打开文本图片集

摘要：针对国家能源菏泽发电有限公司#5发电机出现大量漏氢的问题，对发电机氢气泄漏的原因进行了深入探讨，通过对氢气系统、密封油系统和密封瓦结构进行分析，寻找解决问题的方法，对系统设计和运行中存在的问题和隐患进行了改造及优化调整， 由此总结出一套查找治理漏氢点的方法，使发电机补氢量稳定在优良范围内。

关键词： 330MW  汽轮发电机组  漏氢  处理

0 引言

漏氢量是氢冷发电机组的主要技术指标之一。大量漏氢会导致氢压下降，影响发电机冷却，从而限制发电机带负荷。漏氢给安全生产带来极大的安全隐患，漏氢严重时可能造成发电机周围着火，甚至引起氢气爆炸，造成发电机损坏以致机组停机。因此，必须足够重视机组漏氢问题并消除。

1 设备概述：

国家能源菏泽发电有限公司#5发电机由东方电机股份有限公司制造，发电机为两极三相同步交流发电机。发电机采用水/氢/氢冷却方式，定子绕组为直接水冷，定、转子铁芯及转子绕组为氢气冷却，密封油系统采用单流环式密封瓦。氢气由装在转子两端的单级螺桨式风扇强制循环，并通过设置在定子机座顶部两组氢气冷却器进行冷却。氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦、密封油系统以及氢气管路构成全封闭气密结构。发电机型号：QFSN-300-2-20B；额定功率：353/300 MVA/MW；最大连续功率：388/330 MVA/MW；额定电流：10189 A；额定氢压：0.25MPa。

2 现状调查

2020年9月份以来，#5发电机补氢量明显增大，通过对#5发电机补氢量跟踪统计，2020年9月#5机组补氢量统计列表如下：

由以上统计得出#5发电机补氢量平均每天高达11.61 m3，超出国家标准及我公司标准（10m3/天），不但影响机组的经济性，还严重威胁了发电机组的安全运行。

3 发电机漏氢量超标的危害：

3.1不能保证发电机额定氢压，从而影响发电机的出力。

3.2损坏发电机定、转子绕组绝缘，严重时引发相间或对地短路事故。

3.3消耗氢气过多，补氢操作频繁，运行成本高。

3.4发电机系统可能着火、爆炸，容易造成人身伤害和设备严重损坏。

4 发电机漏氢的途径：

4.1从氢冷发电机的漏氢部位可分为两部分：一是氢冷发电机内部本体结构部件的漏氢，二是发电机外部附属系统的漏氢。氢冷发电机本体结构部件的漏氢可分为水电连接管和发电机线棒的水内冷系统；发电机密封瓦及氢侧回油管接头的油系统；发电机氢气冷却器的循环水系统；发电机人孔、端盖、二次测量引出线端口、出线罩、氢冷器法兰等氢密封系统。发电机外部附属系统的漏氢包括氢管路阀门及表计、油氢差压调节系统、氢器干燥装置、氢湿度监测装置、绝缘过热检测装置等。

4.2根据漏氢的根源和途径的不同，漏氢又可分为内漏和外漏，氢气直接漏到大气中称为外漏，外漏点比较直观易查找和处理；氢气通过其它介质和空间泄漏掉称为内漏，如氢气漏入发电机密封油及内冷水系统，内漏一般不易查找和处理。

5发现的问题及处理方法

5.1 密封瓦的间隙不符和设计标准

5.1.1密封油系统的运行方式

#5发电机密封油系统采用单流环式密封瓦，其正常运行方式如下：

轴承润滑油供油       真空油箱      主密封油泵（或备用密封油泵）     滤油器      油氢差压阀       发电机密封瓦      氢侧排油（空侧排油不经过回油扩大槽和浮子油箱直接回空气抽出槽）     密封油回油扩大槽      浮子油箱      空气抽出槽      轴承润滑油排油      汽机主油箱。

由于氢冷发电机的转子轴伸必须穿出发电机的端盖，因此，这部份成了氢内冷发电机密封的关键。密封油将油供应给轴密封瓦上的环状配油槽，油沿转轴轴向穿过密封瓦内径与转轴之间的间隙流出。如果这个油路中的供油油压在密封瓦处恰好相等，油就不会在配油槽之间的间隙中窜流。通常只要密封油压始终保持高于机内气体压力，便可防止氢气从发电机内逸出。氢侧排油则将沿轴和密封瓦之间的间隙流向氢侧回油扩大槽并最终流入主油箱，而空侧排油则将沿轴和密封瓦之间的间隙流往轴承侧，最终也流入主油箱，从而防止了空气与潮汽侵入发电机内部。

