氢冷发电机漏氢问题的分析及探讨.doc

氢冷发电机漏氢问题的分析及探讨 摘要 本文从氢冷发电机结构部件方面分析了发电机漏氢的原因，并提出了综合处理方法，以提高机组安全运行水平。 关键词 漏氢 分析 探讨 前言 韶关发电厂#10、#11发电机是东方电机厂生产的QFSN-300-2-20B型发电机组，其定子绕组、转子绕组及铁芯均采用氢内冷的冷却方式。氢气由装在转子两端的风扇强制循环，并通过设置在定子机座上部的四组氢气冷却器进行冷却。氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦以及氢气管路构成全封闭气密结构。但发电机漏氢问题时有发生，影响了机组的安全稳定运行。本文对发电机漏氢问题进行原因分析，并对综合处理方法进行了探讨，以提高机组安全运行水平。 1.发电机漏氢原因分析 氢冷发电机的漏氢部位归纳起来讲总归有两部分；一是氢冷发电机内部本体结构部件的漏氢，二是发电机外部附属系统的漏氢。氢冷发电机本体结构部件的漏氢涉及四个系统；包括：水电连接管和发电机线棒的水内冷系统，发电机密封瓦及氢侧回油管接头的油系统，发电机氢气冷却器的循环水系统，发电机人孔、端盖、手孔、二次测量引出线端口、出线套管法兰及瓷套管内部密封、出线罩、氢冷器法兰、转子导电杆等的氢密封系统。发电机外部附属系统的漏氢包括氢管路阀门及表计、氢油差压调节系统、氢油分离器、氢器干燥装置、氢湿度监测装置、绝缘过热检测装置等。下面结合我厂发电机氢气系统的结构，对检修过程中影响到漏氢的关键结构部件进行分析。 1.1机壳结合面 机壳结合面主要包括：端盖与机座的结合面、上下端盖的结合面、固定端盖的螺孔、出线套管法兰与套管台板的结合面及进出风温度计的结合面等。为防止这些部位漏氢，在检修中应注意以下事项： （1）端盖与机座的结合面及上下端盖的结合面结合面积大，密封难度大，是防漏氢的薄弱环节。应注意，在检修过程中，为解体及回装所做的标记不能伤及密封面；要对结合面进行详细检查，对所采用的橡胶密封条的尺寸、耐热性能、耐油性能、弹性及耐腐蚀性能进行严格验收。现在该厂的发电机端盖密封条应采用一次成形的氟橡胶密封条，密封胶采用硅橡胶密封胶，可以有效解决了上下端盖结合面的密封条在端盖处与下端盖密封条因衔接不良而引起的漏氢问题。 （2）紧端盖螺丝时，应均匀紧固大盖螺栓，防止出现紧偏，以保证结合面严密。要检查水平、垂直中分面的间隙，在把紧1/3螺栓状态下，用0.03mm塞尺检查应不入。 （3）出线套管法兰与套管台板的结合面是防止漏氢的关键部位。由于该处受定子端部漏磁影响，温度较高，加上机内进油的腐蚀，因此，该处需用耐油橡胶圈和橡胶垫加以双重密封。由于漏入机内的密封油多积存于此，因而该处的密封材料易老化变质失效，每次大修时必须进行检查。另外，在拆装引线的过程中，应避免套管导体受侧力过大，引起密封垫位置的变化而造成漏氢。 1.2密封油系统 （1）密封瓦座与端盖的垂直结合面是较易漏氢的部位之一，对该处的密封垫质量必须严格把关。上、下半端盖组装时，接缝应对齐，防止由于错口使密封垫受力不均。上、下半端盖的密封条顺端盖垂直面留出12mm的长度，安装后修成半圆型，使装配密封瓦座后此处接合严密不漏。 （2）密封瓦的间隙必须调整合格，间隙控制在0.180.20mm。 （3）为防止密封油进入机内，应控制好油档间隙。发电机两端轴瓦油挡顶部间隙控制在0.500.05mm，底部间隙控制在00.05mm，两侧间隙控制在0.200.25mm；油挡结合面接触面积应在75%以上，以0.03mm塞尺不入为宜。 （4）严格执行差压阀的检修工艺，做好调试工作。保证氢侧油压高于机内氢压0.050.02MPa，且密封瓦空氢侧的油压必须时刻保持平衡(压差在01.47KPa)，避免氢侧油压超出空侧油压造成氢侧回油大量增加，来不及排走而漏入机内，同时造成氢侧油窜入空侧，带走大量的氢气。 （5）严格监视密封油箱的油位，防止油满进入机内或空罐时跑氢。正常运行时保持较低油位。 1.3热工测温元件接线柱板 东方电机厂300MW发电机热工测温元件接线柱采用锥形结构，通过套在锥形接线柱的橡胶绝缘套来保证测温元件接线柱的对地绝缘性能和对氢气的密封性能。在实际检修过程中往往会造成橡胶绝缘套挤压变形，再加上锥型橡胶垫长期在发电机内受到高温和油浸的作用，非常容易老化松动，起不到应有的密封效果。 1.4转子部分 （1）氢气由转子外漏到大气是经护环处的导电螺钉进入转子中心孔，再从滑环处的导电螺钉或中心孔两侧堵板处漏出。因这种漏氢在运行中无法处理，因此每次大修都必须对转子进行风压查漏试验。 （2）大修中应首先加强对护环处导电螺钉的密封检查，切断转子漏氢的源头；其次，要检查滑环处导电螺钉及汽端中心孔堵板的密封情况，把好转子漏氢的第二关；最后通过在转子励端中心孔堵板处通入干燥清洁的压缩空气，用无水酒精滴在导电螺钉部位的方法进行检查。密封试验合格后，回装转子励端中心孔堵板，应确保此处严密不漏。 1.5氢气冷却器 （1）氢气冷却器是氢气可漏点最多的设备，结合面的每条螺丝及每根铜管都有漏氢的可能，因此应重点检查，并单独进行水压试验。试验压力为0.6MPa，30min无渗漏为合格。 （2）如发现铜管有渗漏，应在渗漏管两端用经过退火处理的锥形紫铜棒进行封堵。如铜管胀口出渗漏时，应用胀管器对该胀口进行补胀，并经再次水压试验合格为止。 （3）每台冷却器堵塞的渗漏铜管不能超过总数的5，如超过则应更换。 （4）减少冷风器的漏风率，提高冷却效果。检修中应检查挡封条，损坏的要及时更换。 （5）检修时应对放在室外的冷风器做好防尘措施，防止散热片受到污染。另外，对于冷风器散热片表面的油污可用高温热蒸汽吹净，效果很好。 1.6氢气管道及阀门 （1）大修前应做好制氢站和氢气置换站管道的隔离措施，在远端的法兰部位加装堵板进行隔离。 （2）所有气体管道应用无缝钢管，严禁使用铸铁管件。管路连接应尽量使用焊接方式，以彻底杜绝因密封垫老化造成的漏氢。氢气置换站气体管道中小的阀门应全部采用密封性能良好的球阀。 （3）氢管道集中的部位，应有防震和防磨擦措施，并加强对管道的检查，防止因管道之间相互磨擦，造成管壁局部变薄而泄漏。 2.漏氢的综合处理方法 2.1在备件上严把质量关 因备件质量造成发电机漏氢主要有两方面：一是线棒水电连接管质量存在压接问题，二是密封瓦座密封条过早老化失去弹性。所以治理漏氢首先要从备件的质量上入手，多调研国内其它电厂所用备件和密封件的情况，真正选到品质优良适合本厂发电机所需的工况备件，在备件上作到“该换必换、换必换好”。 2.2制定详尽的漏氢处理方案 发电机漏氢治理的质量不仅仅要求在解体后回装中把关,更主要的是从检修前的漏氢量情况分析、修前运行中漏点仔细查找、根据漏氢的情况分析漏氢部位,制订出详细的处理预案,作到“解体前有目的,回装中有重点”。真正作到检修的有的放矢，即缩短检修工期，又保证了检修质量。 