350MW機組發電機氫氣泄漏缺陷診斷分析及處理

廣西華磊新材料有限公司發電廠 晏 國

因為氫氣具有比例小、通風損耗低、傳熱系數大的優勢，汽輪機發電機基本上選用氫氣冷卻[1]。發電機氫氣純度不合格也會導致發電機過熱、絕緣層材料疲勞損傷、發電機冷卻效果不佳、運行不經濟等[2]；假如發電機產生氫氣泄漏，不僅會影響發電機的冷卻實際效果，還會引起發生爆炸的概率。發電機漏氫可分為外泄漏和內部的泄漏兩種，外泄漏能通過漏氫檢查儀檢測，但內部結構泄漏沒法形象化分辨，只能依靠泄漏現象展開分析。

文獻[3]闡述了機組在盤車狀態下，因密封油油氫差壓低導致發電機密封油空側發生氫氣泄漏。文獻[4]分析了480MW發電機端蓋中分面和發電機引出線B項發生漏氫的現象。本文針對某電廠350MW機組發電機漏氫缺陷進行了分析診斷，并采取了相應的處理及時消除缺陷以保證機組的安全運行。

1 設備概況

某2×350MW電廠2號機組發電機為哈爾濱電機有限責任公司制造的三相隱極式同步發電機，型號為QFSN-350-2，發電機定子繞組為三相、雙層、短距繞組，繞組接線為雙星形，冷卻方式為水-氫-氫，其設計規范見表1。氫氣由安裝在轉子兩端護環外側的單級漿式風扇進行強制循環，并由兩組氫氣冷卻器冷卻。發電機端蓋內裝有雙流雙環式油密封，以防止氫氣從機殼內中逸出。定子繞組總進、出水匯流管分別裝在機座的勵端和汽端，在出線罩內還裝有單獨的出水小匯流管，由進水匯流管經絕緣引水管構成向定子繞組、主引線、出線磁套端子及中性點母線板供水通路，由出水匯流管匯集排出。

表1 發電機規范

發電機內氫氣壓力（表壓）0.3MPa，最大不超過0.32MPa，定子冷卻水進水壓力（表壓）0.2MPa，最大不超過0.25MPa，且任何情況下，控制發電機內氫氣壓力大于定子冷卻水壓力0.035MPa。為了提高發電機運行的可靠性，配備有氫氣濕度、漏水、氫氣泄漏檢測儀以及絕緣監測裝置，可對發電機運行中定子絕緣進行實時在線監測。

2 發電機漏氫途徑

發電機組漏氫的途徑一般有外漏氫和內部的漏氫兩種。外漏氫就是指發電機組里的氫氣根據泄漏點泄漏到外殼以外空氣中。因為氫氣在空氣中快速蔓延，在離氫氣泄漏點0.25m的空氣中很難發現氫氣的出現，一般這類氫氣泄漏的風險性很小。在標準情況下，氫的密度是空氣中的1/14，是地球上最輕化學物質；氫的分子熱運動速度快，進而具備最大的擴散速度和高傳熱性，其傳熱力是空氣中的7倍；并且氫氣的密度低，其壓損也小。氫氣泄漏到空氣中時，能夠通過檢測發電機端蓋、電機定子全部法蘭孔、氣管路系統、出線盒、發動機機座冷卻器等泄漏點來消除。

另一種主要是因為氫油差壓力閥性能差，氫氣大量進入空側或密封性瓦連接面造成氫氣泄漏，根據密封性瓦進到密封油系統。氫氣與密閉式瓦空側回油一起進到汽輪發電機油箱，在油箱產生爆炸性氣體的內部漏氫。此外一種內部結構漏氫情況就是發電機組定子繞組中空導線內壓力小于機身壓力時，中空導線密封性損傷，氫氣首先會泄漏到定子繞組中空導線內冷水中，阻攔水循環系統，冷卻水流量降低。氫氣泄漏到氫冷卻器的冷卻循環水和封閉母線基本都是內泄漏氫。

3 發電機漏氫的常見原因

3.1 氫氣冷卻器因管路震動造成氫氣泄漏比較大

發電機組冷卻器由開式水循環式系統冷卻，聯接氫冷器進出口的冷水管震動，法蘭聯接螺絲松動，法蘭密封墊因外力作用震動而疲乏毀壞，造成氫氣泄漏。

3.2 氫冷卻器和端蓋的氣密性蓋焊接漏氫

氫冷卻器的端蓋和接合面都是氫常常泄漏部位。最主要的氫泄漏緣故如下：一是因為組裝欠佳，氫氣冷卻器端蓋與外殼間的法蘭密封墊旋蓋地腳螺栓未扭緊，法蘭密封墊有刮痕、損壞。二是發電機組氫冷卻器端蓋法蘭密封墊衰老，如不及時拆換，密封墊容易損壞并泄漏氫氣。

3.3 密封油差壓閥欠佳造成氫氣泄漏

正常運行時，密封油工作壓力務必高過氫氣工作壓力40kPa之上，密封油才能把氫氣密封在定子內部，當溫度或者其他原因造成氫氣工作壓力發生變化時，密封油壓務必相對應變化，油氫壓差務必保持在60kPa上下，壓差高時密封油進到定子內部，壓差低時密封不嚴，油氫壓差閥就是依據氫氣工作壓力的變化來隨時調整密封油壓力的作用。

3.4 密閉式瓦漏氫

密封瓦座墊片損傷或有毛刺。機組的密封瓦座根據螺栓固定于端蓋上，密封瓦座與端蓋連接面中間有一層環氧樹脂絕緣填充料。該密封圈在施工前要認真檢查有沒有裂開、毛邊，切記不能在安裝過程中刮傷。此外，假如密封座的連接面有空隙，密封瓦間隙比較大，也會造成氫氣泄漏。