5.1.2发电机密封瓦与轴系间隙大

2021年3月份#5机利用停机机会对发电机密封瓦工作情况进行测量测评，检查发现励端密封瓦磨损严重，氢气通过轴系及垫片泄漏，解体后分析#5机漏氢的原因如下。

（1）瓦座密封条质量有问题造成密封条老化，是瓦座漏氢的主要原因。

（2）瓦座密封槽尺寸和图纸尺寸要求偏差大，造成密封条和密封槽不匹配，密封不严，形成漏点。

（3）密封瓦和轴颈损伤造成密封瓦间隙过大，是造成漏氢的又一原因。

5.1.3检修处理措施

（1）经过调研选择信誉度高、质量过关并经多家电厂使用无问题的密封瓦厂家。

（2）精心测量认真核算，选择最佳配合的密封条。

（3）将损伤的轴颈进行电刷镀处理，对发电机密封瓦进行精心刮研，使空、氢两侧间隙及接触面在标准范围内，并通过三级验收合格后方可安装。

（4）#5机励端密封瓦及垫片检修后，调整励端密封瓦块最佳工作位置，使发电机密封瓦间隙及油档间隙符合厂家设计标准，使发电机漏氢得到明显改善。经做发电机气密性试验合格，达到良好标准。

5.2 密封油系统运行参数偏离正常值

正常运行中，密封油油氢差压应维持在0.056MPa（正负0.02Mpa），密封油油氢差压阀调节性能差，油氢差压变化大，致使漏氢量增大。

通过对#5机密封油系统运行参数的监视跟踪记录分析，发现密封油油氢差压不稳定，根据密封油油氢差压变化，分析其变量与补氢量的对应关系。经过分析，汽轮机密封油油氢差压阀调节性能差，不能适应变负荷要求，2021年3月份利用大修机会，对密封油油氢差压阀进行了更换，提高了密封油油氢差压阀调节性能，使#5发电机漏氢得到缓解。

5.3 定冷水系统引线末端和出线套管密封圈老化损坏

2021年1月，从漏氢检测仪显示发电机定冷水箱处含有氢气，当时氢气含量为1.3％，为了确证这一点的漏氢情况，我们使用便携式氢气纯度分析仪从定冷水箱取样管口处取样化验，含氢量是1.4％，到2021年2月定冷水箱含氢量最大达到6％，确证水箱含氢后，这期间我们多次加强现场跟踪记录，并通过试验分析得到确认。

5.4 氢气系统管道、阀门、法兰、活接及辅助设备等存在漏点

通过对#5机氢气系统进行认真排查，发现以下位置存在较严重的漏氢：（1）#5机氢气系统A、B氢气去湿装置内三通阀处；（2）#5机A、B侧氢气干燥器油水分离器排污管连接处；（3）#5机A、B侧氢气干燥器油水分离器排污门内漏；（4）#5机氢气系统A、B氢气去湿装置内排污阀内漏；（5）#5机氢气系统压力变送器法兰处。针对以上漏点，通过检修人员消缺，漏氢问题基本都能解决，但随着时间的推移，很可能再次出现泄露情况，需要运行人员经常加强监视和检查。

6 漏氢的综合治理

6.1 加强发电机氢气系统、密封油系统的运行维护

6.1.1每天对发电机本体和氢气系统管道、阀门、法兰、活结等处进行漏点检查，并对密封油油箱排烟风机出口、主油箱排烟风机出口、定冷水箱排气口氢气含量测量，定期对发电机底部排污，检查冷却水系统有无泄漏。一旦发现异常，立即查找原因并及时进行处理。

6.1.2做好氢冷器运行参数的检查调整，维持氢温在35—46℃之间，发现异常及时分析原因进行处理。

6.1.3发电机额定氢压为0.25MPa，氢压降低至0.238MPa，应及时进行补氢。如果氢压下降较快，应立即查找原因，堵塞消除漏点。

6.2 在备件上严把质量关

#5发电机漏氢事例究其根本原因多出现在备件质量上，一是线棒连接管质量存在压接问题，二是密封瓦座密封条过早老化失去弹性所致，三是密封油油氢差压阀调节性能差。所以治理漏氢首先要从备件的质量上入手，多调研国内其它电厂所用备件和密封件的情况，将好的品牌备件的厂家记下来，使之所供备件真正做到品质优良适合本厂发电机所需的工况备件，在备件上作到“该换必换、换必换好”。

