氢内冷发电机漏氢的综合治理

 氢内冷发电机漏氢的综合治理
 关键词:  电机  发电机
单位：国华准格尔发电有限责任公司

摘要：氢冷发电机漏氢量的大小直接影响到发电机组的安全稳定运行，这也是发电机安评的一个重要指标，本文着重介绍了内蒙古国华准格尔发电有限责任公司（以下简称准电）北重产两台330MW机组漏氢量超标的原因分析以及在检修中根据分析方案查找和治理的成功方法，在2005年检修后两台机组漏氢量都达到法国ALSTOM10m3/d的优良标准，给国内发电企业氢冷机组漏氢治理提供借鉴。
关键词：氢冷发电机含氢量气密试验
1、概述：
　　内蒙古国华准格尔发电有限责任公司（以下简称准电）2×330MW机组，是北重引进法国ALSTOM技术和部件，由北重组装生产的“水氢”冷却的无刷励磁机组，即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁芯及其它构件氢冷。氢气由装在转子两端的旋浆式风扇强制循环，并通过设置在定子机座顶部两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、密封油系统以及氢气管路构成全封闭气密结构。型号为T255-460额定功率为388.2MVA，额定电流为9339A,功率因数为0.85，Y型接法，励磁电压为542V,励磁电流为2495A,额定氢压为0.3MPa,冷却水流量为475m3/h,冷却水温为33℃。其结构图如下：
　　
2、氢冷发电机漏氢的部位
　　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。
3、发电机漏氢的典型事例及处理
氢冷发电机漏氢部位的查找是很繁琐的工作，需要工作人员作反复细致查找和长期跟踪记录分析，确证漏氢的根源和途径，根据漏氢的根源和途径的不同，漏氢又可分为内漏和外漏，氢气直接漏到大气中称为外漏，外漏点比较直观易查找和处理；氢气通过其它介质和空间泄漏掉称为内漏，内漏一般不易查找和处理，以下就准电出现过的漏氢事例的查找处理作一介绍，以供参考。
3.1发电机定冷水箱内含氢超标的处理
准电一号机2002年4月投产，2002年7月5日从漏氢检测仪显示发电机定冷水箱处含有氢气，当时氢气含量为1.3％，为了确证这一点的漏氢情况，我们使用M77-PHP-100便携式氢气纯度分析仪从定冷水箱取样管口处取样化验，含氢量是1.4％，到2002年9月定冷水箱含氢量最大达到6，确证水箱含氢后，这期间我们多次组织国内专家进行现场会诊，并加强现场跟踪记录，并对定冷水箱含氢量、定冷水箱回水温度、负荷和时间的对应关系绘成曲线进行分析研究，可能造成这一现象的原因分析如下：
（1）定子线棒的接头封焊处漏水，其原因是焊接工艺不良，有虚焊，砂眼。
（2）空心导线断裂漏水，断裂部位有的在绕组的端部，有的在槽内直线换位处。其原因主要是空心铜线材质差：绕组端部处固定不牢，产生100HZ的高频振动，使导线换位加工时产生的裂纹进一步扩大和发展。
（3）聚四氟乙烯引水管漏水。绝缘引水管本身磨破漏水的一个原因是引水管材质不良，有沙眼（从外表看无异常，且水压试验合格，管内壁有沙眼）。另一个原因是绝缘引水管过长，运行中引水管与发电机内端盖等金属部分摩擦而导致水管磨破漏水。
（4）聚四氟乙烯引水管连接管螺母有松动导致水管漏水。
（5）聚四氟乙烯引水管和金属压接头处存在制造缺陷，压接部分漏氢。
　　为了进一步缩小可疑范围，经查阅有关资料并向国内专家进行咨询后，利用停机机会对发电机定冷水路进行了静压试验，其试验方法为：
（1）将定冷水路压力表更换为标准压力表；
（2）将定冷水箱内的混合气体连续排出；
（3）将发电机氢压升至0.3MPa（额定工作压力），切断氢系统；
（4）将发电机定冷水路水压降到0.02MPa；
（5）关闭所有定冷泵出、入口门，静置30分钟后记录水压；
（6）连续监测15小时，观察定冷水压力变化量。
试验结果为含氢量从1.3％上升至1.7％，氢压下降0.002MPa，水压无明显变化。
通过对运行中含氢量的变化规律和静压试验结果进行分析，认为：
（1）漏氢不是冷却水路严重故障造成的，否则，定冷水含氢量在短时间内会大幅上升，发电机整机氢压下降速度也很快；
（2）定冷水含氢量与温度的变化有一定的关系，由此可初步断定渗漏点不在定子线棒上；
