发电机密封油系统介绍及发电机进油分析

发电机密封油系统介绍及发电机进油分析
 针对上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW汽轮发电机密封油系统结构进行介绍，以及发电机内部进油的原因分析和相应的防范措施，系统改造。关键词：发电机密封油系统　发电机内部进油的原因　防范措施　系统改造     1　前言     采用氢气冷却的汽轮发电机必须由密封油对其端部进行密封，即保证发电机内部氢气不外泄，又防止空气和潮气进入发电机。国华粤电台山发电有限公司1、2号机组采用的上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW汽轮发电机，其密封油系统采用双流环式密封瓦结构，密封效果好，调节范围宽，是非常成熟的产品。但是如果对其结构不甚了解，操作不当也可能造成发电机内部进油事故。特别是在发电机内部无压的情况下，密封油箱油位不易控制，密封油极易沿轴向进入发电机内部。发电机内部进油是恶性事故，应该引起高度的重视。下面就对发电机密封油系统，发电机内部进油原因及防范措施做以介绍。     2　密封油系统介绍     上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW汽轮发电机组的密封油系统采用双流环式密封瓦。由于氢冷发电机的转子轴必须穿过发电机的端盖，因此这部分成了氢内冷发电机密封的关键。密封油分为空侧和氢侧两个油路将油供给轴密封瓦上的两个环状配油槽，油沿转轴轴向穿过密封瓦内径与转轴之间的间隙流出。如果这两个油路中的供油油压在密封瓦处恰好相等，油就不会在两个配油槽之间的间隙中窜流，通常只要密封油压始终保持高于机内气体压力，便可防止氢气从发电机内逸出。空侧油路供给的油则将沿轴和密封瓦之间的间隙流往轴承侧，并同轴承回油一起进入空侧密封油箱，从而防止了空气与潮气侵入发电机内部。氢侧密封油则沿轴和密封瓦之间的间隙流往发电机内侧，落入消泡箱，最后回到氢侧密封油箱。    空侧油路：由空侧交流密封油泵从空侧回油箱取得油源，将一部分油泵入油冷却器、滤油器注入密封瓦的空侧，另一部分油经过差压阀流回到油泵进油侧。通过差压阀将调节空侧密封油压力始终保持在高出发电机内气体压力0.084Mpa的水平上。另外空侧配有直流密封油泵备用。    氢侧油路：氢侧密封油路中的油泵从氢侧密封油箱取得油源。它把一部分油经过油冷却器、滤油器、平衡阀送往密封瓦的氢侧，在油泵旁装有再循环管道，通过再循环管上的节流阀对氢侧密封油压进行粗调。氢侧油路的油压则通过平衡阀进行细调，并使之自动跟踪与空侧密封油压差保持±0.49kPa，以达到基本平衡的目的。另外氢侧密封油设有两台交流油泵，正常运行中一台运行一台备用。    消泡箱：从密封瓦氢侧出来的油先流到消泡箱中，在那里气体得以从油中扩容逸出，消泡箱装于发电机下半端盖中，通过直管溢流装置使消泡箱中的油位不至于过高。消泡箱汽、励端个有一个。在消泡箱中各装有一个浮子式液位高报警器，当箱内油位过高到一定程度时，就发出消泡箱油位高报警，使运行人员能及时处理，从而防止密封油流入发电机内部（见图1）。    空侧密封油箱油位控制：空侧密封油箱通过U形管与主机润滑油回油管道连接，发电机端部支持轴承润滑油回油与空侧密封油回油汇集到空侧密封油箱，大部分油通过U形管依靠重力作用自动溢流到润滑油回油管路，保持油箱中油位正常，因此空侧密封油箱不需要进行油位监视，另一部分油作为空侧密封油源在空侧油路中循环。此油路把润滑油系统与密封油系统联系在一起，即使密封油系统无油情况下，只要润滑油系统启动后十几秒针，就会将密封油系统注满油。    氢侧密封油箱油位控制：氢侧密封油箱是氢侧油路的储油箱，在运行中必须保持一定的油位。由于在密封瓦中空、氢侧油压做不到绝对的平衡，故空、氢侧仍有少量的油相互窜动，这样长期积累，就可能使氢侧油路中的油量发生增减变化，氢侧密封油箱起到控制补、排油作用。它主要依靠浮子式补、排油阀门完成，当油箱内油位升高，浮子上移，排油门打开，将多余的油排入空侧油路；当油箱内油位降低，浮子下移，补油门打开，空侧密封油向氢侧密封油箱补油，从而达到油位保持在一定范围内。密封油箱补油阀和排油阀上还设有强制开启、关闭手轮，以便人为参与调节油箱油位。