6.3 制定详尽的漏氢处理方案

发电机漏氢治理不仅要从运行中仔细查找漏点、根据漏氢的情况分析漏氢部位，而且修前制订出详细的处理预案，作到“解体前有目的，回装中有重点”。正是由于在停机前围绕漏氢情况作了大量的工作，所以在检修过程中顺利找到漏氢根源，真正处理好了这些漏点，真正作到检修有的放矢，即缩短检修工期，又保证了检修质量。

6.4 在处理漏氢中对每个密封点实行严格控制

在发电机检修中着重注意一些解体中容易忽略的隐蔽密封点，即密封“死点”，特别是在正常运行中查不到的部位，如汽、励端瓦室中的瓦座结合缝，发电机引出线套管法兰以及氢管路的密封等等。千万别因抓进度而忽略这些点的检修，要记住任何密封件都会老化，一旦运行中出问题再去处理将会损失很大，处理起来也很麻烦，切不可疏忽大意。

6.5 机组检修后对发电机进行整体气密试验

从发电机到密封油装置之间的管道在现场全部安装完毕之后，凡是有可能充有氢气的管道，尤其是扩大槽到回油箱的管道，必须经过严格的气密试验。

通过试验检验发电机线棒和线棒接头、水电连接管、引出线的连接部分等的气密性，检验发电机转子导电杆的严密性，检验氢冷器水管以及水管和管板胀口的严密性，检验发电机所有静密封点及密封瓦的密封性试验，保证整体漏量符合标准。

7 处理效果和经济分析

7.1按照＃5机密封油参数调整进度表对发电机本体和氢气系统管道进行漏点排查治理以及对密封油、氢气系统参数优化调整，同时对#5发电机励端密封瓦及油氢差压阀进行更换，至4月份#5机漏氢量明显下降。

7.2效益分析

7.2.1效果对比

措施实施前：#5发电机平均补氢量为11.61m3/天

措施实施后：#5发电机平均补氢量降至5.97m3/天

#5机氢气消耗量明显降低，每天可节约补氢量：

11.61-5.97=5.64 m3/天；

如#5机组每年按运行300天计算，每年可节约氢气：

5.64X300=1692m3；

按成本25元/ m3氢气计算，每年可直接节省资金：

1692X25=42300元

7.2.2间接效益

成功地检修一次发电机，综合彻底地治理好发电机漏氢，在检修周期内少发生一次发电机非停，经济效果非常可观。如果一台发电机因漏氢的一次非停（按抢修10天计算），直接由少发电量造成的损失约500万元，检修的人力物力投入约15万元，成功检修减少一次非停总价值约515万元，更为重要的是#5机补氢量达到了优良标准，消除了漏氢量大可能造成氢气系统着火爆炸的安全隐患，避免了可能导致人员伤害和发电机组损坏恶性事故的发生。

8 结束语

发电机组氢油水系统中，设备的安全可靠运行是减少漏氢的基础，这需要检修人员加强对设备的保养和维护，从源头上将漏氢风险降到最低。运行人员加强设备巡回检查，提高监盘质量，能及时发现氢气系统中各参数的异常，发现漏氢后能及时、迅速的查到泄漏点，并联系检修处理，这是减少漏氢的关键。通过发电机漏氢的分析和研究，总结出一套治理漏氢的措施和方案，保证发电机组的安全稳定运行，并为其他同类型的机组提供了一定的借鉴。

【参考文献】

【1】《汽轮机发电机故障检查分析与预防》【M】．中国电力出版社出版，2002。

【2】《汽轮发电机及电气设备》【M】．中国电力出版社出版，1998。

【3】赵希正．电力行业节能减排的现状及对策【J】．中国核工业，2007。

【4】《国家能源菏泽发电有限公司330MW汽机运行规程》、国家能源菏泽发电有限公司技术资料，2018（E版）。

【作者简介】

刘凤国，男，工程师，国家能源菏泽发电有限公司发电部三期运行机组长，2000年7月毕业于山东省电力学校发电厂热能动力设备专业，分配至国家能源菏泽发电有限公司工作至今，从事电力生产集控运行工作二十多年，具有丰富的生产运行经验。