660MW氢冷发电机组漏氢问题的分析与探讨

660MW氢冷发电机组漏氢问题的分析与探讨

杜海青

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市026000

摘要：大唐电厂1号发电机为QFSN6602型汽轮发电机，采用水氢氢冷却方式，正常运行时发电机内氢压高于定子冷却水压力；当定子线棒存在裂纹并发生泄露时，将会导致定子冷却水含氢量急剧升高，从而使定子冷却水进入发电机造成发电机烧损.定子冷却水箱安装氢气泄露检测仪，在线检测定子冷却水箱内氢气含量，当氢气浓度达2%时就会报警.讨论了发电机定子冷却水箱内检测仪报警后的原因分析及处理，为同类机组类似故障处理提供参考.

关键词：发电机定子线棒；定子冷却水箱；氢气浓度；分析处理

发电机漏氢是氢冷发电机普遍存在的问题.大量漏氢会导致氢压下降，影响发电机冷却效果，从而限制发电机负荷.漏氢严重时可能造成发电机着火，甚至引起氢气爆炸，造成发电机损坏以至机组停机.大唐电厂一期工程2×660MW超临界空冷燃煤机组发电机为QFSN6602型水氢氢发电机.

1.发电机漏氢原因分析

1.1机壳结合面

1.1.1端盖与机座的结合面及上下端盖的结合面结合面积大，密封难度大，是防漏氢的薄弱环节。应注意，在检修过程中，为解体及回装所做的标记不能伤及密封面；要对结合面进行详细检查，对所采用的橡胶密封条的尺寸、耐热性能、耐油性能、弹性及耐腐蚀性能进行严格验收。现在该厂的发电机端盖密封条应采用一次成形的氟橡胶密封条，密封胶采用硅橡胶密封胶，可以有效解决了上下端盖结合面的密封条在端盖处与下端盖密封条因衔接不良而引起的漏氢问题。

1.1.2紧端盖螺丝时，应均匀紧固大盖螺栓，防止出现紧偏，以保证结合面严密。要检查水平、垂直中分面的间隙，在把紧1/3螺栓状态下，用0.03mm塞尺检查应不入。

1.1.3出线套管法兰与套管台板的结合面是防止漏氢的关键部位。由于该处受定子端部漏磁影响，温度较高，加上机内进油的腐蚀，因此，该处需用耐油橡胶圈和橡胶垫加以双重密封。由于漏入机内的密封油多积存于此，因而该处的密封材料易老化变质失效，每次大修时必须进行检查。另外，在拆装引线的过程中，应避免套管导体受侧力过大，引起密封垫位置的变化而造成漏氢。

1.2密封油系统

1.2.1密封瓦座与端盖的垂直结合面是较易漏氢的部位之一，对该处的密封垫质量必须严格把关。上、下半端盖组装时，接缝应对齐，防止由于错口使密封垫受力不均。上、下半端盖的密封条顺端盖垂直面留出1～2mm的长度，安装后修成半圆型，使装配密封瓦座后此处接合严密不漏。

1.2.2密封瓦的间隙必须调整合格，间隙控制在0.18～0.20mm。

1.2.3为防止密封油进入机内，应控制好油档间隙。发电机两端轴瓦油挡顶部间隙控制在0.50±0.05mm，底部间隙控制在0～0.05mm，两侧间隙控制在0.20～0.25mm；油挡结合面接触面积应在75%以上，以0.03mm塞尺不入为宜。

1.2.4严格执行差压阀的检修工艺，做好调试工作。保证氢侧油压高于机内氢压0.05±0.02MPa，且密封瓦空氢侧的油压必须时刻保持平衡(压差在0±1.47KPa)，避免氢侧油压超出空侧油压造成氢侧回油大量增加，来不及排走而漏入机内，同时造成氢侧油窜入空侧，带走大量的氢气。

1.2.5严格监视密封油箱的油位，防止油满进入机内或空罐时跑氢。正常运行时保持较低油位。

1.3转子部分

1.3.1氢气由转子外漏到大气是经护环处的导电螺钉进入转子中心孔，再从滑环处的导电螺钉或中心孔两侧堵板处漏出。因这种漏氢在运行中无法处理，因此每次大修都必须对转子进行风压查漏试验。

