目前，大功率發(fā)電機(jī)的冷卻一般是通過水-氫-氫冷卻方式，發(fā)電機(jī)定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組是通過發(fā)電機(jī)內(nèi)的過壓氫氣作為導(dǎo)熱介質(zhì),通過氫氣和用閉式水作為冷卻介質(zhì)的表面式冷卻器進(jìn)行熱交換,將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量帶出。氫氣作為理想的冷卻介質(zhì)，在現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機(jī)中被普遍應(yīng)用。但氫冷發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中一直存在氫氣品質(zhì)下降的問題，因其直接關(guān)系到主設(shè)備的安全運(yùn)行，歷來被電力生產(chǎn)企業(yè)所重視。

　　摘 要：針對(duì)神華國(guó)能(神東電力)新疆米東熱電廠氫冷汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中氫氣純度下降過快的問題進(jìn)行分析。簡(jiǎn)要介紹了雙流環(huán)密封瓦的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分析了氫冷汽輪發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的主要原因，供同類型機(jī)組技術(shù)人員參考。

　　關(guān)鍵詞：評(píng)職稱對(duì)論文的要求,氫氣純度,密封油系統(tǒng),密封瓦,氫側(cè)密封油,空側(cè)密封油

　　一、前言

　　氫冷汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)入大量非氫氣體，使氫氣純度迅速降低，直接影響氫氣冷卻效果，并給發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行帶來危害。這種危害并不僅表現(xiàn)為對(duì)個(gè)別零部件的侵蝕和使用性能的削弱，而且是全方位的危害。首先，端部線棒絕緣表面或端部綁扎結(jié)構(gòu)表面被污染，并構(gòu)成擊穿放電通道，使絕緣間隙中的氫氣介質(zhì)性能變差，為定子端部線棒絕緣擊穿事故形成了外部條件。其次，由于機(jī)內(nèi)氫氣純度迅速下降，氣體密度增大，增加了發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗，降低了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。一般來講，氫冷發(fā)電機(jī)采用的密封油系統(tǒng)包括兩種類型:單流環(huán)式和雙流環(huán)式。國(guó)內(nèi)大部分投產(chǎn)機(jī)組采用的是雙流環(huán)系統(tǒng),它是在發(fā)電機(jī)兩端密封瓦處采用空側(cè)油與氫側(cè)油分離的雙油流結(jié)構(gòu)。正常運(yùn)行狀態(tài)下，空-氫側(cè)各自形成獨(dú)立的供排油循環(huán)回路。密封油系統(tǒng)保證了發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣不外泄,保持氫氣純度與濕度處于合格的范圍。但是,已投運(yùn)的氫冷雙流環(huán)發(fā)電機(jī)普遍存在氫氣純度下降過快的問題,這會(huì)對(duì)機(jī)組帶來兩個(gè)方面的危害。

　　1.發(fā)電機(jī)的通風(fēng)摩擦損耗增加,降低了發(fā)電機(jī)的效率。若發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣壓力不變,氫氣純度每降低1%,通風(fēng)摩擦損耗增加約11%。

　　2.使發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)件局部過熱,造成絕緣老化、鐵芯及金屬部件腐蝕,直接威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。

　　為了維持和提高發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣純度,電廠采取的手段多為被動(dòng)的頻繁補(bǔ)排氫氣。采用這樣的操作手段既影響了發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行, 同時(shí)也增加了排污、補(bǔ)氫次數(shù)和補(bǔ)氫量，影響了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，給發(fā)電廠造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失,又帶來了安全隱患。

　　二、密封油系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　米東電廠2×300MW汽輪發(fā)電機(jī)組采用目前上海汽輪發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)的較成熟的三相隱極式同步發(fā)電機(jī)，主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承、氫氣冷卻器、密封瓦裝置、座板、刷架、隔音罩、密封油供油裝置、定子冷卻水裝置等部件組成，整體為全封閉氣密性結(jié)構(gòu)。采用水-氫-氫冷卻方式，即定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定子鐵芯及其他構(gòu)件氫冷。氫氣由裝在轉(zhuǎn)子兩端的漿式風(fēng)扇強(qiáng)制循環(huán)，并通過設(shè)置在定子座頂部汽勵(lì)兩端的氫氣冷卻器進(jìn)行冷卻，氫氣的密封采用雙流環(huán)式氫油密封系統(tǒng)，雙流環(huán)密封油系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的氫氣進(jìn)行密封。

