氢冷发电机气密性试验计算方法及标准

谢尉扬

（浙江省电力建设有限公司，浙江 宁波 315010）

氢冷及水氢氢冷发电机在生产制造、安装和大修验收时，都应进行气体密封性试验。发电机的定子、转子在安装前，管道和整套系统在安装后，均应进行检漏试验。

1 气密性试验基本要求

发电机气密性试验应在整套系统检漏工作结束后进行，此时密封油系统的油循环冲洗合格，油氢差压调节阀工作正常，试验用压缩空气经过净化、除油和干燥处理。按照制造厂规定，试验压力通常为发电机额定工作压力。试验数据应在充入发电机内的气体压力达到试验要求值，且系统内部气温均匀稳定（约需24 h）后开始记录。试验过程中应尽量避免发电机周围的空气温度发生急剧变化，一般要求试验时间至少24 h。由于发电机密封结构不同，各制造厂根据长期积累的经验，采用了不同的发电机漏气量计算方法和泄漏标准，以下分别进行比较和讨论。

2 发电机漏气量计算公式

2.1 通用计算公式

根据理想气体状态方程，推导出发电机漏气量的通用计算公式：

式中：ΔVA为绝对大气压力P0和环境温度为t0状态下每昼夜的空气泄漏量；V为发电机充气容积；P0为给定状态下大气压力；Δh为正式试验时间；P1和P2分别为试验开始和结束时的机内气体压力（表压）；B1和B2分别为试验开始和结束时的大气压力；t1和t2分别为试验开始和结束时的机内气体平均温度。

电力行业标准DL 5011－92《电力建设施工及验收技术规范》（汽轮机机组篇）和DL/T 607－1996《汽轮发电机漏水、漏氢的检验》，机械行业标准JB/T 6227－2005《氢冷电机气密封性检验方法及评定》，以及各发电机制造厂的标准普遍采用公式1计算发电机的漏气量，通常的给定状态为大气压力0.1013 MPa、环境温度20℃。

2.2 GE（通用电气）技术发电机漏气量计算

应用GE技术生产和开发的发电机均采用单流环密封结构，配备密封油真空箱和真空泵以除去溶解在密封油中的气体和水分，保证发电机内气体的纯度和湿度。溶解到密封油中的气体量A按公式2计算。

式中：P为机内气体绝对压力；Q为氢气侧密封油回油总流量；Ca为密封油中空气的溶解率。

发电机的漏气主要有各密封间隙处的泄漏气体和溶解到密封油中的空气，其中溶解到密封油中的气体是由工艺特点决定的，不受安装过程控制，因此在计算发电机漏气量时要扣除溶解到密封油系统中的气体量，漏气量L按公式3计算。

GE公司和东芝公司均采用公式3计算发电机漏气量，允许漏气量标准为L＜1.3 m3/d。但在实际使用中经常出现计算得到的漏气量为负值的情况。据有关文献分析，主要原因是溶解到密封油中的气体未处于饱和状态，按公式2计算的溶解量较实际要大，考虑到这一因素，日立公司和东方电机厂按公式4计算发电机漏气量。

溶解在密封油中的气体量取理论计算值的一半，允许的漏气量标准为L＜1 m3/d。东方电机厂还规定当机内压力小于3 kg/cm2时，直接利用公式1计算气体泄漏量，允许的漏气量标准不变。

以东方电机厂生产的台州发电厂10号发电机组（300 MW）为例，额定氢压为0.25 MPa，直接利用公式1计算气体泄漏量。在某次A修中，第一次测量漏气量不合格。查漏处理后，第二次测得漏空气量为1.41 m3/d，大于制造厂标准，但满足电力行业标准，故未继续查漏处理。机组复役后实际测试漏氢气量为6.2 m3/d，说明制造厂对300 MW发电机组的漏气标准比较严格。

2.3 WH（西屋）技术发电机漏气量计算

应用WH技术生产的发电机，如上海汽轮发电机有限公司，采用双流环密封结构，密封油系统是相对独立的闭环系统，长期运行后气体在密封油中的溶解已处于饱和状态，试验期间不需要再考虑发电机内气体溶解到密封油的因素。发电机气密性试验采用斜式压差计测量机内气体压降，制造厂提供公式5计算漏气量。

式中：ΔP为试验期间机内气体压降。

公式5实际上是以环境温度20℃时对公式1进行简化得到的，推荐试验时间为24 h。为减小测量误差，温度变化尽可能控制在1℃内。当环境温度不是20℃时，最好应用公式1计算漏气量。对于额定氢压为0.4 MPa的600 WM发电机，允许的泄漏量标准为L＜2.1 m3/d。对于额定氢压为0.31 MPa的300 WM发电机，允许的泄漏量标准为 L＜1.7 m3/d。

