东方300MW发电机氢水油运行浅析

1、东方300MW机组氢水油运行浅析杨福成 袁波 钱海（三河发电有限责任公司 河北 三河 065201）【摘要】文章简述了三河发电有限责任公司二期（以下简称三河二期）投产的东方300MW发电机氢水油系统运行情况，针对出现的漏氢、氢气湿度超标、密封瓦漏油、定冷水导电度超标等典型问题进行了分析总结，并介绍了解决方法和改造情况，希望能够对同类型机组起到借鉴作用。【关键词】发电机 氢 定冷水 密封油1 前言三河二期两台机组发电机由东方电机股份有限公司制造，汽轮发电机型号为QFSN-300-220B型，该型汽轮发电机采用水氢氢冷却方式，即：发电机定子线圈水内冷却，转子线圈氢内冷却，定子铁心和结构件为氢气表面

2、冷却。集电环采用空气冷却。发电机两端采用单流环式密封瓦，密封瓦的油量、油温和油压均由密封油控制系统来保证。机组现已投产接近两年，下面对发电机氢水油系统运行中的一些特点和出现过的问题进行简要的分析和小结。2 氢气系统运行中的若干问题二期机组自投产以来，氢气系统出现的问题主要是漏氢量超标和氢气湿度超标，下面分别进行介绍。2.1 漏氢问题分析按照设计要求，机组正常运行中发电机漏氢量不超过10Nm³/天,但在机组启动和运行中却多次出现漏氢量超标。综合分析，系统漏氢主要是由以下三个方面原因造成的。第一、发电机浮子油箱旁路门在机组充氢过程中关闭不及时，造成机组启动时大量氢气外漏。由于空气抽出槽的

3、安装位置要高于浮子油箱，浮子油箱回油进入空气抽出槽，依靠的是浮子油箱内的压力，而该压力是与发电机内压力相同的。因此在停机排氢时当发电机内压力特别低时，浮子油箱内压力不足以克服该静压，浮子油箱回油进入扩大槽比较困难，容易因回油不畅造成浮子油箱满油，继而扩大槽满油，最终发电机进油。为此，当机内压力低于0.05MPa时应及时打开浮子油箱旁路门，使回油扩大槽与空气抽出槽直接连通，利用回油扩大槽与空气抽出槽的高度差将油压回空气抽出槽。但进行风压试验或充氢时如不及时关闭该旁路门，就会造成浮子油箱旁路没有油位进而失去密封作用，发电机内气体便会随着密封油进入空气抽出槽直接排到室外，因此当发电机内压力达到0.0

4、2MPa时应逐渐关闭该门。第二、氢气系统阀门不严或误开，造成氢气直接外漏。由于氢气系统比较复杂，所有与大气隔绝的阀门都有可能造成漏氢，因此应确定合理的查找顺序，以提高查找效率。首先应检查发电机漏氢检测仪的显示数据变化，该装置安装有8处测点，分别布置于发电机封闭母线（3个）、发电机中性点（2个）、定冷水箱（1个）、发电机汽端空侧回油（1个）、励端空侧回油（1个）处，确认这些位置有无漏氢报警。其次应检查发电机油水检测器、回油扩大槽液位高报警开关的排放门、回油扩大槽和浮子油箱排氢门是否误开或阀门不严。再次针对系统运行方式的变化情况有针对性的进行查找，对新近操作过的阀门进行认真检查，确认有无误开情况。

5、最后，可以采用关闭部分手动门将系统分段隔绝，缩小查找范围。例如关闭6.5米发电机补、排氢手动门后，可将6.5米以下系统隔绝；关闭氢气除湿系统进出口手动门，可以将该系统隔绝。如部分系统被隔绝后氢压不再下降说明漏点在被隔绝系统部分，可在该范围内继续进行分段隔绝查找。当排除上述区域后，应联合检修人员在发电机端盖、氢冷器端盖、等位置较高的氢气系统进行查找。第三、发电机端盖、机壳等部件螺栓出现松动现象，造成氢气外漏。由于机组运行过程中始终存在振动，因此，一些螺栓固定件往往容易出现松动，氢气就会从这些地方向外泄露。例如3#机组就曾多次出现氢冷器螺栓松动，造成氢气外漏。可以利用漏氢检测仪和肥皂泡沫结合的方法