3.5 出線罩漏氫

造成出線罩漏氫的原因主要有以下兩個方面：一是密封涂料遇熱熔化后擠壓。出線罩和定子的連接面涂有密封涂料，常溫狀態密封效果明顯，但發電機組滿負荷運行后定子里的氫氣溫度升高，密封涂料融解變松，從連接面擠壓造成氫氣泄漏。

二是密封效果不好。發電機組出線罩與發電機組、定子之間空隙小，密封焊接作業艱難，焊接可能出現出氣孔和焊痕，都是漏氫的原因之一。此外，出線罩與定子間的對口空隙、焊接電流、焊接順序也對出線罩密封焊質量有很大影響。

4 發電機組氫氣泄漏概述

某年12月27日發現2號機組運行中補氫操作比較頻繁，且補氫量日漸增大，最大補氫量達到16m3/d，遠超出廠家給出的最大補氫量10m3/d。31日16時40分，2號發電機定子冷卻水箱壓力高報警，就地開啟定子冷卻水箱排汽門測氫，檢測到有氫氣含量，排氣后壓力高報警信號消失，就地跟蹤測量定冷水箱排汽門有氫氣排出，判定發電機內漏致使氫氣進入定冷水箱。

隨后，組織開展停機消缺相關事宜，于次年1月12日，開工2號發電機檢修工作票，進行2號發電機氫氣泄漏點查找，發現A相引出線絕緣引水管與端部繞組槽口接觸位置有漏氣點，確定該位置為內漏點，如圖1所示，拆開勵端端蓋檢查各個引水管交叉點及接頭位置未發現新的漏氣點。1月15日更換絕緣引水管后再次進行查漏，發現A相引線水電接頭處存在氫氣泄漏，經剔除絕緣后檢查，發現引線水電接頭處存在兩個漏點如圖1所示，對水電接頭進行焊接處理后，水路保壓試驗正常。

圖1 絕緣引水管泄漏點位置

4.1 原因診斷分析

一是2號發電機2015年進行過檢修，重點是對勵端絕緣引水管固定情況進行過排查，在短時間運行工況下依舊發生絕緣引水管磨破情況，從拆下來的絕緣引水管來看，磨破的絕緣引水管與端部繞組槽口接觸位置已經進行過防磨處理，但未進行固定，機組運行中振動，導致兩個接觸面相互摩擦，直至破損。反映出設備檢修后，專業驗收把關不嚴，未能及時發現隱患，并予以消除。

二是外聘廠家人員對絕緣引水管間存在的摩擦和固定沒有一個統一的技術方案，每次出現絕緣引水管磨穿問題后，到廠的人員提出的固定和防磨方案間均存在差異。

三是如圖2所示，發電機絕緣引水管出廠設計布局不合理，現場存在隱患較多。檢查2號發電機一共有10根絕緣引水管存在問題，均位于發電機勵側下部區域，其中有8根絕緣引水管間存在交叉，2根絕緣引水管長度過長，存在與線棒或機殼觸碰問題。

圖2 發電機絕緣引水管現場布置圖

四是由于引水管表面光滑，防磨包扎物在機組運行端部振動的情況下，逐漸出現松動及位移，造成引水管逐漸被包扎物磨穿形成泄漏點。

4.2 處理措施

機組正常運行中，發生氫氣泄漏時，機內氫氣壓力下降，會影響機組出力，為保證機內氫壓在一定范圍，機組出力不受限制，勢必補氫操作頻繁，補氫量增大，制氫頻繁，成本大，經濟性差；再者，會使定子冷卻水流量降低，情況嚴重時會產生氣塞，導致定子線圈過熱，絕緣受損，甚至有可能發生氫氣著火，威脅機組安全[5]。為防止發電機絕緣引水管漏水，絕緣引水管盡量避免與其他部位相碰或交叉，若無法避開，必須使用玻璃絲帶綁扎固定，且中間需墊滌綸氈。本文就此次氫氣泄漏，采取以下措施。

一是針對2號發電機設備和安裝時遺留的、無法通過后期固定和包扎加固解決的先天問題，專業上積極聯系廠家對存在隱患的絕緣引水管重新規劃布置。二是結合匯水環備用接頭實際位置，重新調整匯水環內水管布置，將長度較長的水管改為就近接入匯水環內，存在相互摩擦地引水管重新調整長度和接入接頭位置，消除相互接觸。三是總結每次故障處理中的技術經驗，結合廠家人員給出的建議，整理出與機組相適應的處理的方法，保證修后不留隱患。四是機組正常運行中，加強定子線圈溫度及定子冷卻水出水溫度的監視，若溫度升高，應分析判斷是否由于氫氣泄漏所致，同時定期對定子冷卻水箱及封閉母線進行漏氫檢測。五是施工過程嚴格按工藝標準及《防止電力生產事故二十五項反措》第11.3.2條執行。

綜上所述，該350MW機組發電機氫氣泄漏診斷原因主要是由于絕緣引水管長度不一，布局不合理，大修后驗收把關不到位，加之機組正常運行中由于振動，絕緣引水管間相互碰摩，導致絕緣引水管出現漏點。通過更換絕緣引水管，重新對絕緣引水管布局，調整匯水環內水管布置，將長度較長的水管改為就近接入匯水環內，存在相互摩擦的引水管重新調整長度和接入接頭位置，采用玻璃絲帶綁扎固定，且中間墊滌綸氈的方法解決了該問題。