660MW發電機氫氣純度降低原因分析及處理

韋源

【摘?要】現代大型機組基本使用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用水內冷，轉子繞組采用氫內冷，定子鐵芯和其他構件為氫氣表面冷卻。氫氣系統由發電機定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路構成全封閉氣密結構，氫氣由裝在轉子兩端的漿式風扇強制循環，并通過設置在定子機座四角的氫氣冷卻器進行冷卻，具有效率高，冷卻效果好，安全可靠等優勢。同時為維持發電機內部氫氣不外泄，必須設置密封油系統對發電機動（轉子）靜（軸瓦）部分進行密封。原理是通過對密封瓦通入一定壓強的密封油，使密封瓦內密封油壓強大于發電機內部氫氣壓強，以防止氫氣自密封瓦動靜間隙處外泄，期間密封油會自密封瓦兩側外泄，其中一部分會流入發動機內部并與氫氣接觸。

【關鍵詞】660MW;發電機;氫氣純度

一、660MW發電機氫氣純度降低的危害

氫氣作為一種極易爆炸的危險品，如果氫氣中含氧量大于3%，遇明火即會發生爆炸。發電機在運轉過程中可能出現定、轉子放電現象，若發電機內內氫氣純度降低，則存在氫爆的可能，嚴重威脅設備安全。發電機氫氣純度降低，可能造成發電機繞組絕緣下降，嚴重威脅發電機的安全。從經濟角度來看，氫氣純度越高，混合氣體的密度就越小，通風摩擦損耗就越小。當機殼內壓力不變時，氫氣純度每降低1%，通風摩擦損耗增加11%，氫氣純度降低冷卻效果下降對機組運行不利。正常發電機制造廠家要求氫氣純度在95%--98%之間。所以運行中必須嚴格監視，及時調整，確保純度合格。

二、660MW發電機氫氣純度降低的原因分析

某660MW發電機機運行時，機內氫氣純度緩慢降低至95.10%，遠低于發電機制造廠家設計≥98%要求，需要對其純度下降原因進行分析，并采取針對性解決方案。

1、原因分析

在660MW發電機運行時，機內氫氣純度低至98%，即可認為氫氣純度不足，針對這一問題，一般來說運行人員應進行排補氫操作。排污時首先應確認氫氣系統和附屬設備沒有動火工作，隨后緩慢操作排氫門，防控靜電問題招致的爆炸起火事故，待氫壓降低至0.38-0.4MPa時，關閉排氫門，并重新充入合格氫氣，反復操作多次后，即可恢復氫氣純度在合格范圍。但通過排補氫操作發現故障仍然存在，氫氣純度仍持續降低。隨后運行人員對各系統進行排查后發現密封油真空泵油水分離器內部積水較多，密封油真空油箱真空下降至-76kPa，隨即對密封油真空泵進行換油，真空泵出力提升，密封油真空油箱真空恢復至-84kPa。在密封油真空油箱真空上升后，發電機內氫氣純度緩慢上升至95.7%，進一步分析認為密封油油源汽輪機潤滑油油質可能劣化。對汽輪機潤滑油油質進行化驗后，發現汽輪機潤滑油中水分含量超出標準要求。

在確定汽輪機潤滑油油質問題后，對汽輪機潤滑油箱底部排污，放出約150L水，確認有水、汽進入潤滑油系統內導致油質含水率超標。在對汽輪機潤滑油A、B冷卻器分別解體檢查后未發現冷卻水漏入潤滑油系統，后對各汽輪機軸承箱檢查中發現汽輪機中壓缸端部有少量蒸汽逸出，檢查#2軸承箱，發現觀察窗上有少量水跡，基于此認為汽輪機中壓缸軸封片磨損較多，導致軸封間隙增大，部分軸封蒸汽逸出，由于#2軸承箱內處于微負壓狀態，部分外逸蒸汽被吸入軸承箱內，進入汽輪機潤滑油。