　　該密封技術(shù)是比較完善的氫氣密封系統(tǒng)，其密封油系統(tǒng)分空側(cè)和氫側(cè)油路二個(gè)部分。

　　空側(cè)密封油油路是由交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空側(cè)密封油油泵，從空側(cè)回油箱取得油源，它把一部分油泵入油冷卻器、濾油器，然后注入密封瓦的空側(cè)，另一部分油則經(jīng)過差壓閥流回到油泵的進(jìn)油側(cè)。通過差壓調(diào)節(jié)閥將密封瓦處的空側(cè)密封油油壓始終保持在高出發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)氣體壓力(84±8)kPa的水平上，利用在密封瓦處產(chǎn)生高于氫氣壓力的油膜來密封發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣。另外空側(cè)密封油直流備用泵使油以相同方式循環(huán)。如圖1所示。

　　圖1雙流環(huán)密封瓦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　氫側(cè)密封油油路是氫側(cè)密封油油路中的油泵從氫側(cè)控制箱取得油源。它把一部分油經(jīng)油冷卻器、濾油器、平衡閥泵往密封瓦的氫側(cè)。在油泵旁裝有旁路管道，通過節(jié)流閥對(duì)氫側(cè)油壓進(jìn)行粗調(diào)。氫側(cè)油路的油壓則通過平衡閥進(jìn)行細(xì)調(diào)，并使之自動(dòng)跟蹤空側(cè)油壓，以達(dá)到基本相同的水平，密封油表盤上差壓計(jì)的壓力差要求不大于±490 Pa。另外氫側(cè)密封油直流備用油泵(并聯(lián)在交流油泵的兩端，使氫側(cè)直流油泵，以相同的方式循環(huán))。氫側(cè)密封油箱油位通過空側(cè)密封油泵出口補(bǔ)油或向空側(cè)密封油泵入口排油來控制油箱內(nèi)油位。

　　三、發(fā)電機(jī)氫氣純度下降、濕度上升原因

　　氫冷發(fā)電機(jī)的氫氣系統(tǒng)中影響發(fā)電機(jī)氫氣純度的因素有以下幾個(gè)方面。

　　1.補(bǔ)氫管路中有壓縮空氣漏入

　　在氫冷發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)中，為了啟動(dòng)前或長(zhǎng)期停機(jī)檢修時(shí)置換發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氣體。通常設(shè)置有氫氣控制裝置，其作用是通過開啟和關(guān)閉氫氣系統(tǒng)上相關(guān)的閥門，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部氣體的置換。在氫氣控制裝置上有一根可移連接管與廠內(nèi)儀用壓縮空氣管路相連，目的是檢修或長(zhǎng)期停機(jī)時(shí)置換發(fā)電機(jī)內(nèi)部的二氧化碳?xì)怏w，避免碳酸腐蝕。在檢修后未及時(shí)拆除可移連接管的情況下，由于閥門內(nèi)漏或運(yùn)行人員誤操作等原因，使壓縮空氣進(jìn)入到發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)，導(dǎo)致氫氣純度下降。

　　2.密封油中水分超標(biāo)

