1000MW汽輪發電機嚴密性試驗特殊結果分析

郭慶華 鞏宇

哈爾濱電機廠有限責任公司 黑龍江哈爾濱 150040

發電機設備在安裝結束后，進行嚴密性試驗，是對現場發電機組安裝的質量和設備質量的檢驗，也是為機組的安全運行提供保證。某電廠1號機組系哈爾濱電機廠有限責任公司生產制造的汽輪發電機，其主要參數見表1：

表1 QFSN-1000-2汽輪發電機主要參數表

該發電機在現場安裝完成后，按照制造廠提供的QFSN-1000-2型汽輪發電機整套嚴密性試驗規范經行計算，發現計算的結果與常規機組有些不同。再次對發電機整個系統進行查漏，沒有發現新的漏點，重新進行整體嚴密性試驗，結果仍然如此。現在介紹和分析如下：

1 整套嚴密試驗方法

發電機在安裝完成后充氫氣前，密封油系統應該投入運行，以保證發電機內部氫氣壓力比密封油壓力高50kPa。

第一階段：首先通過刷肥皂水的方法進行第一階段的檢查，因為刷肥皂水查漏比檢漏儀查漏更直觀。通過充氫系統的外部管路向發電機內充入干燥的壓縮空氣，壓縮空氣壓力值為發電機額定氫壓加20kpa，試驗時間為6小時以上。本階段主要初步檢查發電機本體和有關的外部管路是否漏氫，主要包括端蓋密封面、各人孔門、氫氣冷卻器及其密封件、出線絕緣套管、出線罩、測溫元件接線板、轉子集電環等，和與之相連的管路、閥門，重點是檢查焊縫、結合面處、螺栓處、法蘭、螺紋接頭、閥門、放氣口及排污口等處是否漏氫[1]。

第二階段：待確認以上各處沒有明顯的漏點后，進行鹵素檢漏儀檢漏法，精確查找泄漏點。將干燥的空氣和氟利昂罐連接到空氣入口閥上如圖1所示。首先向發電機內充入4.5kg氟利昂氣體，然后充入干燥的壓縮空氣至發電機額定氫壓值。用檢漏儀檢測所有焊口和結合面，主要包括集電環、冷卻器、氫密封、出線盒、兩端端蓋等處，要用鹵素檢漏儀徹底檢查。氟利昂按每30m3容積使用1.5kg。

第三階段：以上工作結束后，開始進行發電機整體嚴密性試驗，為了確保試驗的準確性，試驗要求：充氣到試驗壓力后穩定1小時后才能開始記錄，氫氣冷卻器和盤車裝置不投入使用。密封油系統的真空泵要投入使用并使油系統內的真空箱維持真空。嚴密性試驗至少進行24小時，在此期間定期連續（每小時）測量并記錄試驗數據，包括：大氣壓力、機內壓力、機內氣體溫度、環境溫度、密封油泵出口壓力、氫油壓差、真空油箱壓力、密封油溫度、汽端和勵端密封油壓、氫側密封油流量。由于發電機體積龐大，發電機內部的氣體溫度采用多點測量后平均得到。為了提高測量的精度，發電機內氣體壓力和大氣壓力的測量采用U 型汞柱壓差計或高精度壓力表。

圖1 發電機漏氫檢測示意圖

2 整套嚴密性漏氣量計算方法

氣體泄漏值公式是根據理想氣體狀態方程（即PV/ T = 定值）推導得到的，見公式1，在1.01325×105kPa（760mmHg）壓力和機內溫度T2（℃）時整個發電機系統的總泄漏量為L：

