350MW機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣泄漏缺陷診斷分析及處理

廣西華磊新材料有限公司發(fā)電廠 晏 國

因?yàn)闅錃饩哂斜壤?、通風(fēng)損耗低、傳熱系數(shù)大的優(yōu)勢，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)基本上選用氫氣冷卻[1]。發(fā)電機(jī)氫氣純度不合格也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過熱、絕緣層材料疲勞損傷、發(fā)電機(jī)冷卻效果不佳、運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等[2]；假如發(fā)電機(jī)產(chǎn)生氫氣泄漏，不僅會(huì)影響發(fā)電機(jī)的冷卻實(shí)際效果，還會(huì)引起發(fā)生爆炸的概率。發(fā)電機(jī)漏氫可分為外泄漏和內(nèi)部的泄漏兩種，外泄漏能通過漏氫檢查儀檢測，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)泄漏沒法形象化分辨，只能依靠泄漏現(xiàn)象展開分析。

文獻(xiàn)[3]闡述了機(jī)組在盤車狀態(tài)下，因密封油油氫差壓低導(dǎo)致發(fā)電機(jī)密封油空側(cè)發(fā)生氫氣泄漏。文獻(xiàn)[4]分析了480MW發(fā)電機(jī)端蓋中分面和發(fā)電機(jī)引出線B項(xiàng)發(fā)生漏氫的現(xiàn)象。本文針對某電廠350MW機(jī)組發(fā)電機(jī)漏氫缺陷進(jìn)行了分析診斷，并采取了相應(yīng)的處理及時(shí)消除缺陷以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

某2×350MW電廠2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司制造的三相隱極式同步發(fā)電機(jī)，型號(hào)為QFSN-350-2，發(fā)電機(jī)定子繞組為三相、雙層、短距繞組，繞組接線為雙星形，冷卻方式為水-氫-氫，其設(shè)計(jì)規(guī)范見表1。氫氣由安裝在轉(zhuǎn)子兩端護(hù)環(huán)外側(cè)的單級漿式風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，并由兩組氫氣冷卻器冷卻。發(fā)電機(jī)端蓋內(nèi)裝有雙流雙環(huán)式油密封，以防止氫氣從機(jī)殼內(nèi)中逸出。定子繞組總進(jìn)、出水匯流管分別裝在機(jī)座的勵(lì)端和汽端，在出線罩內(nèi)還裝有單獨(dú)的出水小匯流管，由進(jìn)水匯流管經(jīng)絕緣引水管構(gòu)成向定子繞組、主引線、出線磁套端子及中性點(diǎn)母線板供水通路，由出水匯流管匯集排出。

表1 發(fā)電機(jī)規(guī)范

發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力（表壓）0.3MPa，最大不超過0.32MPa，定子冷卻水進(jìn)水壓力（表壓）0.2MPa，最大不超過0.25MPa，且任何情況下，控制發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力大于定子冷卻水壓力0.035MPa。為了提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性，配備有氫氣濕度、漏水、氫氣泄漏檢測儀以及絕緣監(jiān)測裝置，可對發(fā)電機(jī)運(yùn)行中定子絕緣進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。

2 發(fā)電機(jī)漏氫途徑

發(fā)電機(jī)組漏氫的途徑一般有外漏氫和內(nèi)部的漏氫兩種。外漏氫就是指發(fā)電機(jī)組里的氫氣根據(jù)泄漏點(diǎn)泄漏到外殼以外空氣中。因?yàn)闅錃庠诳諝庵锌焖俾?，在離氫氣泄漏點(diǎn)0.25m的空氣中很難發(fā)現(xiàn)氫氣的出現(xiàn)，一般這類氫氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)性很小。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，氫的密度是空氣中的1/14，是地球上最輕化學(xué)物質(zhì)；氫的分子熱運(yùn)動(dòng)速度快，進(jìn)而具備最大的擴(kuò)散速度和高傳熱性，其傳熱力是空氣中的7倍；并且氫氣的密度低，其壓損也小。氫氣泄漏到空氣中時(shí)，能夠通過檢測發(fā)電機(jī)端蓋、電機(jī)定子全部法蘭孔、氣管路系統(tǒng)、出線盒、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座冷卻器等泄漏點(diǎn)來消除。

另一種主要是因?yàn)闅溆筒顗毫﹂y性能差，氫氣大量進(jìn)入空側(cè)或密封性瓦連接面造成氫氣泄漏，根據(jù)密封性瓦進(jìn)到密封油系統(tǒng)。氫氣與密閉式瓦空側(cè)回油一起進(jìn)到汽輪發(fā)電機(jī)油箱，在油箱產(chǎn)生爆炸性氣體的內(nèi)部漏氫。此外一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)漏氫情況就是發(fā)電機(jī)組定子繞組中空導(dǎo)線內(nèi)壓力小于機(jī)身壓力時(shí)，中空導(dǎo)線密封性損傷，氫氣首先會(huì)泄漏到定子繞組中空導(dǎo)線內(nèi)冷水中，阻攔水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻水流量降低。氫氣泄漏到氫冷卻器的冷卻循環(huán)水和封閉母線基本都是內(nèi)泄漏氫。