1.3.2大修中应首先加强对护环处导电螺钉的密封检查，切断转子漏氢的源头；其次，要检查滑环处导电螺钉及汽端中心孔堵板的密封情况，把好转子漏氢的第二关；最后通过在转子励端中心孔堵板处通入干燥清洁的压缩空气，用无水酒精滴在导电螺钉部位的方法进行检查。密封试验合格后，回装转子励端中心孔堵板，应确保此处严密不漏。

1.4氢气冷却器

1.4.1氢气冷却器是氢气可漏点最多的设备，结合面的每条螺丝及每根铜管都有漏氢的可能，因此应重点检查，并单独进行水压试验。试验压力为0.6MPa，30min无渗漏为合格。

1.4.2如发现铜管有渗漏，应在渗漏管两端用经过退火处理的锥形紫铜棒进行封堵。如铜管胀口出渗漏时，应用胀管器对该胀口进行补胀，并经再次水压试验合格为止。

1.4.3每台冷却器堵塞的渗漏铜管不能超过总数的5％，如超过则应更换。

1.4.4减少冷风器的漏风率，提高冷却效果。检修中应检查挡封条，损坏的要及时更换。

1.4.5检修时应对放在室外的冷风器做好防尘措施，防止散热片受到污染。另外，对于冷风器散热片表面的油污可用高温热蒸汽吹净，效果很好。

1.5氢气管道及阀门

1.5.1大修前应做好制氢站和氢气置换站管道的隔离措施，在远端的法兰部位加装堵板进行隔离。

1.5.2所有气体管道应用无缝钢管，严禁使用铸铁管件。管路连接应尽量使用焊接方式，以彻底杜绝因密封垫老化造成的漏氢。氢气置换站气体管道中小的阀门应全部采用密封性能良好的球阀。

1.5.3氢管道集中的部位，应有防震和防磨擦措施，并加强对管道的检查，防止因管道之间相互磨擦，造成管壁局部变薄而泄漏。

2水氢氢发电机冷却原理

2.1定子冷却水系统的设备及流程

定子冷却水系统配备了定子水箱、定子水泵、冷却器、压力和温度调节阀、出口滤网、进回水管、离子交换器等设备.

定子冷却水经水泵升压后进入冷却器进行热交换，利用温度、压力调节阀将温度、压力控制在设定值.冷却水从励磁端进入发电机与定子线棒进行热交换，经汽轮机端流出至水箱.在进入发电机之前，约有20%的定子冷却水经旁路进入离子交换器，连续进行水质净化.当发电机定子冷却水导电度持续升高时应进行水箱换水并检查树脂失效情况.

2.2定子冷却水系统运行方式

对于整个系统，定子水泵一台运行，一台备用.冷却器采用开式循环水冷却，为并联运行方式，正常运行中一台运行，一台备用.发电机定子冷却器的冷却水量为204t・h-1.在定子水回水管上的最高点引出一路细管直接连接到定子水箱，从而使可能泄漏的氢气直接进入水箱，同时也可避免因虹吸现象而在高温出水端出现汽化，形成较大的气阻.在进回水管之间还设了一路联络细管，以保证回水侧的压力高于大气压，可在一定程度上降低汽化的可能性.

2.3发电机氢气冷却系统

发电机的转子绕组、定子铁芯均为氢气冷却.运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量.质量越轻，损耗越小.采用氢气为冷却介质，其特点为：

2.3.1氢气密度很小，纯氢仅为空气的7%；即使在发电机机座内氢压0.4MPa下，其密度亦只有空气的50%，因此大大降低了通风损耗.

2.3.2氢气具有高导热性（约为空气的7倍）和高的表面热传递系数（约为空气的1.35倍）.故氢冷发电机具有较大的有效材料单位体积的输出容量，特别是内冷结构中氢气直接与发热导体接触，提高氢压可使发电机容量显著提高.

2.3.3氢气冷却均为密闭循环系统，机内长期运行干净无尘，减少了检修费用.

2.3.4机中无氧无尘，减少了异常运行状态下发生电晕所导致的对绝缘的有害影响，有利于延长绝缘寿命.

2.3.5氢气密度很低，又密闭循环于由中厚钢板焊成的机座内，故环境噪音较小.

2.3.6发电机内的氢气含氧量小于2%，所以一旦发电机绕组击穿时着火的危险性很小.

2.3.7氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为成熟.

