十里泉發電廠#7機組發電機氫氣純度異常下降的分析與處理措施

摘 要：十里泉發電廠#7機組在2016年4月份出現氫氣純度下降較快，靠頻繁不清置換維持機組運行的異常情況，通過趨勢分析和現場試驗，最終判斷為密封瓦及補、排油閥異常所致，并制定現場措施，解決了發電機氫氣純度下降速度快的問題，保證了機組的安全運行。

關鍵詞：氫冷發電機組；氫氣純度；異常下降；分析處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.191

目前，大型發電機多采用氫氣冷卻方式。但是發電機氫冷系統本身也有缺點，比較典型的也是最為突出的問題就是易造成氫氣的純度異常下降。如果發電機內氫氣純度長期處在不合格狀態，易造成氫氣冷卻效率下降，繼而造成發電機內個別部件產生局部過熱，而且過熱產生的有害氣體還會繼續造成發電機內絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕，直接影響發電機組的安全運行。若氫氣純度過低，甚至還會引起爆炸事故。另外查閱美國GE公司介紹，一臺運行氫壓為0.5MPa，容量為907MW 的氫冷發電機組，當氫氣純度從98%下降至95%時，摩擦和通風損耗大約增加32%，即相當于損失685KW。一般情況下，當機內的氫氣壓力不變時，氫氣純度每降低1%，其通風摩擦損耗約增加11%。所以，長期處于氫氣純度低工況下的機組是極不經濟的，而且還得利用排污補氫的方法提高氫氣純度，對機組的運行帶來一定的安全隱患。

1 系統簡介

華電國際十里泉發電廠#7機組自投產以來發電機氫氣純度一直較為穩定，在2016年4月份出現了氫氣純度下降速度快，必須依靠頻繁補氫置換維持運行的情況，日均補氫量最大達98立方，制氫設備每天滿負荷運行，給機組的安全運行帶來巨大隱患。

該廠#7機組發電機為QFSN—300—2型，采用水氫氫冷卻方式，定子繞組為水內冷，轉子繞組、鐵芯為氫氣內部冷卻，氫氣利用裝在轉子兩端護環外側的單級漿式風扇進行強制循環，通過兩組氫氣冷卻器進行冷卻。氫氣密封油系統采用雙流環式結構，機組運行中采用差壓閥自動調節空側密封油壓與氫壓之差，使其保持在0.085MPa，氫側密封油壓通過平衡閥自動跟蹤空側油壓，使空、氫側油壓差保持在±500Pa范圍內，以保證密封瓦雙流環間盡量少的竄油，從而達到對發電機內氫氣的密封作用。發電機設計額定氫氣壓力為0.30MPa。該機組配備的密封油系統主要由以下部件構成：空、氫側交、直流密封油泵、空側密封油過濾器、氫側密封油過濾器、空側密封油箱、氫側密封油箱、空氫側密封油冷卻器、主差壓閥、備用差壓閥、汽端平衡閥、勵端平衡閥以及液位顯示報警裝置、閥門等，詳見下圖。

2 發電機氫氣純度下降的原因分析

由于氫側密封油與發電機內氫氣直接接觸，氫側密封油中空氣等雜質的釋放就成了影響發電機氫氣純度下降的直接原因，通過查閱系統資料和現場勘查，分析影響該發電機氫氣純度的因素可能有以下幾個：

2.1 儀表測量因素

氫氣純度儀表測量存在誤差，造成數據偏差較大，給密封油系統的調整造成誤導。

2.2 平衡閥跟蹤不靈敏

氫側密封油平衡閥調整不靈敏的原因主要是調節活塞的卡澀及平衡閥信號管的堵塞。由于正常運行中要求空、氫側油壓壓差僅有幾百帕，調節活塞的輕微卡澀或者信號管路稍有堵塞等均會造成平衡閥調節的不靈敏，繼而使得空、氫側密封油壓力產生偏差，導致空、氫側密封油在密封瓦內的串流量增大。這時存在兩種情況：一是當氫側油壓過高時，氫側密封油通過密封瓦向空側密封油串流，氫側密封油回油箱油位就會下降，為維持密封油箱油位，自動補油閥自動打開，空側密封油補入氫側密封油回油箱。由于空側密封油中含有空氣等雜質，這樣補油的后果，就是補進去的空側密封油中的空氣和濕氣等雜質也隨著進入氫側油路，在發電機內與氫氣接觸致使其受到污染，特別是在發電機的消泡箱內，此處空間較大，油中的空氣與濕氣得到充分釋放，氫氣更容易受到污染，純度下降。二是當空側密封油壓力過高時，空側密封油在密封瓦內直接串入氫側油路，同樣也與氫氣接觸，并回至消泡箱內繼續擴容釋放空氣和濕氣，使氫氣純度下降。

由以上分析能夠看出，油中氣體分解釋放是造成發電機內氫氣純度下降的直接原因。

2.3 密封瓦或軸頸磨損導致間隙超標

合適的密封瓦徑向間隙，不但能對發電機內氫氣的密封效果好，同時空、氫側密封油的串流量也小。但隨著機組的長期運行，密封瓦與軸頸不可避免的相互接觸繼而產生磨損，造成密封瓦徑向間隙的逐漸增大，最終引起空、氫側密封油壓力的波動和串流，繼而造成和上述2.2條款里的內容類似的結果。