                           图1  台电发电机密封油系统原理图       密封油备用油源：空侧密封油备用油源由三部分组成，所以发电机密封油系统有非常可靠的油源，一般不会造成断油事故。       第一路备用油源是高压备用油源，即来自汽轮机轴头同轴的润滑油高压油泵或高压密封油泵，密封油装置高压备用密封油入口压力不低于0.9Mpa，正常运行时备用油差压调节阀自动断开，一旦空侧油源发生故障，密封油压力降低到比发电机内部压力高0.056Mpa时，备用油差压阀自动打开保持密封油压力比氢压高0.056Mpa。       第二备用油源为空侧直流密封油泵，如果主油源和高压备用油源都停止供油时，当密封油压力降低到比发电机内气体压力仅高0.035Mpa时，发出密封油供油压力低报警，并自动启动备用直流密封油泵，使密封油压力恢复并保持高于发电机内压力0.084Mpa。       第三备用油源为低压备用油源，它来自汽轮机低压润滑油。该油源入口压力应不低于0.2Mpa，由于这路油源压力较低，它只能保证大轴转动时密封瓦不发生磨损事故，所以当其它油源都失去后应立即停止机组运行，将发电机氢压降低到0.014Mpa以下，以免氢气外溢，发生着火、爆炸事故。     3　密封油系统进油分析       发电机密封油系统差压阀能够自动保持空侧密封油压大于发电机内部压力0.084Mpa，油压跟随氢压的变化而变化，机组正常运行中，在设备正常情况下，一般不易出现问题，而在机组停机，发电机进行排氢工作后，极易造成发电机进油事故。在使用国产600MW汽轮发电机组的吴泾电厂、聊城电厂以及我台电公司都发生过发电机进油情况，而且都发生在发电机未充压的情况下。       要了解发电机进油原因，首先要了解氢侧密封油箱的补、排油原理，机组正常运行中发电机内部压力为0.4Mpa，而氢侧密封油箱上部是与发电机内部连通的，所以氢侧密封油箱上部压力等于发电机内部压力。空侧密封油压始终保持大于发电机内部压力0.084Mpa，当氢侧密封油箱油位下降时，空侧密封油随时对氢侧密封油箱进行补油，保持正常油位；当氢侧密封油箱油位升高时，排油阀打开，将油排入空侧密封油箱，即使空侧密封油箱安装位置比氢侧密封油箱高，但氢侧密封油箱内部压力等于发电机内部压力为0.4Mpa，而空侧密封油箱压力约等于大气压力，所以油在压差作用下很容易排入空侧，保持油位正常。       当停机后发电机内部压力降至零时，由于氢侧密封油箱内压力随着发电机内部压力降低到大气压力，而空侧密封油箱位置高于氢侧密封油箱，即使排油阀打开也不能将油压入空侧，反而造成空侧密封油反流入氢侧密封油系统，以达到油位的平衡，使氢侧密封油油位达到空侧密封油箱油位标高，此时由于油位高排油阀保持全开，造成空、氢侧密封油连通。设计时特将空侧密封油箱安装高度在消泡箱下约1m处，所以即使氢侧密封油箱满油，也不会造成消泡箱满油，当油位高于空侧密封油箱油位时，油还会在重力作用下压回空侧，不会造成发电机进油情况。       发电机进油的唯一途径是消泡箱满油后从轴端挡油板处窜入发电机内部（如图1所视），只要消泡箱油位正常，发电机就不会进油。消泡箱满油主要是供油量大于排油量：一、当停机后发电机内部压力降至零时，密封油差压阀调节品质变差，油氢压差增大，使密封油沿轴向向发电机内侧泄油量增多，氢侧密封油回油量增大，此时如果增多到大于向空侧密封油溢流量时（靠静压溢流流速较慢），就会造成消泡箱满油。即使停止空侧密封油泵，由于低压备用油源压力在0.2Mpa，如果备用差压阀调节性能不好情况下，也可能造成发电机进油。二、排油量减小，如果强制关闭氢侧密封油箱的排油门，多余的油不能排走，就会造成消泡箱满油。