2.3在检修中实现过程控制 在处理漏氢中对每个密封点实行严格控制,解体前尽量暴露本体的密封点后,排氢后对密封点用压缩空气再次打压查漏(加适量氟利昂气体),对各密封点用卤素检漏仪和肥皂水仔细反复测量,特别是在正常运行中查不到的部位，如汽、励端瓦室中的瓦座结合缝；汽、励两侧氢侧回油管法兰；以及空侧密封瓦的回油情况等。2.4对密封槽和密封条的密封的控制 针对已查到的漏点，核对图纸精心测量，但不能凭图纸定实物尺寸，关键部件应实际反复测量，特别是密封槽加工难度大，都存在一定的误差，密封槽的宽度和深度不均匀，不能依赖图纸要求的密封槽尺寸和配制要求的密封条,对每处密封槽应重新测量,验证密封槽和密封条的匹配情况，如不合适采取重新选择密封条或修理密封槽的方法，使密封槽在槽中保持9397的槽满率,并且密封条在槽中各点的压缩量在1317。 2.5对密封瓦和瓦座装配的控制 密封瓦的间隙直接影响到发电机的漏氢量，密封瓦的检修是发电机检修很关键的一步，必须严格把关过程控制。我厂发电机机采用单流环式油密封，空、氢每侧密封瓦由四个90度弧型条拼接成整环，密封瓦的氢侧与空侧共用一路进油，分两路回油，通过差压阀自动跟踪控制油压使氢油差压保持0.050.1MPa,空氢两侧密封瓦拼装后在瓦室内靠弹簧勒紧,密封瓦在瓦室内可以随轴颈径向浮动，并通过圆键定位于密封座内。 在刮研密封瓦前必须精心测量瓦处轴径，仔细检查轴颈有无沟槽或磨损带，如有两条以上宽度大于1mm、深度大于0.15mm沟槽或宽度大于20mm、深度大于0.05mm的磨损带应采用电刷镀或微电弧焊修补轴颈,修补后轴颈和原母材轴颈用刀口尺比齐用0.02塞尺不如为合格。 在刮研瓦前还应仔细检查刮研瓦的瓦胎具,有无磕碰或脏污，尺寸和要求偏差多少作详细记录，在刮研瓦时将胎具偏差补偿考虑进去，确保所研密封瓦和轴颈的间隙达到厂家要求的范围内,即空侧间隙0.182mm,氢侧间隙0.182mm。 在刮密封瓦时保证瓦条端口结合严密，无圆角或缝隙，端面每平方厘米至少有23个接触点，整体接触面不低于70,且均匀分布。密封瓦内弧面和胎具每平方厘米至少有23个接触点，整体接触面不低于70,且均匀分布。 将刮好的密封瓦装入瓦座后勒好弹簧，用手推动瓦块检查有无卡死现象，回装密封瓦后应检查瓦环端口的接触情况，端口结合紧密用0.03mm塞尺检查应塞不入，并且无错口现象。回装密封瓦座时将瓦座密封槽清理干净后压入选择好的密封条，密封条压入时应保持自然状态，严禁拉伸或压缩密封条，密封条和密封槽的长度相适应，密封条端头切成和槽端头相一致的形状并挤入适量密封胶。用螺丝把紧瓦座后用0.03的塞尺沿密封面检查不入为止。 2.6对隐蔽密封点和氢管路的检修控制 在发电机检修中着重注意一些解体中容易忽略的隐蔽密封点即:密封“死点”，如热工引出线接头、匝间短路探测器引线端、发电机底部安装孔、发电机引出线套管法兰以及氢管路的密封，千万别因抓进度而忽略这些点的检修，要记住任何密封件都会老化，一旦运行中出问题再去处理将会损失很大，处理起来也很麻烦，切不可疏忽大意。 2.7对气密试验的控制 在发电机检修过程中,控制漏氢方面着重把好压力试验关,即解体后的定冷水路气密试验、转子中心孔气密试验，氢气冷却器气密（或水压）试验、回装后的整体气密试验等四个气密试验。 （1）定冷水路气密试验主要检验发电机线棒和线棒接头、水电连接管、引出线的连接部分等的气密性，在运行中定冷水路发生泄露直接表现在定冷水箱含氢量大，按照国家汽轮发电机运行规程规定定冷水箱含氢量不超过3。定冷水路发生泄露危害严重、处理难度大，严重时会发生漏水接地短路事故。