2.4 氫側密封油箱進排油

氫側密封油箱自動補油及排油閥門因行程不到位或者密封線存在缺陷而產生內漏，會直接造成氫側密封油箱油位的不穩定，補、排閥門只要有一個產生內漏，這時密封油箱補、排油閥均會產生頻繁的動作，從而造成空、氫側密封油的串流。

2.5 排煙系統不暢通

密封油排煙風機如果發生入口門誤關、濾網堵塞等異常，就會造成排煙不暢，影響空側回油箱油、氣的分離，使得大量的空氣和濕氣不能被有效地分離排出，當出現空、氫側密封油串流時同樣會造成氫氣的污染。

2.6 含水量檢查

氫氣濕度過高、含水量過大，水中的空氣就會析出進而污染氫氣。

3 現場檢查與試驗排查

3.1 密封油純度儀的檢查校驗

對發電機氫氣進行了兩次取樣，并采用了兩種不同型號的監測設備，并將監測結果與在線監測結果對比，偏差不明顯，基本就排除了純度檢測表計存在誤差的可能性。

3.2 平衡閥的檢查

檢查汽端、勵端平衡表，汽端平衡表指示在零位，而勵端平衡表偏差較大，指針偏向氫側壓力高。

檢修人員對平衡表和平衡閥分別進行了校驗和解體檢查：勵端平衡表經校驗得知指示偏差較大，不能為平衡閥的調整提供依據；平衡閥活塞活動靈活無卡澀；信號管無堵塞。基本排除了平衡閥影響因素。endprint

3.3 氫側密封油箱及密封瓦處因素的試驗與排查

檢測氫側密封油箱補、排油管道均在40℃左右，溫度較高，懷疑油箱同時有補油和排油現象。隨后進行了相關試驗：

（1）機組運行中，機組負荷穩定在300MW，發電機內氫氣壓力0.296MPa，密封油箱油位穩定在0mm。（2）運行人員先將補油手動隔離門關閉，發現密封油箱油位下降較快，5分鐘后油位降至-20mm。（3）開啟補油隔離門后，再關閉排油手動隔離門，發現密封油油箱油位上升較快，4分鐘后油位升至+20mm。（4）后又同時關閉補、排油手動隔離門，密封油箱油位依然下降較快，14分鐘后又降至-20mm。

通過試驗說明：補油、排油閥門存在內漏缺陷；密封瓦內的空、氫側油壓不平衡，有串流現象，密封瓦徑向間隙也有可能增大。

3.4 密封油排煙風機的出力檢查

檢修與運行人員同時對密封油排煙風機的出口進行檢查，兩臺風機出力正常，同時為了驗證排煙風機的影響，將兩臺風機同時運行了24小時，后檢查氫氣純度依然下降較快。這樣也排除了排煙系統的影響因素。

3.5 含水量檢查

化驗人員先后多次采用三臺儀器對密封油含水量進行檢查，檢查結果最大含水量為31.2mg/l，符合小于<100mg/l的標準。

通過多個因素的排查，可以判斷出造成該發電機內氫氣純度異常的主要因素有三個：一是勵端平衡表的不準確給油壓調整造成誤導，致使空、氫側油壓有較大偏差；二是勵端密封瓦徑向間隙超標；三是補、排油浮球閥存在不同程度的漏流。

4 針對問題采取的處理措施

4.1 針對儀表問題采取的措施

儀表檢修人員及時采購新的平衡表，并在標準室對平衡表進行校驗核準后進行了更換。

4.2 密封瓦解體檢查

2016年9月份，電廠利用機組大修機會，對勵端密封瓦進行了解體檢修，對密封瓦間隙進行了檢查，其中勵端密封瓦徑向最大間隙達0.32mm，已經超過了間隙標準范圍的0.25mm的上限。同時發現密封軸頸處有磨損痕跡。隨后檢修人員對密封瓦進行了更換，對軸頸磨損處采用冷焊工藝進行了修補，并將密封瓦徑向間隙調整在標準范圍內。

4.3 氫側密封油箱及其附件檢查

利用大修機會對密封油箱內部進行了清理，并對補、排油閥門進行解體檢查，發現兩個閥門都存在關閉不到位的情況。檢修人員對閥門關閉位置重新進行了調整定位，消除了其內漏的缺陷。

5 結語

通過采取以上措施，十里泉發電廠#7發電機氫氣純度異常下降問題得到徹底解決，自處理完畢至今已有半年時間，氫氣純度能夠保持在96%以上，月度補氫量為196m?，日均6.53m?，符合相關要求。同時氫側密封油箱油位也較穩定。通過對該異常的分析處理，總結出了類似異常的處理經驗，對于該廠其他機組也有借鑒意義。

參考文獻 ：

[1]陳啟卷.電氣設備及系統[J].北京：中國電力出版社，2006.

[2]張修波，姚德全，韓德才.氫冷汽輪發電機氫氣純度下降過快的原因[J].東北電力技術，2002（04）：63-65.

作者簡介：馬瑩（1978-），男，山東滕州人，工程師，從事發電廠汽機檢修管理方面的工作。endprint