6、进行逐一排查。另外，还有可能发生氢气泄露的两个地方是定冷水线棒和氢冷器内部。虽然这两点在三河二期并未出现过，但如果出现定冷水系统漏氢，可以通过检测定冷水箱内部氢气纯度来确定；如果氢气冷却器出现泄露，冷却器内部会积存一定量的氢气，可以通过打开氢冷器排气门检查有无气体排出，如有气体需要化验其成分。单台氢气冷却器泄露可以将其退出运行，进行隔绝，但机组负荷不应超过80%额定负荷。一旦确认漏点，应严格控制发电机氢压高于水压0.03MPa以上，加强监视氢气湿度和发电机零序电流，并尽快安排停机处理。2.2 氢气湿度超标原因分析从系统上分析氢气湿度超标无外乎以下两方面原因：首先是从外部系统通过各种途径进入发电

7、机的水分偏多，超出氢气除湿装置正常处理能力；其次是氢气除湿装置长期除湿效果差甚至失效。水分进入氢气系统主要有以下几种途径：一、密封油（即主机润滑油）中水分超标；二、补充的氢气湿度超标；三、氢冷器泄露；四、定子冷却水线棒有漏点。氢气除湿装置效果差主要有以下几方面原因：一、除湿装置未完全导通，干燥气体流量太小，导致除湿装置未达到满出力；二、除湿装置内进油，导致吸收剂（氧化铝）失效；三、除湿装置自动排水器故障，不能将吸收的水分排出，干燥剂不能正常再生；四、除湿装置（再生气流控制门）未按照使用说明书正确调整，造成再生效果差，影响除湿性能；五、机组停机备用期间未导通氢气循环风机回路，开启循环风机，保障机

8、组备用时氢气湿度合格；六、氢气除湿装置投运时未投入压缩空气或冷却水，造成干燥塔不能切换或干燥剂再生效果不佳。运行中应严格监视除湿装置的前后湿度变化趋势，发现除湿效果降低及时分析查找原因。当除湿装置故障时应当注意以下三点：一是当氢气除湿机的任一干燥塔内循环风机故障停运后，应退出该塔的加热器运行，防止干燥塔超温，维持另外一塔继续运行。二是干燥塔风机故障可以在线更换，但需要将该塔置换成二氧化碳方可进行，该塔自动投入运行时，对发电机氢气纯度的影响可以不予考虑。三是如果干燥塔内的三氧化二铝失效时，可在线更换，注意问题与更换循环风机相同。从三河二期两台机组运行的实际情况看，造成氢气湿度超标的原因主要是密封

9、油中水分超标和除湿装置效果差，因此，建议在氢气湿度超标时重点从这两方面进行检查分析。2.3 氢温调整无法投自动机组投产时，发电机氢冷器冷却水仅在回水管路设置一气动调节门，用以实现氢温的自动调整，但在实际运行中发现这一设计并不合理，无法实现设计意图。氢冷器出入口均设置为手动门，当其全开时，氢温调节阀在负荷较低时开度较小，由于闭冷水压力较高（0.6MPa），氢冷器冷却水压力很容易超过发电机氢气压力，而这是不允许的。当氢冷器出入口手动门开度较小时，如果负荷较高，冷却水量又往往不够，还需在就地将供水手动门开大。因此，氢温的调整都是靠运行人员就地调整氢冷器供回水手动门实现，氢温无法投入自动。2008年4

10、#机大修时对氢温控制系统进行了改造，在氢冷器供水管路上加装了基地式调节阀用以调整供水压力，设定压力0.25MPa，利用回水调节阀调节氢温。氢冷器供水手动门保持全开，仅在4台氢气冷却器出口氢温出现不平衡时进行微调，改造后经过一段时间的观察，证明氢温调节品质优秀，冷却水压力稳定，完全能够避免氢冷器冷却水压力超过氢压运行。3 单流环式密封油系统的运行3.1 单流环式密封油系统三种回路的应用介绍 正常运行回路：密封油系统正常运行时应采用该回路向密封瓦供油。该回路由交流密封油泵供油，设备稳定可靠，可保证在额定氢压下运行，并能最大程度的降低密封油中水、气杂质。 事故运行回路：该回路有两种使用情况，即真空油

11、箱因故退出运行或两台交流油泵不能工作（如设备故障或电源失去）。此时采用直流密封油泵向系统供油。当真空油箱故障退出运行而采用该回路时应关闭轴承润滑油至真空油箱手动门，避免真空油箱油位调节阀故障造成油箱满油。 紧急密封回路：三台密封油泵全部因故无法启动时，系统自动转入该回路供油。此时由于轴承润滑油供油压力仅为0.25MPa，减去12.5m高度的静压（约0.11MPa），要维持密封油与氢压0.05MPa的差压，再考虑系统阻力，因此规定采用该回路密封时应快速降氢压至0.05MPa(实际可略高于此值)，但最高不超过0.1MPa，并可带不超过200MW负荷，根据发电机转子、定子铁心和端部结构件温升情况决定