定冷水路气密试验前应将水路内的水用干燥的压缩空气通过吹干后,在发电机出水端加装专用法兰和0.25级精密压力表，充0.05Kg的氟利昂气体,在用压缩空气加压到0.03MPa,用5750、5650型卤素检漏仪对发电机线棒和线棒接头、水电连接管、引出线的连接部分以及打压用的临时堵板、法兰表接头等进行查漏检查，确证无渗漏后保压两小时开始一昼夜的保压记时,以标准24小时压力降小于1为合格。 （2）转子气密试验是用来检验发电机转子导电杆的严密性，抽出转子后在转子励端轴头处安装专用大压工具并接0.25级精密压力表，充0.4MPa的压缩空气,按东电厂家规定6小时压力降小于0.04MPa为合格。 （3）氢气冷却器气密试验用来检验氢冷器水管以及水管和管板胀口的严密性，抽出冷却器后将冷却器水室打开，将管路清理干净后，重新压3mm的高弹氟胶版垫，将水室恢复后装专用的大压工具，充0.4MPa的压缩空气，按照东电厂家要求6小时允许压力降小于0.032合格。 （4）当发电机各密封点密封后就可以进行发电机整体气密试验，发电机整体气密试验是检验发电机所有静密封点及密封瓦的密封性试验，试验时所有管路恢复正常运行状态，密封油系统投入正常运行状态，发电机定冷水系统和氢冷器不允许充水，且排空阀打开，在氢系统内接入0.25级精密压力表用来检验泄露情况，机内充0.3MPa的压缩空气,用肥皂水检验发电机各密封点的泄漏检查,并观察空侧密封瓦的回油情况,沿轴颈均匀平稳流回。 V=V（P1+PB1）/（273+t1）-（P2+PB2）/（273+t2）Q0/P024/h 其中： V在给定状态下的每昼夜平均漏气量m3/d V发电机充气容积取72m3 P0给定状态下大气压力 P0=0.1MPa； Q0给定状态下大气温度 Q0=273+20=293k； P1试验开始时机内的气体压力（表压） MPa； PB1试验开始时大气压力MPa； t1试验开始时机内的气体平均温度； P2试验结束时机内的气体压力（表压） MPa； PB2试验结束时大气压力 MPa； t2试验结束时机内的气体平均温度； h正式试验进行连续记录的时间小时数h； 注：大气压力用气压表测量。定子内气体的温度值，以汽、励端、机座中间的温度计和冷热风压区中的电阻温度计读数平均值为准。试验标准按JB/T6277-92做36小时气密试验，连续一昼夜（24小时）最大允许漏空气量V为：3m3/24h优、7m3/24h良、9m3/24h合格。在发电机正常运行状态和正常氢压状态下按JB/T6277-92每昼夜（24小时）最大漏氢量VH：8.5m3/24h优、11.5m3/24h良、14.5m3/24h合格。 3.结束语 总之，发电机漏氢的原因很多，发电机出现漏氢现象后，在停机前积累数据分析和查找漏点，选择优良的密封材料和备件，在检修中合理地配置密封条，严谨细致地刮研密封瓦，消除密封“死点”，通过四个气密性试验把关合格后，漏氢工作就顺理成章地处理好了一、漏氢的危害。不能保证氢压的额定值，从而影响发电机的出力。消耗氢气过多，造成制氢频繁，成本高。发电机系统可能着火、爆炸，造成损坏。 二、漏氢的途径和部位。两种途径：1、外漏。发电机本体存在漏点，造成氢气向大气泄漏。2、内漏。密封油系统的平衡阀调节灵敏度不好，氢侧往空侧窜油，进入空侧油箱随排烟风机排入大气。定子线圈冷却水管路有漏点，因机内氢压略高于定冷水水压，造成氢气进入定冷水系统。氢气冷却器铜管有漏，造成氢气进入开式冷水系统。