1030MW發電機漏氫分析與處理

葛宗琴，胡海峻，焦立峰

（華能南京金陵發電有限公司，南京210034）

1 引言

大型發電機采用水氫冷卻方式，發電機定子繞組采用氫內冷，轉子鐵芯和定子鐵芯以及轉子繞組采用氫氣冷卻，發電機定子繞組內冷水滲漏，將導致發電機機內放電，定子絕緣損壞，危及機組安全運行。本文通過對某電廠1#發電機定子繞組漏水問題的處理，從發現問題、查找、處理漏點3方面進行分析和論述，為大型發電機組發電機定子繞組漏水問題的解決提供了一些思路。

2 設備概況

某電廠安裝有2臺1030MW燃煤汽輪發電機組，發電機定子繞組為直接水冷，定、轉子鐵芯及轉子繞組為氫冷。

發電機內冷水系統采用閉式循環系統[1]，由內冷水箱、定冷水泵、冷卻裝置、過濾器和離子交換器組成，配備2臺定冷水冷卻器（100%容量）和1臺離子交換器。2臺離心式定冷水泵，1臺工作1臺備用，當1臺定冷水泵出現故障后能自動切換到另1臺運行。發電機額定氫壓為500kPa，定子繞組漏氫前，1030MW發電機日均漏氫量計算值在8m3附近。

3 發電機漏氫問題的發現與分析

3.1 問題發現

發電機日均漏氫量每日計算值約為8m3/d。2017年9月9日、10日1號發電機漏氫量增大至12m3/d，發電機日漏氫量有增大的趨勢。檢查發電機氫氣干燥器、氫氣冷卻器排氣門處、發電機汽、勵兩側大端蓋、氫氣系統排污、取樣門、密封油系統檢查，未發現漏氫點。檢查至25m定冷水箱回水觀察窗內發現明顯氣泡，達每分鐘60個氣泡，根據發電機廠說明書，正常運行時，該處每分鐘大約有1個小氣泡。在l號發電機定冷水箱頂部排氣口用漏氫檢測儀檢測，漏氫測試儀顯示滿量程。

綜合分析，l號發電機定冷水回水管出現大量氣泡，1#發電機日漏氫量增大，定冷水箱排氣口處氫氣濃度大，發電機定子內冷水內部漏氫現象比較明顯，分析發電機內部定冷水系統存在漏點。

3.2 發電機定冷水漏氫的部位和原因

發電機定冷水系統可能漏氫部位及漏氫原因有以下幾部分：

1）聚四氟乙烯絕緣引水管。導致聚四氟乙烯絕緣引水管漏氫的原因有：（1）引水管材質差，有砂眼，導致絕緣引水管本身磨破漏水；（2）絕緣引水管過長，運行中引水管與發電機內端蓋等金屬部分摩擦，導致水管磨破漏水；（3）絕緣引水管連接管螺母松動、O形密封圈老化；（4）絕緣引水管金屬壓接接頭存在制造缺陷，壓接部分漏氣[2，3]。

2）定子線棒的空芯導線穿空前、水電接頭穿孔板封焊處以及水盒封焊處，焊接工藝不良，有虛焊和砂眼的存在，導致空芯導線漏水。

3）定子線棒空芯導線斷裂。斷裂部位發生在繞組的端部和槽內直線換位處。產生原因為空心線棒材質差，繞組端部處固定不牢，運行中產生100Hz高頻振動，致使導線換位加工時產生裂紋進一步擴大和發展，最終斷裂[4]。

3.3 發電機漏氫檢查

機組停運發電機氣體置換結束，與制造廠共同先從人孔門入內檢查，未發現明顯漏點，在對發電機0.2MPa水壓試驗時，發現1#發電機汽側12點鐘位置下層線棒水電接頭的水盒底板后有水流出（見圖1），查閱發電機接線圖，故障線圈為3#槽下層線棒。對發電機其他部位進行檢查，未發現發電機其他部位存在漏點。拆除分相絕緣隔板檢查汽側3#槽下層線棒外側第1根不銹鋼空芯導線刺水（見圖2）。

圖1 線棒水盒水

圖2 漏點

3.4 定子線棒不銹鋼空導滲水原因

3.4.1 發電機定子線棒端部水電接頭結構

THDF型發電機的定子線棒由多股空心不銹鋼冷卻管和實心銅導線組成，為保證良好的散熱性，在線棒端部，實芯導線與一連接套焊在一起，不銹鋼冷卻管焊接至一個水盒，水盒通過聚四氟乙烯（PTFE）絕緣軟管與汽端、勵端的匯流管相連[5]。上層線棒和下層線棒之間的電連接通過連接套用螺栓連。結構示意圖如圖3所示。

圖3 定子線棒水電接頭示意圖

3.4.2 不銹鋼空芯導線電腐蝕原因分析

拆除故障線棒的絕緣盒，對空導表面進行了清理，表面擦拭清理出鐵砂樣酥松細顆粒，清理后空導表面及右側擋板出現一凹坑，周圍實心銅線有過熱痕跡。

分析認為不銹鋼空芯冷卻管的不銹鋼材料存在結構性缺陷，長期運行出現砂眼，運行中氫壓高于水壓，不銹鋼空芯冷卻管砂眼處內冷水雖然不能滲出，但該處的氫氣濕度應較其他部位偏高，漏水的3#槽下層線棒是A相繞組的高位線棒，對地電位高達15.8kV，而砂眼處又處于線棒的角邊上，內部股線圓角很小，角邊上的電場強度特別強，砂眼處濕度較大的氫氣在強電場的作用下被電離成氫離子，氫離子腐蝕附近的不銹鋼空芯導線，腐蝕生成的鐵磁性顆粒在端部漏磁和強電場作用下，產生局部放電和渦流，使不銹鋼冷卻管表面不斷被氣化、電離，出現凹坑，擋板附近導體發熱，局部放電和電離最終將發展成為A相定子繞組接地，應該只是時間的問題。