　　從系統(tǒng)設(shè)置可以知道，發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)首次啟動(dòng)時(shí)，其油來自汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)。而在正常運(yùn)行中，密封油和汽輪機(jī)軸承的回油是在一起的，只不過是一部分進(jìn)入密封油，而另一部份進(jìn)入汽輪機(jī)主油箱。在汽輪機(jī)運(yùn)行中，由于汽封和軸承箱油擋距離很近，而汽輪機(jī)的軸承箱為防止在油擋處滲油和油煙溢出，通常在主油箱排煙風(fēng)機(jī)的作用下保持微負(fù)壓狀態(tài)。這樣由于軸封供汽調(diào)整不當(dāng)?shù)仍�因，極易使?jié)櫥�油中含水量增加，通過軸承回油管路進(jìn)入到空側(cè)密封油箱，從而導(dǎo)致密封油中含有較多水分。當(dāng)含有水分較多的密封油通過密封瓦與氫氣接觸時(shí)，油中分離出來的水汽會(huì)進(jìn)入到發(fā)電機(jī)內(nèi)，造成氫氣濕度上升，導(dǎo)致氫氣純度下降。

　　3.密封油系統(tǒng)空氫側(cè)竄油

　　由于空側(cè)密封油和氫側(cè)密封油是二個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，空側(cè)密封油來自發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑用油，其回油與發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑油混合后回到主油箱;氫側(cè)密封油系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)單獨(dú)的油箱，密封油箱的補(bǔ)油來自空側(cè)，排油也是去空側(cè)油系統(tǒng)。理論上講，要求二個(gè)油系統(tǒng)是獨(dú)立的，運(yùn)行中不允許空、氫側(cè)二路油相互串流，以防止空側(cè)油對(duì)氫側(cè)油質(zhì)的污染。在正常的情況下，發(fā)電機(jī)密封裝置內(nèi)密封瓦中的空側(cè)和氫側(cè)密封油具有相同的壓力，空側(cè)和氫側(cè)密封油各自保持相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。但在實(shí)際運(yùn)行中由于閥門內(nèi)漏、管道布置不當(dāng)造成流體阻力壓降不等，平衡閥、差壓閥質(zhì)量不佳，油中雜質(zhì)造成平衡閥、差壓閥運(yùn)作不靈活或卡澀。若密封油系統(tǒng)的平衡閥跟蹤不好，或是由于平衡閥空側(cè)、氫側(cè)壓力取樣管中的壓力損失不同，雖然從平衡表上觀察空氫兩側(cè)的密封油壓是平衡的，而實(shí)際上在密封瓦處的空側(cè)、氫側(cè)密封油壓力則存在一定的壓差，致使油密封裝置中的空側(cè)與氫側(cè)密封油在密封瓦中的壓力不平衡。若空側(cè)密封油壓高于氫側(cè)密封油壓，則含有大量空氣的空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油竄油，此時(shí)竄到氫側(cè)的空側(cè)密封油將隨氫側(cè)密封油一起回到發(fā)電機(jī)的氫側(cè)回油腔(即消泡箱)，然后經(jīng)氫側(cè)回油管，返回到氫側(cè)密封油箱中，將空側(cè)密封油內(nèi)所含的空氣帶入發(fā)電機(jī)內(nèi)。若氫側(cè)密封油壓高于空側(cè)密封油壓，則氫側(cè)密封油向空側(cè)密封竄油，此時(shí)將使氫側(cè)密封油箱中的密封油量減少，油位降低，系統(tǒng)為了保證安全運(yùn)行，將自動(dòng)向氫側(cè)密封油箱中補(bǔ)油，這樣就將含有大量空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)進(jìn)了氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加。如果系統(tǒng)中上述現(xiàn)象是連續(xù)的，那么補(bǔ)油也將是連續(xù)的。由于空側(cè)密封油直接取自主油箱，而潤(rùn)滑油由于汽輪機(jī)汽封漏汽的原因，含有較多空氣和水分，當(dāng)含有空氣和水分較多的油通過密封瓦與氫氣接觸時(shí)，油中分離出來的氣或汽會(huì)進(jìn)入到發(fā)電機(jī)內(nèi)，造成氫氣純度下降、濕度上升。而濕度在額定氫壓下若大于4g/m3，容易造成端部凝露，導(dǎo)致絕緣水平下降從而發(fā)展成端部閃絡(luò)事故，具有極大的危害性。