（3）在发电机运行期间，随着负荷的变化，水电联接管接头热胀冷缩较严重，所以渗漏现象较为明显。
（4）聚四氟乙烯水电联接管的管壁氢渗也会造成微渗漏，以及分析表计误差等原因，再加上发电机在停机状态下线棒温度较低（17℃）,温度变化范围较小，在静压试验过程中，定冷水含氢量虽有变化但不明显。
　　在2003年5月一号发电机大修中在发电机定冷水路充核气用QT100型氦质谱仪对发电机进行充氦气检漏，发现发电机汽、励两端水电连接管接头大中小漏点共56个，具体漏点在水电接头的不锈钢和聚四氟乙烯管的压接部分，主要原因是水电连接管压接部分质量不过关，根据厂家提供，这批水管全部是法国进口，安装前未进行单体打压试验，只是整体安装后进行抽真空试验，根据《中华人民共和国机械行业标准》氢冷电机密封性检验方法及评定中规定；定子绝缘引水管采用冷热水压法；即在时温下，水压为2.5Mpa，持续0.25小时；然后水压降至0.6Mpa，升温到90℃，保温保压2小时不漏。更换法供备件后#18管发现新管压接部位渗漏说明法国提供的这批管部分存在问题，安装后试验时标准未能达到国家要求，整体可靠性明显降低。最后处理将检查到的大漏点和中漏点的管全部更换，通过气密试验合格后恢复投运，至今定冷水路含氢量小于1。

3.2发电机两端瓦室含氢量超标以及其它部位的漏氢处理
准电一号发电机2003年6月18日大修起机后，漏氢量在16m3/d左右，经过一年多的运行，漏氢量基本稳定在22m3/d左右，2004年9月16日利用一号小修的机会对发电机航空插头漏氢点进行堵漏处理，处理后航空插头处含氢量降低到0.5左右,但发电机的整体漏量无明显改观，经过多次查找确证有以下漏点:
（1）发电机八瓦瓦室含氢，含氢量在3左右；
（2）发电机氢气排空管含氢，含氢量在5左右；
（3）励侧北端氢冷器法兰漏氢；
（4）从励侧起第三个航空插头底座阀兰漏氢；
　　准电二号发电机今年大修前也存在漏氢超标现象，日漏氢量最大是30m3/d，经多次检查发现以下漏点：
（1）七瓦含氢量达4（含氢体积比）；
（2）排空管含氢5.01；
漏氢量增长趋势见下图：

针对以上漏点，预定一、二号发电机检修方案，方案如下：
1、停机排氢后,拆除励磁机定、转子，打开七、八瓦瓦室,拆除七、八瓦上瓦枕和上轴瓦,对发电机整体进行气密试验，重点确定瓦室漏氢的位置，试验方法如下；
1.1从发电机的CO2系统充入0.05MPa的氟利昂气体,再用干燥的压缩空气加压到0.3MPa；
系统状况；密封油系统运行，润滑油泵退出，定冷水系统投运。
1.2用5750、5650型卤素检漏仪对发电机七、八瓦室进行检查，重点对七、八瓦瓦室的瓦座接合缝、密封瓦间隙处、每一条紧固螺栓孔，并观察密封瓦空侧的回油情况，沿轴颈表面回油是否均匀，有无局部喷射现象等等——
1.3用5750、5650型卤素检漏仪对发电机导电杆中心孔进行认真检查，查证导电杆中心孔处是否存在渗漏。
2、如果是由于密封瓦间隙漏氢所致，检查密封瓦和七瓦轴颈的磨损情况，如果轴颈未损伤或轻微划痕轴颈不需要修复，更换密封瓦即可；更换新瓦时，认真地多点、多方位检查轴颈和效验环的尺寸，保证轴瓦和轴颈地配合间隙，并检查密封瓦面和效验环的接触情况，即每平方厘米有3～4个接触点，整体有70以上的接触面。
3、如果是由于瓦室密封垫损坏或瓦座其它紧固件漏氢所致，则在大修中应更换密封垫即可。
4、在处理瓦室的同时要将发电机顶部管和底部管的氢阀门更换，以消除阀门内漏，
5、对于航空插头在大修中将航空插头底座阀兰打开，更换阀兰密封垫即可。
6、在励磁机回装前对发电机再次进行整体气密试验，并对更换后的氢系统阀门，机房顶部发电机氢气排空管口、密封油排油烟管口、润滑油排油烟管口等氢油系统的管路进行认真检查，并保证整体漏量符合标准，即连续24小时空气漏量小于2.9m3/d为合格。
　　在2005年2月22~2005年3月15对二号发电机进行停机大修，和2005年3月18日~5月4日一号发电机大修，发电机大修停机排氢后，按照预定的方案进行打压查漏，效果非常明显，发现二号机七瓦瓦座水平密封面和立面密封面漏气非常严重，七瓦密封瓦空侧有喷油现象；一号机检查发现发电机励侧八瓦瓦座水平密封面和立面密封面漏气严重，八瓦中心环密封面泄露严重，励侧北端氢冷器法兰漏氢；解体后发现两台机漏氢的原因是：
1）瓦座密封条质量有问题造成密封条老化，是瓦座漏氢的主要原因；
