600MW发电机氢气纯度低的分析与处理

李吉

国电投河南工程运维有限公司 河南省郑州市 450000

摘要：该机组为上海电机厂生产的600MW三相同步发电机，为防止氢气沿轴泄露，采用了双流环密封油系统。该机组2022年大修后，出现了发电机内氢气纯度低的情况，需频繁补氢。机内氢气纯度低，易发生爆炸，严重威胁安全运行。对发电机内氢气纯度低的原因进行了分析与排查，发现了多处问题，确定了汽端密封瓦径向间隙严重超标为主要原因。制定了处理措施，处理后，相关设备的指标均恢复到正常值，发电机氢气纯度低的情况得到了妥善的治理。

关键词：发电机；氢气；纯度；密封瓦；间隙；超标。

引言：

氢气具有冷却效率高、效果好的优点，现代大型机组均为水氢氢冷却方式，即定子绕组采用水冷却，转子绕组采用氢内冷，定子铁芯和其他构件为氢气表面冷却的方式；氢气冷却系统是由定子外壳，端盖，密封瓦，氢气冷却器和氢气管路构成的全封闭的气密结构；在运行时氢气被装在转子两端的桨式风扇强制在发电机内部循环，再由氢冷器对氢气进行冷却。但是氢气在某些情况下又极为危险，当氢气中含氧量大于3％，易发生爆炸；在运行中发电机可能会出现定子，转子放电的现象，若发电机内氢气纯度降低，存在氢爆的可能，严重威胁机组安全运行；发电机内氢气纯度降低，可能造成绕组的绝缘下降，严重威胁机组安全运行；氢气纯度越高，混合气体的密度越小，通风摩擦损耗就越小，经济性就越好，有关资料显示机壳压力不变时，氢气纯度每降低1％时，通风摩擦的损耗就增加11％，造成发电机内部的冷却效果大为降低，不仅影响经济性而且不利于机组安全稳定运行；运行中一般要求氢气纯度不低于98％，否则视为纯度低，必须及时调整并严格监视，确保在合格范围。

1.设备概况与问题描述。

该机组型号为上海发电机厂生产的QFSN-600MW-1型三相同步发电机，冷却介质为氢气，为防止氢气沿轴泄露，采用了双流环密封油系统，密封瓦的型式为双环式密封瓦。该机组2022年大修过后，发电机气密性实验合格，在开始连续运行后便出现发电机内氢气纯度低的情况，需频繁补氢，加大操作人员的工作量，增加运行成本，危害了机组的安全运行。

2.密封油系统简介。

该机组为双流环密封油系统，密封瓦为双环式密封瓦；密封油分为两路即空侧、氢侧密封油路，空侧密封油的油压通过差压阀调节以高于发电机内氢压84Kpa经密封瓦壳中的空侧进油孔进入到两圈密封瓦组合成的空侧密封油腔，而后从密封瓦与轴的径向间隙处沿空侧轴向流出汇入到轴瓦的回油腔，回到主油箱；氢侧密封油有单独的油箱，同时为了保证氢侧油质的纯度，防止空氢串油，氢侧密封油通过平衡阀将压力调整到与空侧密封油压力平衡后经氢侧密封瓦侧面的一圈进油孔进入到密封瓦与转子组合成的氢侧密封油腔，以高于机内氢压84Kpa的稳定油压将氢气密封，而后从密封瓦的径向间隙处沿着氢侧轴向流出，回到氢侧回油腔，通过消泡箱等设备，回到密封油箱；密封瓦组合后与密封瓦壳间的轴向间隙在0.30-0.40㎜，为加强氢侧进油槽处的密封效果，从空侧密封油引出一路推力油从密封瓦壳的空侧轴向流出，将密封瓦推靠在瓦壳上；密封油主要靠各密封油腔建立稳定的油压达到密封效果，因此密封瓦与转子间的径向间隙，十分重要，要求标准值在0.23-0.28之间。