漏入封闭母线。 常见的漏氢部位：端罩与机座结合面漏氢。端盖与端罩及上下半端盖结合面漏氢。端盖与密封瓦座结合面。定子引出线套管漏氢。氢气冷却器上下法兰与机壳结合面处橡胶垫腐蚀或冷却管破裂引起漏氢，氢气冷却器的故障： 1、冷却器由于磨损或热应力偏差造成裂纹。主要是因为冷却水管材质和冷却水水质。冷却器出口冷氢和入口热氢温度一般在39、45，开式冷却水入口与出口温度27（冬天），因冷却水温过低导致严重结露现象。 2、冷却器制作工艺不良。冷却水管与两端管板的嵌装采用胀管法，在接口部位容易出现裂纹。在这一缺陷目前已经出现在氢气冷却器、励磁机空冷器及电泵空冷器。氢气管路截止门不严引起漏氢。漏入定子绕组内冷水系统。密封瓦内部漏氢，密封瓦间隙调整不当。 三、如何查找漏氢。机组停运之后找漏，一般在氢气置换空气后，做发电机的气密性试验。运行中发电机找漏，借助微量氢测定仪，查找漏氢部位。如果在氢冷器冷却水排空侧测到氢，应确定属冷却器有漏；如定冷水顶部氮气流量计有走动，应确定定子冷却水管有漏加装漏氢在线连续监测仪。在找到氢漏点后，如果在发电机端盖或一些结合面，可以用密封胶进行封堵；如果是氢冷器有漏，可以单个隔离，针对300MW发电机，一般有四组共八个冷却器，单独一个隔离对发电机出力影响不大，但造成氢冷器氢气出口温度偏差很大，有一定的危害。而且在带高负荷时，如恢复其运行，也会造成其它正常运行的冷却器出口氢温变化，运行人员调整起来非常麻烦。目前根据各电厂发电机主要漏氢部位是在氢冷器，一些有漏的冷却水管采取用堵头封死，这样一来有用的冷却管数减少，影响冷却效果，反复的隔离堵漏造成工作量大。针对发电机运行的年数，在机组停运检修时，应彻底更换新的冷却器。如果是确定是定子冷却水管有漏，只能停机处理。 四、氢气湿度过高对发电机的危害。降低定子端部绕组的绝缘水平，造成绝缘表面沿面放电通道。降低转子绝缘电阻，加速已经存在绝缘缺陷的转子绕组接地或匝间短路故障的发生。加快转子护环氢致裂纹的萌生与扩展速率。 五、氢气湿度超标的主要水源和原因。主要水源：定子绕组内冷水路、氢冷却器管路存在泄漏。补氢带入的水分。密封瓦窜油带入机内的水分。汽机汽封结构的缺陷-主油系统-主油箱-发电机密封油系统-氢系统-发电机机内。主要原因：密封油中含水量过高。密封油系统中的平衡阀灵敏度过低。 六、主要技术措施。采用高灵敏度的平衡阀，结构布局由卧式改立式效果较好。在密封油系统入口加装真空去湿装置。提高氢气干燥器去湿效果。提高氢气干燥器效果的措施：1、加大氢气流量，降低干燥器出口湿度。2、干燥器不间断性的运行。3、机组停运而发电机保持氢压状态，仍应保持干燥器运行。这样做的目的：机内部件全部处于低温状态，密封油系统仍在运行，进水仍在积累，同时机内氢气循环停止。这些都可能在靠近密封瓦的机内局部空间内氢气湿度可能很快上升，极易达到露点。针对300MW发电机氢气的干燥主要是利用冷凝式氢气干燥器，其原理：一台利用氟利昂压缩机完成的制冷装置，营造一个密封的低温冷凝空间，当发电机内的部分湿氢经过这一空间时，湿氢中的水分遇冷凝结成露水留在装置内，并定期排出，从而达到干燥氢气的目的。影响氢气干燥器的因素：制冷装置冷凝空间的温度。温度越低，效果越好。这一因素与制冷装置的功率、空间容积、湿氢的流量、温度有关。利用这种干燥器存在一定的缺点： 1、干燥器出口温度仅能达到-10-20，其干燥程度受到限制。换热面将会不断结霜，使其热阻增加，干燥性能下降。