　　4.密封瓦間隙超出設(shè)計(jì)值

　　發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)較為復(fù)雜，密封油系統(tǒng)在安裝和運(yùn)行中，由于油系統(tǒng)中較大雜質(zhì)進(jìn)入密封瓦和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸中間。使軸頸和密封瓦磨損導(dǎo)致間隙變大，這樣密封油流量增加使得空、氫側(cè)相互竄油，大量含有空氣或者水分的密封油與機(jī)內(nèi)氫氣混合使氫氣純度下降。或者因油中較大顆粒使烏金與軸頸表面粗糙度下降，軸瓦與軸頸之間油膜形成不良產(chǎn)生大量油煙。因?yàn)槊芊庥蛪焊哂跈C(jī)內(nèi)氫氣壓力，油煙在壓力作用下與發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣混合，導(dǎo)致氫氣純度下降。

　　發(fā)電機(jī)軸與密封瓦之間間隙對(duì)竄流量的影響如下式所示：

　　Q=πd△p/c3/(12µl)

　　其中，Q—密封油間的竄流量。

　　△p—空、氫側(cè)密封油微差壓

　　d—轉(zhuǎn)子軸徑

　　c—中間環(huán)和軸間的間隙

　　µ—透平油的動(dòng)力粘度

　　l—中間環(huán)長(zhǎng)度

　　由上式可見，密封油間的竄油量與密封瓦中間環(huán)與軸的間隙成3次方關(guān)系，間隙越小，氫氣越容易密封，空、氫側(cè)密封油間的竄流量也會(huì)越小。但密封瓦與發(fā)電機(jī)軸之間的間隙是一個(gè)比較難協(xié)調(diào)的矛盾，由于密封瓦運(yùn)行時(shí)是浮動(dòng)在軸上的，如配合間隙太小，極容易引起發(fā)電機(jī)兩側(cè)軸承振動(dòng)及密封瓦的磨損，而且容易因?yàn)槟Σ翆?dǎo)致軸系振動(dòng)。如配合間隙太大，會(huì)引起空氫側(cè)油竄流量的增加，影響氫氣純度，更會(huì)由于空側(cè)密封油流量大，流阻小，空側(cè)油直接通過中間間隙流至氫側(cè)油處，造成氫側(cè)油的虛假油壓。此時(shí)雖然空、氫側(cè)密封油微差壓計(jì)上顯示空、氫側(cè)密封油已達(dá)到較好的平衡，但實(shí)際上密封瓦中間環(huán)的竄流量還是很大。

　　5.氫側(cè)油管路供油不足

　　氫側(cè)油管比空側(cè)油管徑要小的多，氫側(cè)油管很容易發(fā)生節(jié)流造成氫側(cè)油供油不足，密封瓦氫側(cè)油腔內(nèi)油壓無法正常建立，使得中間密封環(huán)空、氫側(cè)密封油壓無法達(dá)到平衡，從而使空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油中竄流。節(jié)流嚴(yán)重時(shí)會(huì)使進(jìn)入氫側(cè)密封瓦形成油膜的油過少，會(huì)破壞油膜的形成，從而直接造成氫氣與空側(cè)油相接觸形成氣體交換，導(dǎo)致氫氣污染。

　　不同的節(jié)流點(diǎn)表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是不同的，由于空、氫側(cè)密封油微差壓管路取樣點(diǎn)是取在發(fā)電機(jī)端蓋處的，在取樣點(diǎn)前出現(xiàn)節(jié)流時(shí)，表現(xiàn)在調(diào)節(jié)氫側(cè)油母管壓力時(shí)空、氫側(cè)密封油微差壓計(jì)上反映遲鈍。當(dāng)取樣點(diǎn)后有節(jié)流時(shí)，調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油壓，則微差壓計(jì)上的動(dòng)作幅度會(huì)很大。而在油泵出口壓力上氫側(cè)油泵壓力會(huì)大大高于空側(cè)油泵壓力。

