发电机密封油系统油压故障的分析及处理

发电机密封油系统油压故障的分析及处理

陈亮

（江苏核电有限公司江苏222000）

摘要：某核电站3号机组在调试期间出现氢测油压与空侧油压差无法满足运行标准、氢测回油消泡箱液位高报警、发电机内膛进油等缺陷，为彻底解决此类缺陷，本文对缺陷进行了原因分析，提出了检查验证的方法和缺陷处理的方式，并最终完成消缺，为后续分析解决这类问题提供参考，同时亦可作为该核电站4号机组等同类型发电机组密封油系统安装、调试与检修工作的经验反馈。

1.前言

某核电站3号机组在调试期间出现氢测油压与空侧油压差无法满足运行标准、氢测回油消泡箱液位高报警等缺陷，同时在此期间出现发电机内膛进油现象，尤其在汽轮机组冲转升速及停机降速过程中尤为明显，威胁发电机定子绝缘。

2.密封油系统组成及工作原理

某核电3、4号机组发电机密封油系统（MKW）用于防止发电机内部氢气泄露，同时可以防止空气和水分进入发电机内部，保持发电机绕组干燥，并维持氢气的高纯度，该系统与汽轮机润滑油系统共用一个油源，采用的是单瓦双流环形式的密封瓦。

密封油系统主要由空侧油回路、氢测油回路、供油回路（氢测油箱补油）、浮动油回路（平衡密封瓦轴向力）及真空处理单元（净化氢测油源）组成。负责系统油压调节功能的主设备为压差阀（调节氢气压力与空侧油压差）与平衡阀（调节空侧油压与氢测油压差）。

系统正常运行时，压差阀调节空侧密封油供油压力大于发电机内部氢气压力85kPa左右，并具备随着氢气压力的变化，空侧油压能跟随变化而保持压差不变的功能，其结构原理如图1，当发电机内部氢气压力变化时，通过氢气压力信号管线传递至波纹管，

由于阀杆原有受力平衡破坏导致阀杆动作，随着空侧油压的变化阀杆重新达到新的平衡，从而实现压差调节功能。

图2压差阀工作原理

图1密封油系统工作原理

平衡阀

密封瓦配备在发电机壳体的两个端部，用以防止H2溢出。该型发电机采用双流环式密封瓦，瓦上有两个环型槽，允许两个单独的循环。空侧密封油进入密封瓦的外部槽，流向发电机壳体的外部；氢侧密封油进入密封瓦的内部槽，流向发电机壳体的内部。氢侧密封油回路中设置有真空处理装置，可以去除氢侧密封油中含有的空气，因此，为了保持发电机内H2纯度，需要保证氢侧密封油系统压力略高于空侧密封油系统，避免空侧油窜流到氢侧进入到发电机内部。其工作原理如图1所示。

在正常运行中，压差阀控制空侧密封油供油压力大于发电机内氢气压力85kPa。压差阀与空侧密封油泵并联，通过将油泵出口多余油回流到油泵入口来控制空侧密封油的压力。压差阀上装有金属波纹管调节器，调节器上下腔室分别接有发电机内气压信号管和空侧进油压力信号管，压差通过下部弹簧来调节。压差阀原理如图2所示。

图2压差阀工作原理

在正常运行中，平衡阀控制氢侧密封油供油压力大于氢侧密封油供油压力2—5kPa。密封油系统中有两个平衡阀，分别控制汽端和励端氢侧密封油供油压力。平衡阀安装在氢侧密封油过滤器与密封瓦之间，通过调节阀芯开度大小来控制密封瓦处氢侧密封油的压力。平衡阀下部装有活塞控制器，用以控制阀芯位置。活塞缸上部腔室接氢侧进油压力信号，下部腔室接空侧进油压力信号，压差通过活塞下部弹簧来调节。平衡阀结构图如3所示。

图3平衡阀结构

3.密封油系统组成及工作原理

某核电站3号机组汽轮发电机密封油系统MKW调试阶段，密封瓦空侧密封油压力始终大于氢侧密封油压力，不满足设计标准（氢测密封油压力大于空侧密封油压力2-5kpa），同时发电机内膛存在进油现象，严重威胁发电机定子绝缘。

4.原因分析

发电机密封瓦空侧油压是根据发电机内部气压的变化而跟随变化，通过压差调节阀的自动调节功能实现；发电机密封瓦氢测油压是根据空侧油压的变化而跟随变化，通过平衡阀的自动调节功能实现。当出现密封瓦空侧油压大于氢侧油压时，且发电机内膛存在进油现象，可能原因如下：

（1）设备、管线内存在空气；

（2）显示空侧油压与氢测油压压差的平衡表故障；

（3）平衡阀功能故障；

（4）氢测油路管线存在节流，压降过大；

（5）当空侧油压过大，造成氢测回油量增大，消泡箱液位过高，可能造成发电机内膛进油；

（6）氢测回油管线存在节流造成回油不畅，使发电机内膛进油。原因排查

针对上述可能导致缺陷的原因，调试人员记录了系统运行时的各项参数，经过数据分析、对可能的原因现场排查：

（1）设备、管线有空气未排尽

由于空气具有可压缩性，所以当引压管线排气不尽时会造成管线压力波动，使油氢压差阀及平衡阀无法正确捕捉到压力反馈信号，进而影响系统正常运行。经过现场排查，发现油氢压差阀、平衡阀、冷油器、信号反馈管线及仪表引压管线均存在部分气体未排尽现象。在多次排气后，密封瓦空侧密封油压力仍大于氢侧密封油压力，由此分析，设备、管线排气不尽对油压问题存在一定影响，但不是主要原因。

