發(fā)電機(jī)定冷水箱回內(nèi)氣泡每分鐘1個(gè)，定冷水采樣化驗(yàn)含氫量0.4%，達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，漏氫量在約7m3/d，優(yōu)于國(guó)標(biāo)12m3/d和制造廠要求的18m3/d標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

運(yùn)行中根據(jù)機(jī)組每日漏氫量的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組漏氫量增大，通過(guò)漏氫排查、分析、試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)定子繞組漏氫，果斷停機(jī)，避免了發(fā)電機(jī)定子接地等重大設(shè)備損壞。

對(duì)定子線棒不銹鋼空芯冷卻管的砂眼和電腐蝕產(chǎn)生的凹坑處理正確，沒(méi)有簡(jiǎn)單地將故障冷卻管封堵，避免后續(xù)可能造成的3#槽下層線棒溫度偏高，影響機(jī)組帶負(fù)荷能力[1]。

主要經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)日漏氫量、補(bǔ)氫量的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)分析處理。

2）檢修、運(yùn)行人員要高度重視定冷水箱回水管氣泡的跟蹤檢查工作，它是判斷發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣漏至定冷水內(nèi)是否超標(biāo)的重要判據(jù)。

3）確認(rèn)發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)內(nèi)部存在漏點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡快停機(jī)檢查消缺，防止故障擴(kuò)大。

4）對(duì)發(fā)電機(jī)定子線棒空芯導(dǎo)線滲漏的處理方案要慎重，盡可能不采用將不銹鋼空導(dǎo)簡(jiǎn)單封堵方案，否則將影響機(jī)組帶負(fù)荷能力。

5）發(fā)電機(jī)內(nèi)部工作必須采取可靠包扎封閉措施，工作中，及時(shí)吸塵清理，全部工作結(jié)束后，再次全面清理檢查。防止金屬粉塵遺留在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)3000r/min的轉(zhuǎn)速作用下，進(jìn)入轉(zhuǎn)子風(fēng)道或定子鐵芯內(nèi)部，造成發(fā)電機(jī)故障。

6）發(fā)電機(jī)查漏過(guò)程中，須嚴(yán)格做好防止內(nèi)冷水進(jìn)入機(jī)內(nèi)的措施，對(duì)空冷線棒進(jìn)行處理如需放出機(jī)內(nèi)內(nèi)冷水時(shí)，需安排專人在排液口進(jìn)行檢查，確認(rèn)內(nèi)冷水已全部排出，必要時(shí)打開(kāi)發(fā)電機(jī)底部人孔進(jìn)行檢查，防止機(jī)內(nèi)積油水。檢修結(jié)束后，需按照預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程開(kāi)展絕緣和直流耐壓試驗(yàn)。