200MW氫冷汽輪發電機套管反復漏氫的治理與分析

林永峰 王云峰

（1.鎮江大全伊頓電器有限公司，江蘇 鎮江212200；2.神華國能焦作電廠，河南 焦作454000）

0 引言

×電廠＃3發電機為國內某廠生產的QFSN－200－2型汽輪發電機，冷卻方式為水—氫—氫，額定功率200MW，額定電流8625A，額定電壓15.75kV，額定頻率50Hz。該發電機于1999年11月大修中進行了增容改造（汽輪機部分同時進行通流改造），改造后額定功率及額定電流分別增至220MW和9487A。2005年初到同年6月，該機“定子接地3次諧波”信號頻發，且一段時間后又會自行消失，運行中及停機后檢查均未發現明顯故障。因發電機轉子軸振偏大，該機于2005年5月10—29日進行了現場動平衡配平試驗，消除了振動過大的故障。但從同年6月16日起，該發電機在9個月的時間內，3次因套管密封問題導致停機，以下內容就是對這3次事件的回顧和分析。

1 故障及處理

1.1 故障一

1.1.1 事發經過及故障現象

2005年6月16日04：35，＃3發電機發“定子接地3次諧波”信號，其定子零序電壓高段保護動作，發電機跳閘。外部目測檢查發現A相引線套管有大量水外溢，流入發電機封母內，隨即緊急停機。打開發電機下人孔，進入底部檢查，發現B相出線過渡盒與尾端過渡盒之間的冷卻水絕緣引水管的尾端過渡側斷裂，水管對機殼底部有放電痕跡。B相出線套管上端絕緣盒處絕緣引水管有近20cm已經爬電燒斷，并對出線罩底部有放電痕跡。A相出線套管上、下密封墊老化破損，并發現勵側出線底部內有從轉子上脫落甩出的平衡塊2塊，分別重160g、70g，同時在出線罩內發現10×50螺絲1條。本次故障共損壞絕緣引水管2根。拆除發電機兩側內、外上端蓋，發現汽側內端蓋內側下方有金屬高速碰擦痕跡。

1.1.2 處理措施

退出引線內冷水回路后，檢修人員對發電機線棒水系統進行了水壓試驗，結果正常，然后拆除了發電機引線，分別更換了燒斷的2根引水管并進行絕緣處理。同時，更換了A相出線套管的下端密封圈和密封墊。處理后，檢修人員又進行了定子繞組內冷水系統的整體動態（截流）水壓試驗，并對所有出線套管上端金具、過渡引線絕緣盒做體積電阻泄漏電流試驗，出水引水管54根線棒和引出線分別做超聲波流量試驗。因發電機內部受潮嚴重，在定子兩端人孔處架設通風機對定子內部進行通風干燥，并清擦端部引線絕緣。對封閉母線及其高廠變T接進行檢查，發現A相封母積水較多，進行排水處理，通風干燥，做絕緣、耐壓試驗通過，其他未發現異常。

按照標記位置重新固定轉子平衡塊，全面檢查線棒、端部絕緣、漸開線部位及夾板、螺釘，未發現異常，重新回裝小端蓋及大端蓋。

通內冷水條件下，做定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗、氣密試驗均合格。＃3發電機于2005年6月18日18：54并網運行。

1.2 故障二

1.2.1 事發經過及故障現象

2005年7月7日09：45，＃3發電機氫壓突然下降，值長通知緊急查漏。11：30，電檢人員檢查發現＃3發電機A相出線套管與封母間軟連接罩內有大量氫氣外溢，確認該套管漏氫嚴重無法維持后申請停機處理。20：34，＃3發電機與系統解列，開始置換氣體。

7月8日01：24，氣體置換完成，班組人員拆軟連接罩檢查A相出線套管，發現＃3機A相出線套管下端橡膠密封墊部分被密封法蘭擠出，造成出線套管下端徑向密封破壞，從而使機內氣體經由出線套管內部竄出至下端橡膠密封墊外，流入軟連接罩中。

1.2.2 處理措施

更換A相出線套管下端橡膠密封墊及密封圈。

7月8日06：46，檢修工作結束，該漏點消除。

1.3 故障三

1.3.1 事發經過及故障現象

2006年3月15日，＃3發電機A相出線套管漏氫量過大，無法維持運行，申請停機處理。經解體檢查發現，A相出線套管上、下密封墊均存在漏氫現象，其中套管上端面與密封墊接合面處有明顯爬電灼傷痕跡（上密封墊對應部位亦被燒出溝痕），且瓷瓶下密封端面與導電桿軸線不垂直。B相中性點套管漏氫且下密封墊處發現有油跡。

1.3.2 處理措施

解體拆下漏氫的2根套管，對A相套管瓷瓶上端面的放電燒傷痕跡進行打磨清理，并澆注環氧樹脂，固化后修研拋光恢復密封端面。2套管內、外部清理，更換各密封墊后回裝。

2 故障分析

2.1 套管反復漏氫分析

＃3發電機A相出線套管瓷瓶上端密封面受損是套管反復漏氫及“定子接地3次諧波”信號頻發的根本原因。由于該發電機自1985年12月投運以來的20多年時間內，其套管上端橡膠密封墊均未進行過更換，橡膠材質已老化龜裂，在一定條件下就會形成通道引發漏氫。加之套管瓷瓶上端密封位于出線罩底部（圖1），油污容易積存并沿漏氫通道滲入，導致沿滲漏通道發生爬電（引發保護裝置發“定子接地3次諧波”信號），使滲漏進一步發展和惡化，最終使套管瓷瓶上端完全失去密封作用。可以判定，故障一發生前A相出線套管下端密封已損壞，該套管已發生較嚴重的漏氫現象。

