氢冷发电机漏氢分析及防范措施

孔令军，岳啸鸣

(1.河北兴泰发电有限责任公司，河北 邢台 050400；2.河北省电力研究院，石家庄 050021)

1 概述

发电机运行中要产生能量损失，损耗以有功功率转变为热量的方式存在。这些热量如果散发不出去，将会使发电机温度升高，绝缘物质变质老化，威胁机组的正常运行。所以必须附加冷却系统将发电机内因损耗而产生的热量带走，现代大型机组基本使用氢气作为冷却介质。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，氢气由装在转子两端的浆式风扇强制循环,并通过设置在定子机座四角的氢气冷却器进行冷却，具有效率高，冷却效果好，安全可靠等优势。

漏氢是氢冷发电机运行中普遍存在的现象[1-6],漏氢量是氢冷发电机安全运行的主要技术指标之一。氢的大量泄漏会导致氢压下降，影响发电机冷却，限制发电机带负荷。严重漏氢可造成发电机周围着火，甚至引起氢气爆炸，造成发电机损坏以至机组停机。因此，维持氢冷发电机正常运行的必要条件之一是维持氢系统工作正常，包括保证机内氢气压力、保证机内冷氢温度以及温差正常、保证机内氢气纯度。

2 发电机漏氢方式及原因

发电机漏氢的主要方式有外漏和内漏2种。密封瓦座衬垫制作安装工艺，密封瓦平行度以及密封瓦轴向和径向间隙，发电机大端盖、中间环、密封瓦安装位置，发电机注胶情况，法兰垫子安装情况，测温元件安装到位与否等都会对氢气泄露产生影响。

2.1 外漏

由于氢气扩散快、渗透能力强，加上密封油携带漏氢等，在实际运行过程中发电机内氢气是在持续外漏的。该种泄漏方式可通过肥皂液、卤素检漏仪等多种检漏方法找到漏点并加以消除。

造成氢气外漏的原因有如下几种：

a.发电机机壳或氢气管道焊接质量不良,存在沙眼或夹渣；

b.氢气管道法兰密封面不平整、有毛刺或辐向沟槽，螺栓未拧紧，密封垫存在缺陷等，导致法兰密封面密封差；

c.端盖水平结合面接触不良，端盖上密封填料的沟槽内壁有沟槽；

d.氢气管道阀门盘根密封不严，氢气管道因振动与其它部件摩擦导致磨穿后发生氢气泄漏；

e.密封瓦座和密封瓦水平接合面接触不好,未达到质量标准，密封瓦座与端盖的垂直接合面存在错口；

f.定子引出线套管与瓷套法兰松动,或由于温度变化,膨胀不均造成氢气泄漏；

g.密封胶条质量不良，弹性与压缩量不够，当温度过高时变形，未将沟槽添满，导致密封不严。

2.2 内漏

氢气通过密封瓦漏入密封油系统中、转子导电螺钉等处，属于暗漏，漏点位置不明显，检查处理较为复杂，且处理时间较长，影响发电机定子线棒绝缘和使用寿命，威胁发电机长周期安全稳定运行。静态泄漏漏点可以通过测氢仪或肥皂水检测法找到漏点，动态泄漏漏点具体位置不明，检测和处理比较复杂，且处理时间较长，尚无好的解决办法。因此只能通过提高安装精度尽量避免此种现象的发生。造成该种泄漏的原因有：

a.转子滑环导电螺栓或中心孔堵板密封不严；

b.定子线棒空心股线断裂，定子端部接头螺栓松动，绝缘引水管或汇水管破损；

c.氢气冷却器铜管破损或断裂，氢气管道排地沟阀或排大气阀关不严；

d.密封瓦与轴径的径向间隙超标或差压阀控制精度差，造成密封油压超出规定值。

3 漏氢防范措施及建议

氢冷发电机本体结构部件的漏氢涉及4个系统：水内冷系统、油系统、循环水系统和氢密封系统。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。以下结合发电机氢气系统的结构，对影响到漏氢的关键结构部件进行防漏分析。