12、实际带负荷值。采用紧急回路时应注意机房内的通风，防止氢气从密封瓦漏出产生着火爆炸的隐患。当采用紧急密封回路时应关闭真空油箱补油门。当厂用电全停时，如短时不能恢复，应及时安排快速排出发电机内氢气，因为蓄电池容量有限，不能保证直流密封油泵、主机直流润换油泵长期运行，避免蓄电池供电不足造成密封油中断，大量氢气漏入机房。3.2 密封瓦漏油的预防4#机某次起动过程中，在发电机并网后就地检查发现发电机油水检测器满油，打开放油门放出大量润滑油，并导致氢气除湿装置进油全部失效。后经过初步分析有四点可能原因：一是密封油差压调节阀特性不好或有卡塞现象；二是油氢差压设定偏大；三是密封瓦间隙调整偏大或密封瓦有磨损；四

13、是发电机并网后对氢温调整幅度过大，造成机内氢压瞬间降低，密封油被“吸入”发电机；五是密封瓦回油不畅，可能原因为浮子油箱与回油扩大槽顶部联络门未打开，浮子油箱与回油扩大槽的压力无法平衡，产生背压，使得回油不畅。图1 浮子油箱油路示意图在随后的运行过程中，发电机在各种工况下，氢压升高或降低时，都未出现密封油漏油现象，初步验证密封油差压调节阀动作特性良好。针对第二点将油氢差压由0.06MPa调整至0.05MPa，这在一定程度上降低了密封油再次漏油的可能性。另外，在2008年机组大修过程中，对发电机密封瓦间隙进行了彻底的检查，发现完全符合要求，且密封瓦完好，没有损坏现象。通过对就地阀门状态检查，确认浮

14、子油箱与回油扩大槽联络门是打开的。目前此次漏油原因并未形成定论，但为了预防密封油再次漏入发电机，采取了以下措施： 油氢差压设定严格按照制造厂要求，不能一味为了防止漏氢而提高油氢差压； 定期利用停机检修机会对密封瓦间隙和密封瓦进行检查，尽早发现密封瓦间隙超标或者密封瓦缺陷以便及时处理； 调整发电机氢温时应缓慢，避免造成氢压波动； 保证发电机油水检测器正常工作，并在平时的运行过程中加强监视，对发电机进油能够早发现早治理； 由于密封油来自主机润滑油，当发电机大量进油时主油箱油位会随之下降，因此定期记录主油箱油位并对比，能够提早发现密封油漏油。 发电机排氢、充氢造成机内压力变化时，应严密监视油氢差压变

15、化，发电油氢差压调节阀不能正常跟踪时应及时停止排氢、充氢操作，并对差压调节阀进行处理。 密封油系统运行时应严格监视浮子油箱油位，防止浮子油箱满油继而造成扩大槽满油进入发电机。 运行时保持浮子油箱与回油扩大槽联络门全开，并挂禁止操作标牌。3.3 密封油系统中几个阀门状态的分析单流环式密封油系统运行方式的正确与否，直接影响发电机组的安全运行和氢气系统的正常运行，必须保证系统中每一个阀门的状态正确。下面对几个重要阀门进行简要分析。 浮子油箱旁路门：前面已经介绍过，该阀门在氢压比较低时打开，保证密封油正常回油。厂家规定开、关该阀门的依据就是当发电机氢压低于0.05MPa时适当打开，保持窥视窗内可见油位

16、；当氢压高于0.05MPa时关闭。但从实际运行经验看，在发电机内压力高于0.02MPa时就应关闭该门，否则会造成氢气泄露。在发电机排补氢时，应以调整浮子油箱油位和旁路管视窗油位为依据操作该阀门，既要保证浮子油箱油位不高，否则回油扩大槽满油甚至发电机进油，又要保证旁路管油位不低（可以满油），否则氢气外漏。 浮子油箱至真空油箱回油手门（2道）：这两个手动门具有逆止作用，正常运行时打开，自主机润滑油引来的供油不会进入浮子油箱，但在主机润滑油彻底中断时，能保证密封油回油直接进入事故密封油泵入口，保证密封油系统短时间继续运行，避免氢气大量外泄造成事故扩大。 密封油泵再循环门：三台密封油泵均为磁力泵，禁止

