氢冷发电机漏氢的原因及防范措施

氢冷发电机漏氢的原因及防范措施

曾韵佳

大唐国际有限公司陡河发电厂

摘 要：当代发电机通常用定子膛内充入氢气的方式对转子绕组等进行冷却，但由于设计不合理或材质问题等可能产生漏氢，从而引起机内氢压下降影响冷却，甚至引发氢爆、电机着火等严重后果。因此，为保证供电连续性与安全性，应对发电机冷却系统起到足够的重视，加强设备巡检与系统维护，减少漏氢事故的发生。本文以氢冷发电机的冷却系统为研究对象，从漏氢事故的发生原因入手，针对发电机漏氢事故研究处理方法并提供预防措施。

关键词：氢冷发电机；漏氢；原因；防范措施

1前言

当前电厂发电机的冷却方式一般有全氢气冷却或水氢冷却方式，但大多数火电厂发电机使用水氢冷却的方式，即定子绕组由定子线棒通入定冷水进行冷却，而转子绕组及铁芯等部件通过定子膛充入氢气的方式进行冷却，而升温的氢气通过两组流通冷却水的氢冷器带走热量，从而实现氢气的循环使用。氢气系统是由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦、密封油系统以及氢管路构成的全封闭气密结构，一旦发生氢气泄漏不仅将使冷却效率降低、增加运行成本甚至可能引发氢爆、设备烧毁等严重后果。

2漏氢原因

2.1发电机定冷水系统方面

定子线棒的接头封焊处漏水，其原因是焊接工艺不良，有虚焊，砂眼漏水；空心导线断裂漏水，断裂部位可能在绕组的端部或在槽内直线换位处,其原因主要是采用材质较差的空心铜线，从而使绕组端部处固定不牢，产生高频振动时，使导线换位加工时产生的裂纹进一步扩大和发展；引水管漏水，绝缘引水管本身磨破漏水的一个原因是引水管材质不良，管内壁有沙眼，另一个原因是绝缘引水管过长，运行中引水管与发电机内端盖等金属部分摩擦而导致水管磨破漏水；引水管连接管螺母未拧紧导致水管漏水；引水管和金属压接头处存在制造缺陷，压接部分漏氢。

2.2发电机密封油系统方面

瓦座密封条质量差造成的密封条老化是造成瓦座氢气泄漏的主要原因；密封瓦和轴颈损伤造成密封瓦间隙过大或密封瓦磨损或变形也是导致密封性能下降或损坏的原因；在密封油系统平衡阀运行异常的情况下，如果溶解大量氢气的氢气侧油压大于空气侧油压，空气侧油压与外界分离排出氢气，就可能发生氢气泄漏；氢侧油回油箱自动补、排氢阀不正常，导致氢侧油流至空侧油，导致氢气大量泄漏；密封瓦磨损或卡死，导致密封油系统运行异常，氢气系统密封不足，氢气泄漏，并通过密封瓦漏至外端轴承室，空侧密封油回油箱；密封瓦支座和发电机端盖或中间环之间的密封垫损坏或注胶开裂不足，同样通过密封瓦也会漏至外端轴承室。

2.3氢气冷却器方面

氢冷器内管子漏氢，正常运行时氢压大于冷却水压，这种情况下漏氢会破坏氢冷却器虹吸；氢气冷却器结合面螺栓未紧固或紧固方法不对；氢气冷却器结 合面密封垫老化变质失效；氢气冷却器内铜管因长期腐蚀有渗漏。

2.4发电机机壳结合面方面

机壳结合面主要包括:端盖与机座的结合面、上下端盖的结合面、固定端盖的螺孔、出线套管法兰与套管台板的结合面及进出风温度计的结合面等。结合面螺栓未紧固或者紧固方法不对: 结合面密封垫老化变质失效；密封填胶化变质失效。

2.5转子漏氢

密封瓦座衬垫制作和安装工艺不良，如上下半搭接不良或装复时移位造成错口漏氢：密封瓦平行度以 及密封瓦轴向和径向间隙未达到要求；发电机大端盖、中间环、密封瓦安装错位导致密封不严；发电机注胶工艺较差；法兰垫子安装错位；密封面清理不彻底。

2.6热工测温元件接线柱板

发电机热工测温元件接线柱釆用锥形结构，通过套在锥形接线柱的橡胶绝缘套来保征测温元件接线柱的对地绝缘性能和对氢气的密封性能。在实际检修过程中往往会造成橡胶绝缘套挤压变形，再加上锥型橡胶垫长期在发电机内受到高温和油浸的作用，非常容易老化松动，起不到应有的密封效果。