2.4 SIEMENS技术发电机漏气量计算

应用SIEMENS（西门子）技术生产的发电机为单流环密封结构，气密性试验时间规定不少于48 h，试验期间密封油真空泵不工作，采用公式1计算发电机的总漏气量。由于密封油对空气的溶解和携带作用，部分气体将逸出到密封油真空油箱中，该部分气体损失可以通过增压试验来确定，即在气密性试验时测量真空油箱中的压力增高值，用公式6计算这部分气体损失。

式中：Z为试验持续时间（使真空油箱气体压力上升约10 kPa）；VT为真空油箱中的自由容积；ΔP为试验期间（Z）真空油箱中的增压；T为试验期间真空油箱中的空气温度。

扣除逸出到真空油箱中的气体损失，按公式3计算漏气量，允许的漏气量标准为L＜1.5 m3/d。以北仑发电厂三期工程2×1000 MW汽轮发电机组（采用西门子技术）为例，在安装阶段进行发电机气密性试验，按照公式1，6和3计算，6号机漏空气量为1.42 m3/d，7号机漏空气量为1.37 m3/d，均满足漏气量标准。在机组168 h满负荷试运行阶段进行实际漏氢气量测试，6号机漏氢气量为9.97 m3/d，7号机漏氢气量为8.81 m3/d。

2.5 ALSTOM技术发电机漏气量计算

应用ALSTOM（阿尔斯通）技术生产的发电机采用单流环密封结构，在进行气密性试验时，测量相关数据，按公式7计算发电机内气体压降。

对于额定氢压为0.4 MPa的600 MW发电机（机内气体容积100 m3），规定24 h气体压降ΔP＜1 kPa，应用公式 1计算，漏气量为 1 m3/d。ALSTOM公司在收购ABB公司后，生产的发电机采用三流环密封结构，气密性试验时仍按公式7计算机内气体压降，但控制的是压降率，即泄漏率，δ＝ΔP/P1×100%，允许压降率为 0.2%+0.1%×P1，该标准比原标准的要求降低了许多。

3 行业标准

（1）电力行业标准DL 5011-92《电力建设施工及验收技术规范》（汽轮机机组篇）附录J中规定：发电机额定氢气压力大于0.4～0.6 MPa时，发电机氢系统气密性试验允许漏气量参考值为4.3 m3/d。

（2）原国家电力公司《汽轮发电机运行规程》（1999年版）规定了整体气密性试验每昼夜最大允许漏气量，见表1。

表1 整体气密性试验每昼夜最大允许漏气量

（3）电力行业标准 DL/T 607-1996《汽轮发电机漏水、漏氢的检验》中规定交接试验时的每昼夜最大允许空气泄漏量见表2。该标准还规定了大修后氢冷系统每昼夜最大允许空气泄漏量，其数值约为表2相应数值的1.3倍。

表2 交接试验每昼夜最大允许漏气量

（4）机械行业标准 JB/T 6227-2005《氢冷电机气密封性检验方法及评定》中规定的整套系统气密性试验时的每昼夜最大允许漏空气量标准与表2一致。

4 结语

电力行业标准DL 5011-92《电力建设施工及验收技术规范》（汽轮机机组篇）和原国家电力公司《汽轮发电机运行规程》（1999年版）对发电机漏气量要求较低，电力行业标准DL/T 607-1996《汽轮发电机漏水、漏氢的检验》和机械行业标准JB/T 6227-2005《氢冷电机气密封性检验方法及评定》对发电机漏气量要求有所提高，各发电机制造厂的标准明显高于行业标准。由于漏氢气量与漏空气量之间存在约3.8倍的换算关系，因而在安装或大修过程中应努力降低漏空气量水平，达到制造厂标准，以尽量减少发电机的漏氢量。需要说明的是发电机的实际漏氢量往往不等于气密性试验时漏气量的3.8倍，因为漏氢量本身包含从各密封间隙泄漏的氢气量和溶解到密封油中的氢气量，只有从各密封间隙泄漏的气体量符合3.8倍的关系，而溶解到密封油中的氢气在工作温度范围内的溶解率低于空气。另一方面，氢气分子很小，比空气具有更强的穿透性，也可能会出现新的漏点。工程中经常出现发电机气密性试验合格而实际运行中漏氢量超过标准的情况，说明目前的行业标准及制造厂标准仍有待提高。

[1] DL 5011-92.电力建设施工及验收技术规范（汽轮机机组篇）[S].北京：水利电力出版社，1993.

[2] DL/T 607-1996汽轮发电机漏水、漏氢的检验[S].北京：中国电力出版社，1997.

[3] 原国家电力公司.汽轮发电机运行规程（1999年版）[S].北京：中国电力出版社，2002.

[4] JB/T 6227-2005氢冷电机气密封性检验方法及评定[S].北京：机械工业出版社，2005.

[5] 谢尉扬，徐明.发电机严密性试验结果分析[J].浙江电力，2000，19（3）∶6-9.

[6] 谢尉扬.发电机漏氢标准讨论[J].电力建设，2008，29（2）∶67-69.

[7] 谢尉扬.氢冷发电机密封结构与漏氢量关系分析[J].浙江电力，2008，27（3）∶33-36.