4 不銹鋼空導砂眼處理

4.1 不銹鋼空芯導線砂眼處理方案

制造廠就不銹鋼空芯導線砂眼及電腐蝕處理提出如下2個方案：

方案1：將3#下層線棒水電接頭處第1根不銹鋼空芯導線加橡膠塞直接封堵。優點是處理簡單快捷，機組可以快速恢復運行，缺點是機組帶負荷能力受限，后續處理時需更換整根線棒，由于THDF型發電機端部采用整體灌膠結構，更換單根線棒需破壞定子端部結構，可能損壞其他線棒絕緣，需拆除或更換的線棒較多，施工工作量均較大，費用高[6]。

方案2：對損壞空芯導線表面進行焊接修補。優點是能夠恢復3#線棒的冷卻能力，不影響機組帶負荷能力，缺點是清理焊接工藝要求高，現場處理時必須做好防止異物進入發電機的措施。

經評估，電廠決定采取第2種方案，對滲漏的不銹鋼空芯導線進行清理，并制訂發電機內部處理的防護方案。為防止氬弧焊溶解母材時，空芯導線凹坑處太薄導致焊接失敗。選擇采用銀釬焊工藝。先在同樣材質的不銹鋼空導上進行了試焊，確認補焊后的不銹鋼空芯導線的強度滿足運行工況要求。

4.2 漏點處理

漏點處理包括以下幾方面：

1）3#定子線棒空芯導線的漏點位于汽側上部12點鐘位置，可以在不抽發電機轉子的情況下進行處理。處理關鍵是采取可靠的防護措施，確保處理過程鑿下的泥子等雜物不能進入轉子以及鐵芯的風道，保證機內的清潔度。

2）對空導砂眼和凹坑部位采用銀釬焊工藝補焊修復，補焊完成冷卻后，對焊接邊緣的銳角進行處理。

3）由1#發電機勵側3#下層線棒水盒處通入儀用壓縮空氣，對汽側10根空導進行了吹掃，確認10根空導通流情況正常。

4）用工裝對單根3#槽下層線圈泵水壓，逐步升壓至約0.7MPa，保壓4h。下層線棒不滲不漏。水壓試驗合格后，檢查汽端3#槽10根空導水流量正常。

5）泄壓放水，開始焊水盒，水盒焊接完成后，再次進行泵水壓，逐步升壓至約0.7MPa，保壓4h，期間多次檢查無滲漏。

6）更換新的O形密封圈，回裝3#槽汽側、勵側絕緣引水管。

7）絕緣引水管安裝完成后，開展了整機水壓試驗合格。

8）極相組的絕緣盒安裝。空導漏點處理結束后，對1#發電機汽端底部和四壁用面團全面清理，杜絕異物留在發電機內部，清理完畢后，測量發電機絕緣，并完成發電機直流泄漏電流試驗合格。機組并入電網運行。

并網后，觀察發電機定冷水箱回內氣泡每分鐘1個，定冷水采樣化驗含氫量0.4%，達到優良標準，漏氫量在約7m3/d，優于國標12m3/d和制造廠要求的18m3/d標準。

5 結論及經驗總結

運行中根據機組每日漏氫量的變化，及時發現機組漏氫量增大，通過漏氫排查、分析、試驗，發現定子繞組漏氫，果斷停機，避免了發電機定子接地等重大設備損壞。

對定子線棒不銹鋼空芯冷卻管的砂眼和電腐蝕產生的凹坑處理正確，沒有簡單地將故障冷卻管封堵，避免后續可能造成的3#槽下層線棒溫度偏高，影響機組帶負荷能力[1]。

主要經驗總結如下：

1）加強發電機日漏氫量、補氫量的統計分析，發現異常，及時分析處理。

2）檢修、運行人員要高度重視定冷水箱回水管氣泡的跟蹤檢查工作，它是判斷發電機內氫氣漏至定冷水內是否超標的重要判據。

3）確認發電機定冷水系統內部存在漏點時應盡快停機檢查消缺，防止故障擴大。

4）對發電機定子線棒空芯導線滲漏的處理方案要慎重，盡可能不采用將不銹鋼空導簡單封堵方案，否則將影響機組帶負荷能力。

5）發電機內部工作必須采取可靠包扎封閉措施，工作中，及時吸塵清理，全部工作結束后，再次全面清理檢查。防止金屬粉塵遺留在發電機內部，在發電機正常運行時3000r/min的轉速作用下，進入轉子風道或定子鐵芯內部，造成發電機故障。

6）發電機查漏過程中，須嚴格做好防止內冷水進入機內的措施，對空冷線棒進行處理如需放出機內內冷水時，需安排專人在排液口進行檢查，確認內冷水已全部排出，必要時打開發電機底部人孔進行檢查，防止機內積油水。檢修結束后，需按照預防性試驗規程開展絕緣和直流耐壓試驗。