2）瓦座密封槽尺寸和图纸尺寸要求偏差大，造成密封条和密封槽不匹配，有的点槽满率过高，有的点槽满率过低，槽满率过高的地方长期运行造成密封条损坏；槽满率过低造成密封不严，形成漏点；
3）密封瓦和轴颈损伤造成密封瓦间隙过大，是造成漏氢的又一原因；
4）排空管阀门内漏；
针对发现以上问题在检修中进行如下措施并处理：
1）经过调研选择信誉度高、质量过关并经多家电厂使用无问题的密封条厂家；
2）精心测量认真核算，选择槽满率最佳配合的密封条；
3）将损伤的轴颈进行电刷镀处理，对发电机密封瓦进行精心刮研，使空、氢两侧间隙及接触面在标准范围内，并通过三级验收合格后方可安装。
4）将两台机氢盘阀门更换为进口球阀。
5）在大小修时严格把关，对定冷水路和整体进行气密试验不合格或有疑问时决不能回装；2005年两台发电机检修后，定冷水路和整体气密试验达到优良标准，起机后至今，平均日漏氢量都保持在2~6m3/d的范围内。
4、漏氢的综合治理方法
4.1在备件上严把质量关
　　以上准电两起漏氢事例究其根本原因都出在备件质量上，一使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致，所造成的损失是非常严重的。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，将好的品牌备件的厂家记下来，根据自己所用备件的型号和运行工况告诉他们，使之所供备件真正做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”。
4.2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”。
以上准电漏氢事例正是由于在停机前围绕漏氢情况作了大量的工作，所以在检修过程中井然有序地顺利找到漏氢根源，一次性处理好了这些漏点，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。
4.3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等--。
4.3.1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93~97的槽满率,并且密封条在槽中各点的压缩量在13~17。
准电一号机2005年大修解体中发现，瓦座中间环结合缝泄露严重，经仔细测量是密封槽尺寸和要求用的密封条尺寸不匹配，图纸要求压入Φ7的密封条，以下是中心环外密封槽的测量尺寸的测量数据：

平均槽宽a1=6.935mm
槽平均深b1=6.14mm
槽平均截面积s1=42.5809mm2
密封条截面积s=(7/2)2×3.14=38.465mm2
槽满率κ=s/s1×100=90.3
压缩量Ч=(D-bmix)/D×100=11.4
D为密封条直径
槽满率和压缩量都达不到密封要求，经测算如更换Φ7.2的密封条,密封条截面积
s=(7.2/2)2×3.14=40.6944mm2
槽满率κ=s/s1×100=95.6
压缩量Ч=(D-bmix)/D×100=13.8
　　槽满率和压缩量符合要求，决定通过外委定做Φ7.2的氟橡胶密封条处理此处密封。同时将其它各密封槽和密封条的匹配全部核算，如密封槽公差偏差不大的通过更换密封条能处理的就配以合适的密封条，如槽的各点宽度或深度不均匀,偏差太大如超过0.5mm的,就通过重新加工密封槽并配相应的密封条来处理,如准电一号机励侧北端氢冷器法兰漏氢,解体后发现立面密封槽深度严重不均,最浅处是5.4mm,最深是6.0mm,偏差超过0.6mm,通过更换密封条无法达到压缩量的要求,最后和北重专家商定将密封加工为槽宽a=9mm、槽深b=7.5mm的密封槽,配置Φ9的密封条,使槽满率为94.2、压缩量16，符合要求。
　　有些发电机端盖是密封胶密封的,如准电一、二号发电机，在回装端盖时将端盖密封面和发电机端部密封面清理干净，特别注意密封槽的清理，并检查结合面有无磕碰产生的凸起和毛刺，如有应打磨平后在密封面薄薄地均匀涂上一层T25-75密封胶，再用注胶枪从端盖下部注胶口注入T25-75密封胶于密封槽内，直至上部注胶口有大量的胶流出注满为止。