2、原因判定

通過對上述檢查過程進行分析，認為造成發電機氫氣純度下降的原因如下：

直接原因：潤滑油凈化裝置維護不到位，長期無法投運，導致油質下降。

原汽輪機潤滑油系統配套有油凈化裝置，在正常運行情況下定期投入該裝置，可有效清除潤滑油中水分，可維持油質在正常水平內，不發生劣化情況。由于該油凈化裝置設備陳舊，故障頻發，不能維持正常運行，長期未投入使用。

間接原因：中壓缸軸封片磨損，軸封蒸汽泄漏量增大，#2軸承箱中壓缸側油擋磨損增大，導致軸封蒸汽漏進潤滑油系統量增加。

軸封片是用來密封汽缸端部軸封蒸汽，防止軸封蒸汽泄露的機械結構，在汽輪機長期運行情況下，隨著機組振動和轉子軸向運動過程中，不可避免的會發生磨損情況。在軸封片磨損逐漸增多，軸封間隙也逐漸增大，軸封蒸汽便會產生泄露并逐漸增大。

軸承箱油擋是用來密封軸承箱與汽輪機轉子之間動靜間隙的機械結構，其作用是為防止軸承箱內飛濺的潤滑油通過軸承箱與汽輪機轉子之間動靜間隙漏出，造成潤滑油的損耗。正常情況下軸承箱內未微負壓狀態，所以油擋外側會有少量氣體漏入軸承箱內，與潤滑油混合、溶解，并回到潤滑油箱。

為排出汽輪機潤滑油因高溫產生的油氣和潤滑油內溶解的部分氣體，一般潤滑油箱均設置有排煙風機，致使潤滑油箱、潤滑油回油系統及各軸承箱內均處于微負壓狀態。正常運行情況下，軸承箱外部分空氣及少量蒸汽漏入潤滑油系統，可分別由潤滑油排煙風機以及油凈化裝置去除，以保證潤滑油品質。

由于該機組中壓缸軸封片和軸承箱油擋磨損較大，且油凈化裝置未能正常投入，導致潤滑油內水分含量超標。而水分超標的潤滑油進入密封油系統內循環，并與氫氣接觸，發電機內氫氣，最終導致發電機內氫氣純度下降。

三、660MW發電機氫氣純度降低的處理方案

第一，由于該潤滑油凈化裝置已無法投入運行，且設備老舊、性能不足，維修價值不大。決定增設外置大型真空濾油機進行潤滑油連續過濾操作。

第二，對于中壓缸軸封片磨損增大，在機組運行中時，可在維持機組真空不降低的情況下，嘗試降低軸封蒸汽壓力，減少中壓缸軸封蒸汽泄漏量。待機組停運后，可擇機對中壓缸軸封片進行更換，并對其他汽缸軸封片進行全面檢查，發生異常磨損一并更換。

第三，對于軸承箱油擋磨問題，在機組運行中時，可通過關小汽輪機潤滑油箱排煙風機進口閥門的方法，適當降低潤滑油系統及軸承箱內負壓水平，減少外部氣體及軸封蒸汽漏入軸承箱內，進入潤滑油。待機組停運后，可采用耐磨損的材料，對軸承箱油擋進行更換。

在采用外置大型真空濾油機對潤滑油進行連續過濾、適當降低軸封蒸汽壓力和降低汽輪機潤滑油箱負壓的各項操作后，該機組發電機內氫氣純度緩慢上升至97.80%，接近設計要求。后期仍加強對各相關系統監視調整，控制發電機內氫氣純度≥96%以上可長期維持機組正常運行。

總結：

綜上所述，660MW發電機氫氣系統中的氫氣純度低于98.00%時，不僅會導致發電機繞組絕緣老化及金屬部件腐蝕速度加快，而且會增加發電機通風損耗及轉子磨損損耗，影響發電機運行安全性、經濟性。而氫氣純度下降原因可能與潤滑油凈化裝置維護不到位，致使油質下降、軸封片或軸承箱油擋過度磨損致軸封蒸汽漏進潤滑油系統量增加有關。針對上述原因，運行人員可以在油凈化裝置定期投運基礎上，增加對潤滑油油質化驗和油質監測，及時發現潤滑油油質劣化，并及時采取有效措施干預，維護機組的安全、經濟運行。

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（作者單位：國能南寧發電有限公司）