3.发电机内氢气纯度低的原因分析与排查。

3.1.初步分析形成原因。

①厂内的氢气纯度不合适。②氢气纯度仪器检测错误。③空氢密封油串油，空侧油串入氢侧油中，氢侧回油夹带空气污染氢气。④氢侧密封油油质不良，夹带有空气，污染氢气。

3.2.根据初步分析对相关设备进行解体检查，发现以下问题。

①对密封油系统进行检查，发现以下主要问题：a.汽端平衡阀压差较大，几乎达到极限状态。b.氢侧密封油箱液位较低，补油阀及排油阀全处于开启状态。

②对发电机两端的密封瓦进行解体检查，发现以下主要问题：a.发电机两端的密封瓦径向间隙均超出标准，汽端尤为严重。b.励端密封瓦空侧径向间隙为0.32㎜，氢侧径向间隙为0.35㎜，氢侧密封瓦结合面单侧有0.20㎜的贯穿间隙。c.汽端密封瓦空侧径向间隙为0.30㎜，氢侧径向间隙达到了0.80㎜并呈现出椭圆形状、氢侧密封瓦结合面左右均有0.20-0.40不等的贯穿间隙。d.汽端端盖内残留较多存油，励端端盖内也有少许残油。

3.3.对发现的问题进行逐项分析和原因排查。

①汽端平衡阀压差较大：a.汽端平衡阀出现故障。b.汽端平衡阀信号油管堵塞，造成传递信号错误。c.密封瓦径向间隙偏差过大，造成两侧差压较大，最直接的影响就是空、氢侧串油。通过排查排除了a、b故障原因，并确定发了密封瓦径向间隙超标为主要原因。

②氢侧密封油箱液位较低，补油阀及排油阀全开启状态，对应了由于平衡阀差压大，造成氢、空串油，很明显空侧油串入到氢侧，造成氢侧回油量大，引起氢侧密封油箱油位高，使排油阀打开，排油阀开启后卡涩未能完全将门关闭，油箱液位降低引起补油阀动作开启，有相对空气含量高的油源进入氢侧油箱，降低了氢侧密封油的纯度。

③密封瓦径向间严重超出标准及端盖内部大量残油，既印证了对平衡阀差压大的情况也印证了氢侧密封油箱中发现问题，汽端氢侧密封瓦径向间隙严重超标且结合面较大贯穿间隙，使平衡阀基本失去了调节的作用，对氢气的密封全靠差压阀建立的空侧高油压，极大量的空侧油进入到氢侧回油腔，氢侧回油孔来不及回油，一部分油从回油孔回到氢侧密封油箱，一部分来不及回到油箱中的油从内油挡处溢出流入到端盖底部，造成大量的源源不断的含有空气的空侧密封油对机内氢气造成污染，为氢气纯度低的主要原因。

4.处理措施

对径向间隙不符合标准的密封瓦进行乌金补焊加工处理，径向间隙值均调整0.23-0.28㎜范围内，重新适配密封瓦上下半连接夹片的固定圆销，确保圆销装入后密封瓦上下半结合面结合紧密无间隙、径向无错口。对氢侧密封油箱中的排油阀进行检查处理，确保灵活，可靠。严格密封瓦的安装工艺标准，按照标准化检修规程对密封瓦进行安装。对密封油箱液位进行调整，保持合适的油位。

结语：

经过原因分析与处理，修后风压一次合格，相关设备的指标均恢复到正常值，发电机氢气纯度低的情况得到了妥善的治理。

参考文献：

[1]郭延秋，大型火电机组检修实用技术丛书，汽轮机分册，北京，中国电力出版设，2003

[2]葛文奇，600MW机组密封油系统运行调整的分析和探讨，北京，电力设备，2018

[3]厂家说明书

[4]运行规程

作者简介：李吉（1990.05），男，汉族，河南杞县，大专，助理工程师，从事热能与动力工作。