但是其最大的缺点是，一旦与空气混合后在一定比例内达到规定的温度或遇到明火，就具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳均设计成防爆型，气体置换采用CO2.1.4转子与铁芯的氢气冷却流程

转子的冷却采用气隙取气斜流式通风结构，如图2所示.在转子表面槽楔上开有进气口和排气口，转子绕组上也开有通风孔，组装固化后组成斜流式通风路径.气体沿转子表面通过一组斜槽吸入斜流式通道进入槽底，在槽底径向转弯，然后通过另一组斜流式通道返回气隙.它是利用布置在两端的两个风扇使氢气获取压力，随转子转动而进、出冷却通道.

3发电机漏氢途径

发电机漏氢主要途径有外漏氢和内漏氢两种.密封瓦座衬垫制作安装工艺，密封瓦平行度以及密封瓦轴向和径向间隙，发电机大端盖、中间环、密封瓦安装位置，发电机注胶情况，法兰垫子安装情况，测温元件安装到位与否等都会对氢气泄露产生影响[2].

3.1外漏氢

外漏氢是指发电机内的氢气通过泄漏点漏到机壳外的空气中.由于氢气在空气中扩散迅速，在距离泄漏点0.25m以外的空气中就很难发现氢气的存在.通常情况下这种漏氢危险性较小.因为标准状况下，氢气密度仅为空气的1/14，是地球上最轻的物质；氢分子运动速度最快，从而具有最大的扩散速度和很高的导热性.其导热能力是空气的7倍；而且氢气密度很小，流动阻力也很小.

3.2内漏氢

内漏氢是由于油氢差压阀性能不佳，使氢气大量窜入空侧或密封瓦座结合面造成漏氢.氢气随着密封瓦的空侧回油而进入汽轮机主油箱，并在主油箱内形成爆炸性气体的内漏氢；还有一种内漏氢是在发电机定子绕组的空心导线内水压低于机内的氢压，当空心导线的严密性遭到破坏时，氢气便先漏入定子绕组空心导线内冷水中，阻碍水的正常循环，降低了冷却水量.另外，氢气漏入氢气冷却器的冷却水或封闭母线中也属于内漏氢.

4漏氢的解决措施

4.1在备件上严把质量关

因备件质量造成发电机漏氢主要有两方面：一是线棒水电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，真正选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”。

4.2制定详尽的漏氢处理方案

发电机漏氢治理的质量不仅仅要求在解体后回装中把关,更主要的是从检修前的漏氢量情况分析、修前运行中漏点仔细查找、根据漏氢的情况分析漏氢部位,制订出详细的处理预案,作到“解体前有目的,回装中有重点”。真正作到检修的有的放矢，即缩短检修工期，又保证了检修质量。

4.3在检修中实现过程控制

在处理漏氢中对每个密封点实行严格控制,解体前尽量暴露本体的密封点后,排氢后对密封点用压缩空气再次打压查漏(加适量氟利昂气体),对各密封点用卤素检漏仪和肥皂水仔细反复测量,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；汽、励两侧氢侧回油管法兰；以及空侧密封瓦的回油情况等。

4.4对密封槽和密封条的密封的控制

针对已查到的漏点，核对图纸精心测量，但不能凭图纸定实物尺寸，关键部件应实际反复测量，特别是密封槽加工难度大，都存在一定的误差，密封槽的宽度和深度不均匀，不能依赖图纸要求的密封槽尺寸和配制要求的密封条,对每处密封槽应重新测量,验证密封槽和密封条的匹配情况，如不合适采取重新选择密封条或修理密封槽的方法，使密封槽在槽中保持93～97的槽满率,并且密封条在槽中各点的压缩量在13～17。

4.5对隐蔽密封点和氢管路的检修控制

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”，如热工引出线接头、匝间短路探测器引线端、发电机底部安装孔、发电机引出线套管法兰以及氢管路的密封，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。

5结论

对660MW发电机漏氢原因进行了分析，并对处理对策进行了阐述.通过对故障的检查、分析与处理，得出以下结论：发电机定子冷却水箱需每班进行氢气检测两次，氢气纯度大于2%时应停机检查，大于3%时应立即停机检查.

参考文献：

[1]刘兴华，张春，李九栋，等.发电机漏氢分析与处理[J].宁夏电力，2011（3）：29-31.

[2]孔令军，岳啸鸣.氢冷发电机漏氢分析及防范措施[J].河北电力技术，2011，30（6）：35-37.