公式1 理想氣體狀態方程公式

公式中：

L —氣體總泄漏量（m3/d）

H —試驗時間（h）

B1—試驗開始時大氣壓（ kPa）

B2—試驗結束時大氣壓（ kPa）

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M1—試驗開始時發電機內氣壓（ kPa）

M2—試驗結束時發電機內氣壓（ kPa）

T1—試驗開始時發電機內氣溫（ ℃）

T2—試驗結束時發電機內氣溫（ ℃）

但是，公式1中計算的泄漏值包括空氣溶解到氫側密封油中的耗氣量。因此需要根據公式2計算油中耗氣量：

公式2 密封油耗氣量公式

Aa=24×60×Q×A×P×10-3

Aa = 空氣溶解在油中耗氣量（m3/d）

Q = 氫側密封油流量（l/min）

P = 發電機內平均壓力（ kPa）

A = 大氣壓力下空氣對油的溶解率圖表（見圖2）

圖2 大氣壓力下空氣對油的溶解率

因而在1.01325×105kPa（760mmHg）壓力和T2（試驗結束時發電機內溫度）下，整個發電機系統的實際空氣泄漏量為L-Aa，制造廠提供的嚴密性試驗標準：漏空氣量低于1.3m3/d，因此只要L - A < 1.3m3/d ，即達到了要求。

3 整套嚴密性試驗的結果

根據制造廠提供的嚴密性試驗方法，該電廠1號發電機在安裝結束后進行了整體嚴密性試驗，試驗的主要數據及計算結果見表2：體分子自身占用的容積和分子間的相互作用，自然存在一定的誤差。因而實際氣體的漏氣量要比理想氣體的漏氣量來得少[2]。

4.2 氣體不充分溶解造成耗氣量計算誤差

空氣在密封油中的溶解率公式是基于實驗得到的，它是指標準工況下空氣在密封油中的最大溶解值，即溶解飽和值。但現場的實際情況不可能達到這一飽和值，密封油從發電機密封瓦的間隙中噴出，與發電機內的空氣混合后經過密封油回油管流到氫側油分離箱，分離箱保持一定的油位。密封油再從分離箱內的溢流管回到浮球閥疏油罐，通過浮球閥，最后流到汽輪發電機潤滑油系統的回油管中，而空氣則不能通過浮球閥。在轉子靜止狀態下，密封瓦與轉子四周的間隙并不均勻，密封油從密封瓦間隙噴出后與空氣的混合也不可能很好很充分，并且密封油從密封瓦噴出后回到浮球閥疏油罐這一整個過程的時間很短，因而空氣在密封油中的溶解遠遠不能達到飽和的程度，利用空氣在密封油中的溶解率公式計算得到的空氣溶解量往往要比實際溶解的大得多。

4.3 密封油流量和溫度存在測量誤差

發電機這樣大體積的容器，內部結構復雜，溫度分布不均勻，現場測量一般也只是利用原先布置在發電機內部的氫氣溫度測點來測量其內部氣體的溫度，由于測點數量有限且分布不均，從而造成測量溫度與發電機內部氣體實際溫度的偏差。另外，發電機密封油流量和溫度的測量也存在誤差，現場對油量的值采用氫側密封油額定流量來估算的，密封油溫度是通過測溫器在油管路上測量得到。因此密封油流量和溫度的測量都存在誤差[3]。

5 結語

參考以上因素可知，氫氣溫度的試驗工況、總泄漏量的計算以及氫氣在密封油中耗氣量的計算比空氣試驗的工況更接近實際，因此氫氣計算的結果為正值是正確的。反過來考慮，空氣工況計算的

表2 試驗數據記錄

4 試驗結果分析

根據常識，發電機整體嚴密性試驗狀態時實際氣體泄漏量應該是正值，不可能為負值，因而肯定是某些原因造成負值產生，現逐一分析如下：

4.1 非理想氣體造成公式計算誤差

只有在所考慮的氣體為理想氣體時，理想氣體狀態方程才準確，制造廠提供的漏氣量計算公式也只能適用于理想氣體。但實際上試驗所用的氣體為清潔干燥的儀用壓縮空氣并帶有少量氟里昂，存在一定的粘度，若用理想氣體狀態方程來計算漏氣量，忽視了實際氣結果是負值，也是可以理解的，關鍵要保證數據準確，充分分析產生偏差的原因。