3.1 机壳结合面

结合面主要漏氢部位的防漏措施：励磁系统侧、汽轮机侧端盖与机座的结合面及上下端盖的结合面面积较大，密封难度较大，是防漏的薄弱环节。检修时要检查固定端盖的螺孔，紧固端盖螺栓时，应用力均匀，保证结合面严密。在检修回装时，应对结合面不平的部位打磨锉平涂密封胶。在回装及解体的过程中，确保所做的标记不伤及结合面。检查验收所采用硅胶密封绳的尺寸、耐热性能、耐油性能、弹性及耐腐蚀性能。在吊装下端盖时应使下端盖与机壳端部离开一定间距，防止搓断发电机立面的密封条。发电机人孔也是漏氢的主要部位，在打开的过程中注意不要损坏结合面，如有损坏应用锉刀锉平，在回装过程中涂密封胶。

3.2 密封油系统

密封油系统中密封瓦与端盖的结合面也是较容易漏氢的部位之一。上、下端盖组装、回装时，接缝应对齐，防止由于错口使密封垫受力不均。调整密封瓦与瓦座的间隙，防止密封油进入机内，空侧密封油高于氢压65 kPa，氢侧密封油压高于氢压80 kPa。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(0.50±0.05) mm，底部间隙控制在0～0.05 mm，两侧间隙控制在0.20～0.25 mm；油挡结合面接触面积应在75%以上。

3.3 转子与定子部分

发电机转子励磁绕组引线是通过转子中心从励磁机转子引来的，在发电机转子表面存在一个紧固密封点，该密封点漏氢，可在发电机励磁绕组对转子气密试验孔测量到。转子漏氢是动态的，氢气从滑环处的导电螺杆漏出，在运行中很难处理。因此应在大修中加强对滑环处导电螺杆的密封检查。

文献[6]定子绕组空心铜线部分也可发生漏氢，见图1，定子发生漏氢后可用高温火焊将铜棒烤软，撬开一条缝，然后采用封焊将焊缝焊死。

图1 定子绕组接头泄漏位置示意

3.4 氢气管道和阀门

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，杜绝因密封垫老化造成的漏氢。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。氢气置换站气体管道小阀门全部采用密封性能良好的球阀。

3.5 氢气冷却器

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0.6 MPa，试验30 min无渗漏为合格。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封堵，如铜管胀口处渗漏时，应用胀管器对胀口进行补胀，并经再次水压试验合格为止。每台冷却器堵塞的渗漏铜管不能超过总数的5%，如超过则更换。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，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，冷风器散热片表面的油污可用高温热蒸汽吹净。

3.6 发电机整体

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，检验发电机所有静密封点及密封瓦的密封性，以保证发电机漏氢率(量)达到预定目标，将所有造成系统泄漏的现象在此阶段消除。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，在氢系统内接人0.25级精密压力表检验泄露情况，机内充0.3 MPa的压缩空气，用肥皂水检验发电机各密封点的泄漏情况，并观察空侧密封瓦的回油情况，回油应沿轴颈均匀平稳流回。

试验按标准进行36 h，其中连续一昼夜(24 h)最大允许漏空气量和漏氢按表1判断。

表1 连续24 h最大允许漏空气量和漏氢量 m3

4 结束语

氢冷发电机漏氢的控制是一个系统工程，影响发电机漏氢量的因素很多，若想从根本上控制漏氢量的大小，只有通过制造、检修、运行等各个方面相关部门齐心协力，各个环节严把质量关，在制造的过程中严格控制定子绕组水路和转子的严密性；运行时要注意调整密封油压，时刻注意保持密封瓦氢气、空气侧的油压平衡。应重视发电机的氢气泄漏情况，结合设备系统特点和存在的问题，加大技改和检修力度，不断探索采用先进的检测手段和防范措施，并严密监视发电机的漏氢，以便及时处理。通过对漏氢的检测及处理，防止事故扩大，保证机组运行安全。

[1] 李伟清．汽轮机发电机故障检查分析及预防[M]．北京：中国电力出版社，2002．

[2] 李美珍．浅析我厂查找发电机漏氢量大的经过与启示[J]．上海大中型电机，2005(2)：14-16．

[3] 陈庆辉．氢冷发电机漏氢故障的剖析[J]．湖北电力，2001(5)：56-57．

[4] 张 顺．600 MW汽轮发电机的漏氢治理[J]．江苏电机工程，2004(1)：58-59．

[5] 彭远崇．引进型300 MW汽轮发电机严重漏氢故障处理及改进[J]．电力设备，2004(6)：55-57．

[6] 李社平，武 伟，于丛练.裕东电厂2号汽轮发电机漏氢量偏大的分析与处理[J].河南电力，2009(2):35-37.

本文责任编辑：王洪娟