3 發(fā)電機(jī)漏氫的常見原因

3.1 氫氣冷卻器因管路震動(dòng)造成氫氣泄漏比較大

發(fā)電機(jī)組冷卻器由開式水循環(huán)式系統(tǒng)冷卻，聯(lián)接氫冷器進(jìn)出口的冷水管震動(dòng)，法蘭聯(lián)接螺絲松動(dòng)，法蘭密封墊因外力作用震動(dòng)而疲乏毀壞，造成氫氣泄漏。

3.2 氫冷卻器和端蓋的氣密性蓋焊接漏氫

氫冷卻器的端蓋和接合面都是氫常常泄漏部位。最主要的氫泄漏緣故如下：一是因?yàn)榻M裝欠佳，氫氣冷卻器端蓋與外殼間的法蘭密封墊旋蓋地腳螺栓未扭緊，法蘭密封墊有刮痕、損壞。二是發(fā)電機(jī)組氫冷卻器端蓋法蘭密封墊衰老，如不及時(shí)拆換，密封墊容易損壞并泄漏氫氣。

3.3 密封油差壓閥欠佳造成氫氣泄漏

正常運(yùn)行時(shí)，密封油工作壓力務(wù)必高過氫氣工作壓力40kPa之上，密封油才能把氫氣密封在定子內(nèi)部，當(dāng)溫度或者其他原因造成氫氣工作壓力發(fā)生變化時(shí)，密封油壓務(wù)必相對應(yīng)變化，油氫壓差務(wù)必保持在60kPa上下，壓差高時(shí)密封油進(jìn)到定子內(nèi)部，壓差低時(shí)密封不嚴(yán)，油氫壓差閥就是依據(jù)氫氣工作壓力的變化來隨時(shí)調(diào)整密封油壓力的作用。

3.4 密閉式瓦漏氫

密封瓦座墊片損傷或有毛刺。機(jī)組的密封瓦座根據(jù)螺栓固定于端蓋上，密封瓦座與端蓋連接面中間有一層環(huán)氧樹脂絕緣填充料。該密封圈在施工前要認(rèn)真檢查有沒有裂開、毛邊，切記不能在安裝過程中刮傷。此外，假如密封座的連接面有空隙，密封瓦間隙比較大，也會(huì)造成氫氣泄漏。

3.5 出線罩漏氫

造成出線罩漏氫的原因主要有以下兩個(gè)方面：一是密封涂料遇熱熔化后擠壓。出線罩和定子的連接面涂有密封涂料，常溫狀態(tài)密封效果明顯，但發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行后定子里的氫氣溫度升高，密封涂料融解變松，從連接面擠壓造成氫氣泄漏。

二是密封效果不好。發(fā)電機(jī)組出線罩與發(fā)電機(jī)組、定子之間空隙小，密封焊接作業(yè)艱難，焊接可能出現(xiàn)出氣孔和焊痕，都是漏氫的原因之一。此外，出線罩與定子間的對口空隙、焊接電流、焊接順序也對出線罩密封焊質(zhì)量有很大影響。

4 發(fā)電機(jī)組氫氣泄漏概述

某年12月27日發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組運(yùn)行中補(bǔ)氫操作比較頻繁，且補(bǔ)氫量日漸增大，最大補(bǔ)氫量達(dá)到16m3/d，遠(yuǎn)超出廠家給出的最大補(bǔ)氫量10m3/d。31日16時(shí)40分，2號(hào)發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱壓力高報(bào)警，就地開啟定子冷卻水箱排汽門測氫，檢測到有氫氣含量，排氣后壓力高報(bào)警信號(hào)消失，就地跟蹤測量定冷水箱排汽門有氫氣排出，判定發(fā)電機(jī)內(nèi)漏致使氫氣進(jìn)入定冷水箱。

隨后，組織開展停機(jī)消缺相關(guān)事宜，于次年1月12日，開工2號(hào)發(fā)電機(jī)檢修工作票，進(jìn)行2號(hào)發(fā)電機(jī)氫氣泄漏點(diǎn)查找，發(fā)現(xiàn)A相引出線絕緣引水管與端部繞組槽口接觸位置有漏氣點(diǎn)，確定該位置為內(nèi)漏點(diǎn)，如圖1所示，拆開勵(lì)端端蓋檢查各個(gè)引水管交叉點(diǎn)及接頭位置未發(fā)現(xiàn)新的漏氣點(diǎn)。1月15日更換絕緣引水管后再次進(jìn)行查漏，發(fā)現(xiàn)A相引線水電接頭處存在氫氣泄漏，經(jīng)剔除絕緣后檢查，發(fā)現(xiàn)引線水電接頭處存在兩個(gè)漏點(diǎn)如圖1所示，對水電接頭進(jìn)行焊接處理后，水路保壓試驗(yàn)正常。