　　6.氫側(cè)密封油箱內(nèi)部浮球閥故障

　　密封油系統(tǒng)中的自動(dòng)補(bǔ)排油的浮球閥卡澀，所導(dǎo)致的浮球閥不能正常開啟或關(guān)閉，或因浮球閥的浮球內(nèi)漏后進(jìn)油，不能正常浮起造成浮球閥不能正常開啟或關(guān)閉，這樣將導(dǎo)致密封油系統(tǒng)中自動(dòng)補(bǔ)排油的功能失常。若排油閥出現(xiàn)故障，則氫側(cè)密封油箱內(nèi)部排油閥處于常排狀態(tài)，則系統(tǒng)為了氫側(cè)密封油箱油位的穩(wěn)定，就會(huì)不斷地將含有大量空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)人氫側(cè)密封油箱，此時(shí)補(bǔ)油閥也將進(jìn)行連續(xù)的補(bǔ)油。若補(bǔ)油閥出現(xiàn)故障，則氫側(cè)密封油箱內(nèi)部補(bǔ)油閥處于常補(bǔ)狀態(tài)，此時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)不斷地將含有大量空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)人氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加，排油閥也將進(jìn)行連續(xù)的排油。若補(bǔ)排油閥都失去了正常的功能，則此時(shí)發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油箱則處于一個(gè)連續(xù)補(bǔ)排油的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，將大量含有空氣的空側(cè)密封油補(bǔ)進(jìn)了氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加。如圖2所示。

　　圖2 氫側(cè)密封油箱結(jié)構(gòu)圖

　　7.密封油溫度對(duì)氫氣純度的影響

　　密封油溫度對(duì)氫氣純度的影響主要表現(xiàn)在兩方面：一是密封油溫度的改變使密封瓦與軸之間的間隙改變，從而使油的竄流量改變;二是因油溫的升高導(dǎo)致油中所溶的氣體量減少而釋放出多余的氣體。油溫的提高使得油的動(dòng)力粘度下降，油的流動(dòng)性變好，當(dāng)空、氫側(cè)壓差稍微變大時(shí)，就會(huì)增加兩者的竄流量。運(yùn)行中密封油溫應(yīng)保持在37℃～43℃之間為宜，一般不超45℃，同時(shí)，確保發(fā)電機(jī)冷氫溫度在40℃左右。

　　四、結(jié)論

　　發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的問題是一個(gè)老問題，也是各電廠經(jīng)常會(huì)遇到的問題，雖然現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)的專業(yè)人員技術(shù)水平已很高，其對(duì)涉及到氫純度的問題都已從各個(gè)方面分析得很到位，但是氫純度下降較快的問題還是困擾著一些生產(chǎn)運(yùn)行的相關(guān)人員。目前的解決方法多是暫時(shí)性的，可能經(jīng)過幾個(gè)月運(yùn)行或一兩次機(jī)組的調(diào)停后又會(huì)發(fā)現(xiàn)氫純度下降較快的問題再次出現(xiàn)了。但是無論是什么原因，最后都是由于空、氫側(cè)油的交換造成的。因而，檢查、更換有缺陷的平衡閥，加粗平衡閥引壓信號(hào)管，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)密封油系統(tǒng)平衡閥，提高精度，減少竄油量是比較有效的。在安裝、檢修工作中，密封瓦間隙及油檔間隙要作為檢查的重點(diǎn)。一定要按廠家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整合格，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。經(jīng)調(diào)整、處理仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的，要堅(jiān)決更換。密封瓦安裝時(shí)，兩半密封瓦中分面接觸一定要良好無縫隙，密封支座中分面螺栓緊固后撥動(dòng)密封瓦應(yīng)靈活無卡澀。通過密封瓦間隙和油檔間隙的控制減少密封油進(jìn)油量。還要保證壓差閥、平衡閥具有良好的調(diào)節(jié)性能和快速的跟蹤性能。該措施是防止發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)油和氫氣純度的關(guān)鍵，而油質(zhì)的優(yōu)劣則是影響壓差閥、平衡閥正常工作的關(guān)鍵之關(guān)鍵。切實(shí)搞好透平油的潔凈工作。該措施對(duì)于提高平衡閥、差壓閥的控制精度，防止密封瓦及軸頸的磨損，延長(zhǎng)密封瓦的使用壽命是極