圖1 套管漏氫及接地部位

2.2 定子接地故障分析

故障一發生前的半年時間內＃3發電機軸振持續超標，使位于發電機勵端的＃7密封瓦經常向機內漏油。當漏油較多排污跟不上時，出線罩內油位將持續上升，接近或超過套管上端密封面，發生油污沿出線套管漏出的情況，同時可能引發定子繞組短時接地。由于軸振超標—漏油—接地三者的發生存在一定時間過程，難以在DCS歷史曲線上發現明顯關聯，且接地故障發生部位隱蔽（位于出線罩底板與套管手包絕緣筒之間），放電存在偶發性和瞬時性，故通過直觀檢查和電氣耐壓試驗均難以發現。

2.3 封母進水原因分析

故障一中，發電機出線罩內2處無直接聯系的絕緣引水管同時發生斷裂，且斷裂部位無明顯鼓脹，在空間上距內端蓋內側金屬高速擦痕較近，可以判定為外力所致，即平衡塊固定不牢，運行中脫落飛出，打在絕緣引水管上，致使其破裂。破裂部位的漏水導致定子繞組接地、發電機跳閘，而機組跳閘后內冷水系統仍在運行，在氫壓從發電機內冷水系統泄出的同時，發電機內冷水也不斷涌入出線罩內，最終從A相出線套管下端漏入封母。由于事故處理時間限制，沒有消除套管上端密封的故障點，當下端密封由于安裝工藝等問題密封不嚴時，即可能導致較為嚴重的漏氫現象，為后2次故障的發生埋下了伏筆。

3 處理結果及預防措施

3.1 處理結果

在故障三發生一年后（2007年）的＃3機組大修中，解體了該發電機的全部6根套管，更換了全部密封墊和受損的套管瓷瓶，并在套管、內冷水箱等部位安裝了發電機漏氫在線監測探頭。該發電機此后未再發生過此類故障。

3.2 預防措施

3.2.1 電氣試驗

由于定子繞組短時接地屬于軟故障，停機置換氣體后進行電氣耐壓試驗時，往往造成接地的環境因素已發生改變，故難以找到故障點。建議在此類故障發生時，將發電機短時解列，投盤車，維持油壓、氫壓及內冷水，暫不排污，電氣措施完備后進行2.5倍直流耐壓試驗，查找放電故障點。

3.2.2 套管上端氣密性檢查

由于完善套管上端密封周期較長，緊急事故處理中，需要判定套管上端密封是否受損時，可在不拆除套管的情況下，將其下端橡膠密封墊改為開口墊后重新裝復壓緊，保持發電機工作氣壓，在下端密封墊開口處即可確認上端密封是否泄漏，若有泄漏需及時進行更換處理，預防事故擴大。

3.2.3 運行與檢修

套管上端密封位于出線罩底部，為預防油污侵入，應加強運行中的密封油壓調整，并及時排污，防止機內油位上升引發短路接地。由于套管安裝法蘭排污孔徑較小（8～10mm），容易積存油污并造成堵塞，檢修中亦應檢查疏通該排污孔，確保套管上端密封不受油污侵蝕。

3.2.4 密封墊檢查更換

套管瓷瓶密封材質一般為耐油丁腈橡膠，其標稱使用壽命通常為8～10年，但在油污浸泡侵蝕下會有一定縮短。國產同類機組一般運行年限均在20年以上，而套管解體檢修不屬于大修標準項目，套管上端密封墊往往多年（甚至自投產以來）都未進行過更換，建議在近次大修中全面檢查，并視橡膠老化情況及時更換。當發現套管下端密封墊有明顯油污時應立即更換。

3.2.5 漏氫早期預警

由于套管漏氫屬于“暗漏”，發生初期不易發現，建議在同類發電機三相出線套管、中性點聯箱及內冷水箱等部位安裝漏氫在線監測探頭，并將漏氫量信號引入機組DCS系統，發現漏氫及時處理，將事故消滅在萌芽狀態。故障一中，機組若安裝了該系統，內冷水通過套管漏入封母的情況是完全可以避免的。

3.2.6 施工工藝改進

套管下端密封是套管密封的最后一道屏障，此前的多次套管漏氫均與下端密封安裝不當（軸向密封圈緊力不足、徑向密封墊裝偏等）存在聯系，有必要加強套管安裝方面的工藝培訓。

4 經驗教訓

套管位于發電機最底部，其絕緣、密封和冷卻結構相對復雜，運行中始終與氫、油、水等接觸，一定條件下，套管的漏氫通道內易發生接地閃絡，而閃絡爬電會使漏氫問題進一步惡化，最終因漏氫量過大或接地而導致停機事故。同時氫氣通過套管漏入封母，也可能導致爆炸事故。因此，套管漏氫現象值得引起相關企業的高度重視。

從文中的3起故障來看，發電廠出于保發電量以及事故定性的考慮，往往在事故發生后搶時間恢復，出現“頭疼醫頭、腳疼醫腳”，分析、處理不夠深入的情況，造成隱患無法根除，事故反復發生。建議企業有關管理和檢修人員轉變思想意識，在事故處理中不僅要快，而且要深入、徹底，確保發電企業的長周期生產安全。