4.3.2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。准电发电机机采用单流环式油密封，空、氢每侧密封瓦由四个900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0.05~0.1MPa,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0.08±2mm,氢侧间隙0.16±2mm。
　　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2~3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2~3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。
4.3.3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。
准电一号机热工引出线（航空插头漏氢）在2005年大修前一直靠外表堵漏控制，但插针漏氢一直无法处理，在2005年大修中根据研究阿尔斯通法供件航空插头的结构，将七个航空插头连引线从里面适当拉出后紧固内锁套以处理插针密封，重新更换密封圈后紧固良好。
准电2005年大修前，两台发电机氢气排空管因法门不严存在内漏，在大修中将运行中无法隔离的阀门全部更换为进口BUTECH球阀，并将发电机三道底部排污阀加装一道二次控制阀。
4.3.4对气密试验的控制
在检修发电机过程中,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。
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。准电一、二号发电机定冷水箱都发生含氢超标现象，相继在2003年一号机大修和2004年二号机大修中通过更换水电连接管处理，至今水箱内含氢量在1以下，运行正常。
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,以阿尔斯通标准24小时压力降小于1为合格。
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,按北重厂家规定6小时压力降小于0.04MPa为合格。
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，按照北重厂家要求6小时允许压力降小于0.032合格。
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/P0×24/△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（准电按60m3）
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；
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：
2．9m3/24h合格
2．3m3/24h良
1．7m3/24h优
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：
14.5m3/24h合格
11.5m3/24h良
8.5m3/24h优
5、处理效果和经济分析
2005年准电一号发电机和二号发电机经大修处理后,一号机由大修前22m3/24h左右降至（5~8）m3/24h，二号机检修前30m3/24h降至（3~6）m3/24h，效果明显。
　　从经济上分析：成功地检修一次发电机，综合彻底地治理好发电机漏氢，在检修周期内少发生一次发电机非停，经济效果非常可观。如果一台发电机因漏氢的一次非停（按抢修15天计算），直接由少发电量造成的损失约1600万元，起停机耗油造成的损失一次约94万元，检修的人力物力投入约15万元，成功检修减少一次非停总价值约1709万元，安全稳定地长周期运行所创造的社会效应更是无法估量的。
6、结束语
总之，发电机漏氢的原因很多，发电机存在漏氢后，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。
[参考文献]
（1）[1999-11-09]《国家电力公司标准之汽轮发电机运行规程》
（2）北重《330MW汽轮发电机安装使用说明书》