（2）平衡表故障

平衡表是用于显示密封瓦空侧密封油压与氢侧密封油压之间的压差。该表经仪控部分多次校验，均无异常。同时在平衡表的两个引压管线上临时安装两块精密压力表，经验证平衡表工作正常，可以排除平衡表故障的可能性。

（3）平衡阀功能故障

平衡阀直接调节氢侧进油管线压力，如果平衡阀阀芯或底部活塞调节器出现卡涩，会影响阀门调节功能。为了排除这种情况，调试人员将平衡阀解体检查。解体后发现阀芯及活塞壁面干净、无异物，璧面无划痕，活塞活动自如。同时将4号机密封油系统平衡阀更换至3号机，系统各参数均无变化。

（4）管路逆止阀压降过大

通过对比氢侧泵出口压力与氢侧过滤器出口压力发现该管段压降较大，检查管段中设备发现氢侧过滤器出口逆止阀阀芯弹簧非原装弹簧，可能导致逆止阀出口压损过大。为了减小该阀门对管路压降的影响，调试人员在不影响阀门逆止功能的前提下将弹簧取出，同时对阀芯进行加工减重，增大了阀门运行时的开度。回装后该阀门处压力损失略有减小，但空侧油压仍大于氢测油压。

（5）氢测管线法兰垫片存在节流及异物

氢侧进油管线从泵出口至发电机端盖入口间设置有多道法兰。根据记录的数据分析，氢侧油管线侧的冷油器压损较大，且在切换冷油器时发现1号冷油器压损大于2号冷油器。为此，调试人员对各法兰垫片孔径及安装情况进行了排查，发现多道法兰垫片存在孔径小于管径和安装偏心的现象。尤其是发电机端盖上汽侧密封瓦氢测油路入口法兰密封垫的内径尺寸偏小较严重，管线内径35mm，密封垫内径只有25mm，造成节流。

当法兰垫片内径小于管径时，会对管道中的油流形成节流，导致流体压力局部损失。局部阻力系数可以根据经验公式计算，其经验公式[1]为：

（1）

式中：ξ——阻力系数；

D——管道内径，mm；

d——孔板开孔直径，mm。

局部阻力系数与流动速度无关，它只取决于管道的几何形状和面积大小。计算出ξ后，求出对应的速度就可以计算局部损失△P。

（2）

式中：△P——局部损失，Pa；

V——相应流速，m/s；

ρ——流体密度，kg/m3。

根据现场记录的压力特性数据中的流量值即可计算出某一垫片位置的局部损失。

表1密封油系统压力特性

表中：PA1——空侧泵出口压力

PA2——空侧过滤器出口压力

PB1——氢侧泵出口压力

PB2——氢侧过滤器出口压力

QB1——氢侧励端流量

QB2——氢侧汽端流量

以发电机氢侧油汽端入口法兰为例，管道内径D为35mm，孔板开孔直径为15mm，根据经验公式（1）可以求出该孔板的阻力系数ξ=62.75；当氢侧密封油管线流量为80l/min时，利用公式（2）计算得出该法兰处局部损失约为52.8kPa。

同时在氢侧油1号冷油器入口弯管处发现一块异物，为透明塑料布，面积约为30mm×50mm；检查压差阀引压管线，解开发电机气压引压管线及空侧密封油引压管线法兰后均发现有小块棉絮状异物。异物会造成管线局部阻力过大。

（6）氢侧回油管道坡度问题：

氢侧密封油自密封瓦流出后汇集至发电机两端消泡箱，在消泡箱内进行气液分离，之后密封油通过管道自消泡箱流至氢测油箱。调试人员在检查回油管道坡度时发现励端消泡箱出口横管段坡度小于设计标准要求、回油调节器前横管段存在反向坡度。

管道反向坡度的存在影响密封油的回流，造成消泡箱高液位报警，在发电机内部气压突降时，极易形成局部回油管线内气压大于发电机内部气压，造成回流的密封油反冲，进而使发电机内膛进油。

对发电机氢测油路管线密封垫及回油管线反坡度整改后，系统各项参数恢复正常。

总结

空侧油压大于氢测油压，造成氢测回油量大增，同时氢测回油管线存在反坡度，是造成发电机内膛进油的根本原因。

氢测油路管线存在节流，压降过大，是造成氢测油压始终无法满足设计标准的根本原因。

针对密封油系统缺陷问题，后续维修活动应该做好如下经验反馈：

（1）法兰密封垫尺寸及安装偏心问题；

（2）油系统设备检修时必须做好防异物工作；

（3）大小修后，系统设备及管线应充分排气。

参考文献：

[1]洪梅，锅炉管路中节流孔板和流量孔板的设计，上海：锅炉技术[M]，2005.9