2.7发电机外部附属系统的漏氢方面

氢气管道及阀门法兰螺栓未紧固或者紧固方法不对；氢气管道及阀门法兰结合面密封垫老化变质失效；氢油分离器、氢器干燥装置、氢湿度监测装置、绝缘过热检测装置中接头不严。

3漏氢预防措施

3.1发电机定冷水系统方面

发电机定子绕组水路水压试验。该试验必须在电气主引线及柔性连接线安装后进行，主要检査定子端部接头、绝缘引水管、汇水管、过渡引线及排水管等处有无渗漏现象。

3.2发电机密封油系统方面

⑴必须保证密封油系统的清洁度，油循环后，油质必须达到M00G四级以上标准。⑵密封油系统的管道在现场进行二次设计，对管道的走向进行统一规划布置，压差阀和平衡阀的引压管走向一致且连接正确，不得有U形弯，引压管釆用不锈钢管，焊接时釆用套管焊接，保证管内的清洁，同时必须保证引压管不得有任何渗漏。⑶在密封油循环阶段，必须安排对密封瓦进行翻瓦清理。⑷氢密封油箱端盖应密封严密，无泄漏。⑸在把紧水平接合面螺栓的情况下，密封座内与密封瓦配合的环形垂直面以及密封座与端盖的垂直接合面均应垂直无错口，水平接合面用0. 03mm塞尺检查应塞不进。对座内沿轴向两侧面的检查，可用整圆无错口的密封瓦做平板放入其内做涂色检查，两侧面均应均匀接触。⑹密封瓦与轴颈的间隙间隙偏小可对密封瓦乌金进行适当的均匀修刮，如间隙偏大，则更换密封瓦；密封瓦与密封瓦座的轴向间隙间隙偏小可将密封瓦上磨床研磨，如间隙偏大，则更换密封瓦。⑺组装密封瓦时，注意辨别汽、励两端密封装置，不能装错。在把合密封座与端盖垂直接合面的过程中，应不断拨动密封瓦，保证在所有螺栓把紧后，密封瓦在座内无卡涩。油密封装置装完后，各接合面螺栓应全部锁紧。⑻油密封装置的油腔必须彻底清理，各油压取样管接头在把紧后均不能堵塞和渗漏。否则会因为油压测量不准而影响密封油的跟踪调节。⑼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。

3.3氢气冷却器方面

⑴氢气冷却器罩通过螺栓把紧在定子机座上, 之间的结合面有密封槽，注入密封胶进行密封，安装完后在氢气冷却器罩与定子机座之间烧密封焊。⑵氢气冷却器装配在氢气冷却器罩内，冷却器与冷却器罩之间用密封垫密封，密封垫两面均匀涂一层密封胶。⑶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。⑷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。⑸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，效果会更好。

3.4发电机机壳结合面方面

⑴端盖与机座的结合面及上下端盖的结合而结合面积大，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査，对所釆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。⑵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。⑶ 在发电机穿转于之前先进行外端盖试装。主要检査水平、垂直中分面的间隙，在把紧1/3螺栓状态下，用0.03mm塞尺检査应不入。⑷在把合外端盖前，应预填厂家要求密封填料于接合面 密封槽内，然后均匀把紧螺栓。再用专用工具注入厂家要求的密封胶于密封槽内。⑸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査。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。

3.5转子漏氢

⑴氢气由转子外漏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査漏试验⑵转子漏氢是动态的，也就是说，可能在大修试验时不漏，但由于导电螺钉的胶层受热变形或密封垫受热老化，弹性不足，在高速转动的运行中发生泄漏。因此，每次大修必须对4个导电螺钉进行检査，对出现异常的部件进行更换。⑶大修中应首先加强对护环处导电螺钉的密封检査，切断转子漏氢的源头。其次，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査。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。

3.6热工测温元件接线柱板

将发电机热工元件接线盘更换为带航空插头的接线盘，将发电机热工测温元件接线板密封垫更换为O型密封圈，有效控制和预防发电机的漏氢。

3.7发电机外部附属系统的漏氢方面

⑴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。⑵重点检査发电机底部的氢管道法兰，法兰密封垫应使用耐油橡胶。大修时，一次管路中的密封垫最好全部更换，确保大修周期内严密不漏。⑶氢管道集中的部位，应有防震和防磨擦措施，并加强对管道的检査，防止因管道之间相互磨擦，造成管壁局部变薄而泄漏。 ⑷氢气置换站管路改进时，应用无缝钢管，严禁使用铸铁管件，并且管路连接尽量使用焊接方式。更换的管道较长时，在投入运行前应用二氧化碳将管内的空气排出。⑸大修时必须对所有 氢管路阀门进行解体检査，单独进行风压试验。可在与发电机本体氢气系统直接连接的阀门前加装一道备用门，正常运行时，备用门常开，当原有阀门及后续管路出现缺陷时，可关闭备用门，进行隔离。

4总结

发电机漏氢故障是发电厂常见的故障类型，查找漏泄点及处理要根据具体情况而定。总之，发现发电机漏氢，切不可急于堵漏，盲目操作。既不能疏于检修，也不能过度检修。两者都是不可取的。要恰到好处地处理，像上文中提到的典型案例的处理方法非常值得借鉴。

5参考文献

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[2] 汪耕，等.大型汽轮发电机设计、制造与运行[M].上海∶上海科学技术，2012.

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[4] 彭航宇.发电机漏氢原因分析及处理[J].基层建设，2015.