有时为了保持氢侧密封油箱可见油位，强制关闭补、排油门，即使在所有密封油泵全部停止时，只要润滑油系统运行也可能造成消泡箱满油，所以排油阀强制手轮无特殊操作时一定不能关闭。     4　密封油系统改造       当发电机内部未充压的情况下，氢侧密封油箱满油是很正常的情况，此时只能保持消泡箱油位正常。随着发电机氢置换升压后，氢侧密封油箱油位会缓慢下降到正常油位，并保持正常油位。但是在发电机不充压的情况下将氢侧密封油箱油位降至正常，或维持可见油位运行就不能做到了。目前台电公司已对原系统稍加改造，（如图1所视"改造管路"）在氢侧供油油路上加一根Φ25mm管路到空侧管路，中间加一手动门，以实现上述功能。机组正常运行中，将此手动门关闭，保持原设计运行方式。发电机排氢后，可稍开手动门，使一小部分油排入空侧，以消除轴端处空侧油向氢侧偶然窜入的油量，氢侧油量减少时补油阀会自动补油，保持油位正常。       当氢侧密封油箱油位已经升高至不可见时，要想将油位降至正常，必须开启此新增手动门，同时关闭氢侧密封油箱排油阀强制关闭手轮（隔绝空氢侧油路的连通），还要保证氢侧油压稍高于空侧油压。稍后油位会缓慢降至正常油位，当降至稍低油位后不再继续下降后，必须开启补、排油阀的强制手轮。     5　发电机进油的防范措施     (1)保持油氢差压阀工作可靠，油氢差压在正常范围内。     (2)保证氢侧密封油箱补、排油阀的四个强制手轮都在打开状态。     (3)调节氢侧密封油泵再循环门，保持氢侧密封油压稍高于空侧密封油压。     (4)发电机内部无压情况下投密封油系统时应将改造管路排油手动阀稍开，保持氢侧油路连续少量向空侧排油。     (5)保证消泡箱液位高报警可靠，报警后能及时发现处理。     (6)保证发电机底部检漏计报警可靠，报警后能及时发现处理。     (7)润滑油系统投运时经常巡视消泡箱油位正常。     6　结论     发电机密封油系统结构比较复杂，但是只要掌握了其工作原理以及进油的原因，就能应用自如，更能避免发电机内部进油事故的发生。发电机密封油系统介绍及发电机进油分析

针对上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW汽轮发电机密封油系统结构进行介绍，以及发电机内部进油的原因分析和相应的防范措施，系统改造。
关键词：发电机密封油系统　发电机内部进油的原因　防范措施　系统改造
     1　前言
     采用氢气冷却的汽轮发电机必须由密封油对其端部进行密封，即保证发电机内部氢气不外泄，又防止空气和潮气进入发电机。国华粤电台山发电有限公司1、2号机组采用的上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW汽轮发电机，其密封油系统采用双流环式密封瓦结构，密封效果好，调节范围宽，是非常成熟的产品。但是如果对其结构不甚了解，操作不当也可能造成发电机内部进油事故。特别是在发电机内部无压的情况下，密封油箱油位不易控制，密封油极易沿轴向进入发电机内部。发电机内部进油是恶性事故，应该引起高度的重视。下面就对发电机密封油系统，发电机内部进油原因及防范措施做以介绍。
     2　密封油系统介绍
     上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW汽轮发电机组的密封油系统采用双流环式密封瓦。由于氢冷发电机的转子轴必须穿过发电机的端盖，因此这部分成了氢内冷发电机密封的关键。密封油分为空侧和氢侧两个油路将油供给轴密封瓦上的两个环状配油槽，油沿转轴轴向穿过密封瓦内径与转轴之间的间隙流出。如果这两个油路中的供油油压在密封瓦处恰好相等，油就不会在两个配油槽之间的间隙中窜流，通常只要密封油压始终保持高于机内气体压力，便可防止氢气从发电机内逸出。空侧油路供给的油则将沿轴和密封瓦之间的间隙流往轴承侧，并同轴承回油一起进入空侧密封油箱，从而防止了空气与潮气侵入发电机内部。氢侧密封油则沿轴和密封瓦之间的间隙流往发电机内侧，落入消泡箱，最后回到氢侧密封油箱。
