氫冷發電機漏氫分析及預防處理

胡 沖

（山西焦煤集團興能發電有限責任公司， 山西 太原 030200）

引言

氫冷發電機指利用氫氣冷卻發電機的機器。采用氫氣作為冷卻介質，具有其他冷卻介質不可比擬的優勢。氫氣的比重小、流動擴散性強，能大幅度提高散熱能力，在大容量發電機中，出于發電機制造成本、維護管理等考慮，其體積受到限制，造成發熱量的急劇增加。因此，除水電機組外，均普遍采用氫氣作為冷卻介質，其冷卻能力達到空氣的七倍。

在提高冷卻能力的同時，由于氫氣的滲透能力強，氫冷發電機會不可避免地存在漏氫問題，從而漏氫量的大小是氫冷發電機的主要技術指標。氫氣泄漏導致氫壓下降，使得發電機冷卻能力下降，嚴重漏氫時，由于氫氣的危險性，還會造成著火、氫爆等安全事故。解決漏氫問題，維持氫系統的工作正常是保證氫冷發電機正常運行的必要條件。因此，必須對漏氫問題進行分析，采取一定的預防措施，盡量避免漏氫問題的產生。

1 漏氫原因分析

發電機的設計結構、安裝工藝、運行中的老化問題，都會引起漏氫現象出現。因此，結合發電機結構及安裝運行，對典型漏氫問題的原因分析如下。

1.1 端蓋與密封瓦結合面漏氫

發電機密封瓦故障，包括卡澀、磨損及絕緣不合格等，會使得密封間隙變大，造成密封油壓力下降，導致漏氫。出現這種問題時，氫氣會泄露到外端軸承室，利用氫系統檢漏儀可以檢測到。在組裝上下半端蓋時，法蘭接縫必須要對齊，當出現錯口不平時，會使得密封墊受力不均，從而造成間隙變大。另外，對于上下端蓋水平法蘭結合面與密封瓦座的密封溝之間的出口位置，要采取密封措施，以避免密封膠的進入[1]。

1.2 定冷水系統漏氫

在發電機的正常運行過程中，為避免冷卻水系統漏水，需要設定定冷水壓低于氫壓，內冷水箱在正常運行過程中，由于氫氣的強滲透能力，會造成水箱內部含有少量氫氣。長期的運行過程中，定子絕緣會受潮，最嚴重時會引起定子絕緣的擊穿。而定冷水系統產生泄漏時，漏氫問題就會出現，造成內冷水箱中含氫量突然增大[2]。

1.3 轉子與定子漏氫

從勵磁機轉子引來的勵磁繞組的引線，由于需要經過轉子中心，因此在轉子表面上需要一緊固密封點進行密封。密封發生松動，就會形成漏氫現象，這種情況下，在發電機勵磁線圈對輪和轉子氣密試驗孔處可以測量到漏氫。滑環處的導電螺桿發生氫氣漏出，這一過程是動態的，在運行中難以解決[3]。對于定子引出線套管與瓷套法蘭之間的松動，由于密封不嚴，也會產生漏氫。針對套管瓷件與銅法蘭之間的灌裝處，應加強檢查，避免松落的出現。此外，在結構上，可將瓷件結合面的圓柱面改進為錐面結構，同時以環氧樹脂進行澆裝，由此減少定子處的漏氫。

1.4 電機整體密封性能變差

發電機的密封系統是一個復雜龐大的整體，很多的管道和設備連接在其中，當存在管道、端蓋密封圈失效等節點出現漏點時，氫壓將會出現下降。氫冷系統是一個整體性的系統，各密封環節均起著同樣重要的作用，對氫冷系統的檢查，是一項必不可少的工作，包括運行狀態及漏氫測試的檢查。

2 漏氫預防處理

漏氫問題固然存在，但針對漏氫位置采取可靠的技術措施，可在一定程度上預防漏氫的問題。氫密封系統、水內冷系統、油系統及循環水系統構成氫冷系統本體的主要部分，各系統內部均存在不同程度的漏氫問題[4]。對于外部附屬系統，也會存在一定的漏氫，主要包括氫器干燥裝置、氫管路閥門及表計、氫油分離器、絕緣過熱檢測裝置、氫油壓調節系統、氫濕度監測裝置等。氫氣系統的結構，決定了氫氣外漏的部位。因此，對漏氫關鍵結構部件改進預防，可以有效地減少漏氫的發生。