除霜加热，会造成该台干燥器工作间断，机内氢气湿度回升。目前一般一台发电机配有两台氢气干燥器，应检查运行方式是否正确，保证两台干燥器交替运行。 2、外循环系统未改变，仍是发电机端的风扇压差驱动。在机组停运后，机内失去干燥处理的问题依然存在。因此在发电机停役后，应尽早置换成空气，防止氢气在机内结露。 3、回氢温度低（5-20），机内冷氢温度高达40，在两者混合之前，完全有可能使定子端部绕组或转子护环的局部长期连续遭受低温回氢的侵害，对其安全运行构成威胁。针对发电机出现的这一现象，应考虑在氢气干燥设备选型上是否能选用新型的再生吸附式干燥系统。发电机氢气系统安全运行分析中华考试网() 2009年5月6日 【大 中 小】【提问】【纠错】-丹河发电有限公司1，2号发电机的定子绕组、转子绕组及铁芯均采用氢内冷的冷却方式。氢气由装在转子两端的风扇强制循环，并通过设置在定子机座上部的6组氢气冷却器进行冷却。氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦以及氢气管路构成全封闭气密结构。 发电机漏氢的途径，归纳起来有2种：一是漏到大气中，二是漏到发电机油水系统中。前者可以通过各种检漏方法找到漏点加以消除，如发电机端盖、出线罩、发电机机座、氢气管路系统、测温元件接线柱板等处的漏氢；后者如氢气通过密封瓦漏入密封油系统等，基本属于“暗漏”，漏点位置不明，检查处理较为复杂，且处理时间较长。影响发电机冷风器冷却效果的因素也很多，如冷却水局部短路、传热效果差等。下面结合发电机氢气系统的结构，对检修过程中影响到漏氢、冷风器冷却效果的关键部位及应把好的质量关进行分析说明。 1 机壳结合面 机壳结合面主要包括：端盖与机座的结合面、上下端盖的结合面、固定端盖的螺孔、出线套管法兰与套管台板的结合面及进出风温度计的结合面。 (1) 端盖与机座的结合面及上下端盖的结合面结合面积大，密封难度大，是防漏的薄弱环节。在检修回装时，应对结合面进行详细检查清擦，对不平的部位涂密封胶校平。在解体及回装的过程中所做的标记不能伤及密封面。对所采用的硅橡胶密封条的尺寸、耐热性能、耐油性能、弹性及耐腐蚀性能进行严格验收。上下端盖结合面的密封条在端盖处与下端盖密封条衔接时应特别注意施工工艺。 (2) 固定端盖的螺孔，有的可能在制造加工过程中穿透，而后经过补焊处理。这些补焊的金属有可能在运行中受振脱开，成为漏氢点，因此在检修时应加强检查。紧端盖螺丝时，应用力均匀，保证结合面严密。 (3) 出线套管法兰与套管台板的结合面是防止漏氢的关键部位。由于该处受定子端部漏磁影响，温度较高，加上机内进油的腐蚀，因此，该处需用耐油橡胶圈和橡胶垫加以双重密封。由于漏入机内的密封油多积存于此，因而该处的密封材料易老化变质失效，每次大修时必须进行检查。另外，在拆装引线的过程中，应避免套管导体受侧力过大，引起密封垫位置的变化而造成漏氢。 2 密封油系统 (1) 密封瓦座与端盖的垂直结合面是较易漏氢的部位之一，对该处的密封垫质量必须严格把关。上、下半端盖组装时，接缝应对齐，防止由于错口使密封垫受力不均。上、下半端盖的密封条顺端盖垂直面留出12 mm的长度，安装后割齐，使装配密封瓦座后此处接合严密不漏。 (2) 密封瓦与轴和瓦座的间隙必须调整合格，瓦与轴的径向间隙，双侧应控制在0.20.25 mm;密封瓦与瓦座的轴向间隙按0.15 mm控制。 (3) 防止密封油进入机内，应控制好内油档及密封油挡板的径向间隙；下间隙不大于0.05