    空侧油路：由空侧交流密封油泵从空侧回油箱取得油源，将一部分油泵入油冷却器、滤油器注入密封瓦的空侧，另一部分油经过差压阀流回到油泵进油侧。通过差压阀将调节空侧密封油压力始终保持在高出发电机内气体压力0.084Mpa的水平上。另外空侧配有直流密封油泵备用。
    氢侧油路：氢侧密封油路中的油泵从氢侧密封油箱取得油源。它把一部分油经过油冷却器、滤油器、平衡阀送往密封瓦的氢侧，在油泵旁装有再循环管道，通过再循环管上的节流阀对氢侧密封油压进行粗调。氢侧油路的油压则通过平衡阀进行细调，并使之自动跟踪与空侧密封油压差保持±0.49kPa，以达到基本平衡的目的。另外氢侧密封油设有两台交流油泵，正常运行中一台运行一台备用。
    消泡箱：从密封瓦氢侧出来的油先流到消泡箱中，在那里气体得以从油中扩容逸出，消泡箱装于发电机下半端盖中，通过直管溢流装置使消泡箱中的油位不至于过高。消泡箱汽、励端个有一个。在消泡箱中各装有一个浮子式液位高报警器，当箱内油位过高到一定程度时，就发出消泡箱油位高报警，使运行人员能及时处理，从而防止密封油流入发电机内部（见图1）。
    空侧密封油箱油位控制：空侧密封油箱通过U形管与主机润滑油回油管道连接，发电机端部支持轴承润滑油回油与空侧密封油回油汇集到空侧密封油箱，大部分油通过U形管依靠重力作用自动溢流到润滑油回油管路，保持油箱中油位正常，因此空侧密封油箱不需要进行油位监视，另一部分油作为空侧密封油源在空侧油路中循环。此油路把润滑油系统与密封油系统联系在一起，即使密封油系统无油情况下，只要润滑油系统启动后十几秒针，就会将密封油系统注满油。
    氢侧密封油箱油位控制：氢侧密封油箱是氢侧油路的储油箱，在运行中必须保持一定的油位。由于在密封瓦中空、氢侧油压做不到绝对的平衡，故空、氢侧仍有少量的油相互窜动，这样长期积累，就可能使氢侧油路中的油量发生增减变化，氢侧密封油箱起到控制补、排油作用。它主要依靠浮子式补、排油阀门完成，当油箱内油位升高，浮子上移，排油门打开，将多余的油排入空侧油路；当油箱内油位降低，浮子下移，补油门打开，空侧密封油向氢侧密封油箱补油，从而达到油位保持在一定范围内。密封油箱补油阀和排油阀上还设有强制开启、关闭手轮，以便人为参与调节油箱油位。

   图1  台电发电机密封油系统原理图

       密封油备用油源：空侧密封油备用油源由三部分组成，所以发电机密封油系统有非常可靠的油源，一般不会造成断油事故。
       第一路备用油源是高压备用油源，即来自汽轮机轴头同轴的润滑油高压油泵或高压密封油泵，密封油装置高压备用密封油入口压力不低于0.9Mpa，正常运行时备用油差压调节阀自动断开，一旦空侧油源发生故障，密封油压力降低到比发电机内部压力高0.056Mpa时，备用油差压阀自动打开保持密封油压力比氢压高0.056Mpa。
       第二备用油源为空侧直流密封油泵，如果主油源和高压备用油源都停止供油时，当密封油压力降低到比发电机内气体压力仅高0.035Mpa时，发出密封油供油压力低报警，并自动启动备用直流密封油泵，使密封油压力恢复并保持高于发电机内压力0.084Mpa。
       第三备用油源为低压备用油源，它来自汽轮机低压润滑油。该油源入口压力应不低于0.2Mpa，由于这路油源压力较低，它只能保证大轴转动时密封瓦不发生磨损事故，所以当其它油源都失去后应立即停止机组运行，将发电机氢压降低到0.014Mpa以下，以免氢气外溢，发生着火、爆炸事故。
     3　密封油系统进油分析
       发电机密封油系统差压阀能够自动保持空侧密封油压大于发电机内部压力0.084Mpa，油压跟随氢压的变化而变化，机组正常运行中，在设备正常情况下，一般不易出现问题，而在机组停机，发电机进行排氢工作后，极易造成发电机进油事故。在使用国产600MW汽轮发电机组的吴泾电厂、聊城电厂以及我台电公司都发生过发电机进油情况，而且都发生在发电机未充压的情况下。