2.1 結合面位置處

發電機的各結合面處應該嚴格密封，其中勵磁系統側、上下端蓋及汽輪機側端蓋與機座的結合部位的結合面積大，是密封的薄弱環節。對這些部位應該加強檢修，在檢修過程中，不能傷及密封面，且要采用符合要求的密封材料。緊固端蓋螺栓時，為保證結合面位置緊密貼合，應采取規范操作，保證把合力的均勻，避免緊偏的出現，在把緊1/3螺栓狀態下，用0.03 mm塞尺檢查應不入。

2.2 密封油系統

依據密封瓦的結構及運行參數，設定合理的密封油壓力，采用雙流環式密封瓦進行密封的機構中，要保證差壓閥及平衡閥動作的靈活性，同時具備良好的跟蹤性能。在設備運行中，密封油壓大于氫壓的恒定值，通過差壓閥來控制實現；而平衡閥則控制氫側與空側密封油壓相等。在檢修的過程中，要提高差壓閥和平衡閥的檢修和調試的工藝水平，保證運行中的動作靈活可靠，同時確保合理的設定值，達到氫氣不外漏和機油不內流的作用。要嚴格監視油箱中的油位，避免出現滿油進入機內或缺油漏氫現象的出現。

2.3 轉子與定子部分

對于定子繞組采用水內冷的發電機，運行規程規定，內冷水壓要低于氫壓0.05～0.10 MPa。針對轉子漏氫的動態過程，需要加強對滑環處導電螺桿的密封檢查。文獻[5]中改進的定子繞組空心銅線部分也存在漏氫的可能，如圖1所示。當定子發生漏氫時，可采取高溫火焊的方法，將銅棒烤軟后撬開，然后對焊縫進行封焊處理。

圖1 定子繞組接頭泄漏位置示意

2.4 氫氣管道和閥門

依據國家標準規定，應采用無縫鋼管作為氫氣管道的管材，而對于具有焊縫的焊接鋼管、電焊鋼管等要嚴禁使用。采用符合國家設計標準的管道及閥門，氫管道集中的部位應有防震和防磨擦措施。當安裝結束后，對氫氣管路應進行強度試驗并吹掃，確保管路中無鐵銹、塵土及其他垢物。在長期使用過程中，對于管路的檢查，應注意管道之間的磨擦，避免管壁局部變薄造成漏氫。對于氫氣置換站氣體管道使用到的小閥門應選用球閥、截止閥對閥門的材質也有明確要求，見表1。

表1 氫氣閥門材質要求

2.5 發電機整體

當發電機各密封點密封后，在投入運行前，應做氣密性試驗，以保證發電機漏氫率（量）達到預定目標。試驗要求持續24 h，按公式（1）計算靜止狀態下的發電機漏氣量應滿足表2的合格標準[6]。

式中：V為發電機充氫容積，m3；P1、P2分別為測試開始和結束時機內的氫壓表讀數，MPa；B1、B2分別為測試開始和結束時的大氣絕對壓力，MPa；T1、T2分別為測試開始和結束時機內氣體的平均溫度，℃；H為測試持續時間，h；ΔV為換算到規定狀態時的漏氣量，m3/d。

表2 整體氣密性試驗每晝夜最大允許漏氣量（0.1 MPa，20℃）

3 結語

作為發電機的重要組成部分，氫冷系統所涉及的設備比較多且復雜，其漏氫治理是一項系統性的工作，需要針對漏氫的部位，根據漏氫的原因，確定具體的治理方案，同時加強檢修的工藝水平，不斷探索先進的檢測、防范手段，避免安全事故的出現。

[1]范文江.氫冷發電機漏氫原因及處理[J].電子世界，2017（16）：176.

[2]孔令軍，岳嘯鳴.氫冷發電機漏氫分析及防范措施[J].河北電力技術，2011，30（6）：35-37.

[3]賈智剛，孫建軍.國產300MW發電機漏氫分析及處理[J].技術與市場，2012，19（3）：52.

[4]王徳旗.關于600MW氫冷發電機漏氫常見問題及處理方法[J].今日科苑，2015（6）：104-105.

[5]李社平，武偉，于叢練.裕東電廠2號汽輪發電機漏氫量偏大的分析與處理[J].河南電力，2009，37（2）：35-37.

[6]羅以勇.S109FA氫冷發電機漏氫量大的原因及對策[J].重慶電力高等專科學校學報，2014，19（5）：53-55.