17、关闭出口门运行。由于启动密封油系统时，发电机内没有氢压，因此油氢差压调节阀开度很小，进入发电机密封瓦的供油量也很小，此时应保持密封油泵再循环手门全开，防止油泵憋压。 浮子油箱与回油扩大槽联络门（2道）：这两个门打开后，浮子油箱与回油扩大槽就构成了一个连通器，能够保证回油扩大槽内的油不断流进浮子油箱，如果被关闭，浮子油箱内压力就会随着油位的变化波动，进油量就会产生波动，可能造成回油扩大槽满油，因此，密封油系统运行时必须打开这两个门。4 定冷水运行中出现的问题与解决方案4.1 定冷水温度调节效果差机组投产时，定冷水温控装置为成套设备自带机械式温度调节阀，其原理是通过感应定冷水冷却器出口温度自动实现

18、调门的开度，用以控制冷却水（开冷水）的流量来调节定冷水温度。在实际运行过程中发现，感温元件特性较差，调节迟缓，静态偏差很大，造成定冷水温度时高时低，只能通过人为干预开关该调节阀前后手动门调节，大大增加了运行人员工作量，且定冷水温度波动较大。后经改造，将原感温机械式基地调节阀改造为带PID控制的基地调节阀。经过运行实践证明，此种调节阀特性灵敏，调节品质优秀，定冷水温度始终维持在设定的42。4.2 定冷水冷却器脏污由于开冷水使用的是中水，水质较差，机组各处冷却器较容易脏污，定冷水冷却器也不例外。2009年6月，在运行过程中，发现定冷水温度持续超过规定值，就地温控阀全开，但开冷水出水温度与定冷水出水

19、温度差值较大，经过分析为冷却器脏污，导致换热效果下降。后切换至备用冷却器后冷却效果恢复正常。建议利用机组检修机会对定冷水冷却器定期进行清洗，保证冷却器的良好换热效果。4.3 离子交换器改造自投运以来定冷水系统长期存在水质pH值低于标准值的问题。这是因为定冷水系统不能完全与大气隔绝，大气中的、等酸性气体长期与定冷水接触，形成弱酸。而原有的离子交换器只能降低导电度，对pH的控制并不理想。为维持pH值达标，避免设备腐蚀，只能采取定期进行换水的方法。这种运行方式对化学监督要求高，设备运行风险大，且浪费了大量除盐水。因此,在2008年先后对两台机组其进行了改造，采用了带有加碱装置的超净化装置。该装置采用

20、特殊类型树脂和特殊结构，并配合PID控制加碱装置，既保证了定冷水的导电率达标，同时满足了pH值的要求。自该系统投运以来，定冷水水质一直十分稳定，导电率<0.5us/cm，pH维持在7.5-8之间。4.4 定冷水补水管路反水图3 定冷水流量开关图2 定冷水箱补水图定冷水的补水由凝汽器补水泵出口引至定冷水箱底部，当定冷水箱需要补水时可以启动补水泵，打开补水电磁阀进行补水(如图2)。后来发现当补水泵停止时定冷水箱水位持续下降。分析原因为，补水泵停止时，泵出口压力瞬间降低为常压，系统内的水会短时反向流动，这是离心泵的常见特性。由于补水管路设计的不合理，这种短时间的反水，却形成了虹吸，使得定冷水箱

21、内的水不断反向流回补水泵出口，而补水泵再循环管路布置在出口逆止门后，因此系统形成了通路，又因为补水电磁阀不严，即使关闭仍然会有水不断反回除盐水箱。所以只得关闭补水电磁阀前后的手动门来避免反水，这就使定冷水箱水位低自动补水功能无法实现。目前该问题还未得到解决，在停止补水后仍需关闭补水手动门。建议更换补水电磁阀或者在补水管路加装逆止门，都可以避免反水现象的出现。4.5 定冷水流量低开关误操作造成机组跳闸 2007年8月21日，#3机组带负荷300MW，突然定子冷却水流量低开关三取二保护动作，发电机跳闸，大连锁跳汽轮机，MFT。就地检查发现有人误开定冷水流量低开关放水门取样，造成定冷水流量低开关动作。后对该流量低开关各短路门、放水门加锁并悬挂禁止操作标牌，防止他人再次误操作。4.6 定子线棒堵塞、脏污和泄漏的预防在定冷水正常运行中，应加强对线棒温度和线棒出水温度的监视与对比。因为线棒温度（54