圖1 絕緣引水管泄漏點(diǎn)位置

4.1 原因診斷分析

一是2號(hào)發(fā)電機(jī)2015年進(jìn)行過檢修，重點(diǎn)是對勵(lì)端絕緣引水管固定情況進(jìn)行過排查，在短時(shí)間運(yùn)行工況下依舊發(fā)生絕緣引水管磨破情況，從拆下來的絕緣引水管來看，磨破的絕緣引水管與端部繞組槽口接觸位置已經(jīng)進(jìn)行過防磨處理，但未進(jìn)行固定，機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)接觸面相互摩擦，直至破損。反映出設(shè)備檢修后，專業(yè)驗(yàn)收把關(guān)不嚴(yán)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，并予以消除。

二是外聘廠家人員對絕緣引水管間存在的摩擦和固定沒有一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)方案，每次出現(xiàn)絕緣引水管磨穿問題后，到廠的人員提出的固定和防磨方案間均存在差異。

三是如圖2所示，發(fā)電機(jī)絕緣引水管出廠設(shè)計(jì)布局不合理，現(xiàn)場存在隱患較多。檢查2號(hào)發(fā)電機(jī)一共有10根絕緣引水管存在問題，均位于發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)下部區(qū)域，其中有8根絕緣引水管間存在交叉，2根絕緣引水管長度過長，存在與線棒或機(jī)殼觸碰問題。

圖2 發(fā)電機(jī)絕緣引水管現(xiàn)場布置圖

四是由于引水管表面光滑，防磨包扎物在機(jī)組運(yùn)行端部振動(dòng)的情況下，逐漸出現(xiàn)松動(dòng)及位移，造成引水管逐漸被包扎物磨穿形成泄漏點(diǎn)。

4.2 處理措施

機(jī)組正常運(yùn)行中，發(fā)生氫氣泄漏時(shí)，機(jī)內(nèi)氫氣壓力下降，會(huì)影響機(jī)組出力，為保證機(jī)內(nèi)氫壓在一定范圍，機(jī)組出力不受限制，勢必補(bǔ)氫操作頻繁，補(bǔ)氫量增大，制氫頻繁，成本大，經(jīng)濟(jì)性差；再者，會(huì)使定子冷卻水流量降低，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣塞，導(dǎo)致定子線圈過熱，絕緣受損，甚至有可能發(fā)生氫氣著火，威脅機(jī)組安全[5]。為防止發(fā)電機(jī)絕緣引水管漏水，絕緣引水管盡量避免與其他部位相碰或交叉，若無法避開，必須使用玻璃絲帶綁扎固定，且中間需墊滌綸氈。本文就此次氫氣泄漏，采取以下措施。

一是針對2號(hào)發(fā)電機(jī)設(shè)備和安裝時(shí)遺留的、無法通過后期固定和包扎加固解決的先天問題，專業(yè)上積極聯(lián)系廠家對存在隱患的絕緣引水管重新規(guī)劃布置。二是結(jié)合匯水環(huán)備用接頭實(shí)際位置，重新調(diào)整匯水環(huán)內(nèi)水管布置，將長度較長的水管改為就近接入?yún)R水環(huán)內(nèi)，存在相互摩擦地引水管重新調(diào)整長度和接入接頭位置，消除相互接觸。三是總結(jié)每次故障處理中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合廠家人員給出的建議，整理出與機(jī)組相適應(yīng)的處理的方法，保證修后不留隱患。四是機(jī)組正常運(yùn)行中，加強(qiáng)定子線圈溫度及定子冷卻水出水溫度的監(jiān)視，若溫度升高，應(yīng)分析判斷是否由于氫氣泄漏所致，同時(shí)定期對定子冷卻水箱及封閉母線進(jìn)行漏氫檢測。五是施工過程嚴(yán)格按工藝標(biāo)準(zhǔn)及《防止電力生產(chǎn)事故二十五項(xiàng)反措》第11.3.2條執(zhí)行。

綜上所述，該350MW機(jī)組發(fā)電機(jī)氫氣泄漏診斷原因主要是由于絕緣引水管長度不一，布局不合理，大修后驗(yàn)收把關(guān)不到位，加之機(jī)組正常運(yùn)行中由于振動(dòng)，絕緣引水管間相互碰摩，導(dǎo)致絕緣引水管出現(xiàn)漏點(diǎn)。通過更換絕緣引水管，重新對絕緣引水管布局，調(diào)整匯水環(huán)內(nèi)水管布置，將長度較長的水管改為就近接入?yún)R水環(huán)內(nèi)，存在相互摩擦的引水管重新調(diào)整長度和接入接頭位置，采用玻璃絲帶綁扎固定，且中間墊滌綸氈的方法解決了該問題。