       要了解发电机进油原因，首先要了解氢侧密封油箱的补、排油原理，机组正常运行中发电机内部压力为0.4Mpa，而氢侧密封油箱上部是与发电机内部连通的，所以氢侧密封油箱上部压力等于发电机内部压力。空侧密封油压始终保持大于发电机内部压力0.084Mpa，当氢侧密封油箱油位下降时，空侧密封油随时对氢侧密封油箱进行补油，保持正常油位；当氢侧密封油箱油位升高时，排油阀打开，将油排入空侧密封油箱，即使空侧密封油箱安装位置比氢侧密封油箱高，但氢侧密封油箱内部压力等于发电机内部压力为0.4Mpa，而空侧密封油箱压力约等于大气压力，所以油在压差作用下很容易排入空侧，保持油位正常。
       当停机后发电机内部压力降至零时，由于氢侧密封油箱内压力随着发电机内部压力降低到大气压力，而空侧密封油箱位置高于氢侧密封油箱，即使排油阀打开也不能将油压入空侧，反而造成空侧密封油反流入氢侧密封油系统，以达到油位的平衡，使氢侧密封油油位达到空侧密封油箱油位标高，此时由于油位高排油阀保持全开，造成空、氢侧密封油连通。设计时特将空侧密封油箱安装高度在消泡箱下约1m处，所以即使氢侧密封油箱满油，也不会造成消泡箱满油，当油位高于空侧密封油箱油位时，油还会在重力作用下压回空侧，不会造成发电机进油情况。
       发电机进油的唯一途径是消泡箱满油后从轴端挡油板处窜入发电机内部（如图1所视），只要消泡箱油位正常，发电机就不会进油。消泡箱满油主要是供油量大于排油量：一、当停机后发电机内部压力降至零时，密封油差压阀调节品质变差，油氢压差增大，使密封油沿轴向向发电机内侧泄油量增多，氢侧密封油回油量增大，此时如果增多到大于向空侧密封油溢流量时（靠静压溢流流速较慢），就会造成消泡箱满油。即使停止空侧密封油泵，由于低压备用油源压力在0.2Mpa，如果备用差压阀调节性能不好情况下，也可能造成发电机进油。二、排油量减小，如果强制关闭氢侧密封油箱的排油门，多余的油不能排走，就会造成消泡箱满油。有时为了保持氢侧密封油箱可见油位，强制关闭补、排油门，即使在所有密封油泵全部停止时，只要润滑油系统运行也可能造成消泡箱满油，所以排油阀强制手轮无特殊操作时一定不能关闭。
     4　密封油系统改造
       当发电机内部未充压的情况下，氢侧密封油箱满油是很正常的情况，此时只能保持消泡箱油位正常。随着发电机氢置换升压后，氢侧密封油箱油位会缓慢下降到正常油位，并保持正常油位。但是在发电机不充压的情况下将氢侧密封油箱油位降至正常，或维持可见油位运行就不能做到了。
目前台电公司已对原系统稍加改造，（如图1所视"改造管路"）在氢侧供油油路上加一根Φ25mm管路到空侧管路，中间加一手动门，以实现上述功能。机组正常运行中，将此手动门关闭，保持原设计运行方式。发电机排氢后，可稍开手动门，使一小部分油排入空侧，以消除轴端处空侧油向氢侧偶然窜入的油量，氢侧油量减少时补油阀会自动补油，保持油位正常。
       当氢侧密封油箱油位已经升高至不可见时，要想将油位降至正常，必须开启此新增手动门，同时关闭氢侧密封油箱排油阀强制关闭手轮（隔绝空氢侧油路的连通），还要保证氢侧油压稍高于空侧油压。稍后油位会缓慢降至正常油位，当降至稍低油位后不再继续下降后，必须开启补、排油阀的强制手轮。
     5　发电机进油的防范措施
     (1)保持油氢差压阀工作可靠，油氢差压在正常范围内。
     (2)保证氢侧密封油箱补、排油阀的四个强制手轮都在打开状态。
     (3)调节氢侧密封油泵再循环门，保持氢侧密封油压稍高于空侧密封油压。
     (4)发电机内部无压情况下投密封油系统时应将改造管路排油手动阀稍开，保持氢侧油路连续少量向空侧排油。
     (5)保证消泡箱液位高报警可靠，报警后能及时发现处理。
     (6)保证发电机底部检漏计报警可靠，报警后能及时发现处理。
     (7)润滑油系统投运时经常巡视消泡箱油位正常。
     6　结论
     发电机密封油系统结构比较复杂，但是只要掌握了其工作原理以及进油的原因，就能应用自如，更能避免发电机内部进油事故的发生。