发电机漏氢原因分析与防范措施

年泓昌，董治国，苏鹏飞，张勇杰

(1. 山西神头第二发电厂，山西朔州 036011；2. 中国电力山西神头发电有限责任公司，山西朔州 036011)

发电机漏氢原因分析与防范措施

年泓昌1，董治国1，苏鹏飞2，张勇杰1

(1. 山西神头第二发电厂，山西朔州 036011；2. 中国电力山西神头发电有限责任公司，山西朔州 036011)

指出氢冷发电机漏氢方式一般为从机壳结合面、氢气管道和阀门、密封油系统、转子部分、定子冷却水系统及氢气冷却器漏氢等几种。当发生漏氢时就需从多方面入手，综合分析查找，准确排除判断，以便早采取处理措施。结合山西省神头二电厂2号发电机曾发生的漏氢案例，分析判断出发电机定子内漏的故障，查找出定子绕组20号上层线棒在R角往励侧延伸30 cm直线部分、汽侧绕组端部位置46号槽上层线棒漏氢。分析了其产生漏氢原因，论述了处理情况，提出了防止漏氢的具体的措施和建议，以供同行参考借鉴。

发电机；漏氢；分析；结合面；线棒

0 引言

漏氢是氢冷发电机在运行中普遍存在的现象[1]，漏氢量是发电机运行的主要指标之一。若氢气大量泄漏会导致氢压下降，影响发电机的冷却效果，从而限制发电机正常负荷。严重漏氢可造成发电机周围着火，甚至引起氢气爆炸，造成发电机损坏乃至机组停机[2]。

山西省神头第二发电厂2×500 MW机组发电机为捷制2H670960/1VH型汽轮发电机。发电机采用为水氢氢冷却方式，即定子绕组为水内冷，定子绕组端部接头采用“水电分开”结构。定子铁心及结构件为氢气表面冷却。转子绕组为气隙取气槽底通风式氢内冷，氢气由转子两端的风扇强制循环，并通过设置在发电机励侧两端的一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、以及氢干燥器和氢气管路构成全封闭的气密结构。发电机主要参数见表1。

1 发电机漏氢的途径及原因

发电机漏氢的主要途径有外漏和内漏两种。外漏是直接漏到大气中，内漏是漏到发电机密封油和定子冷却水系统中[3]。外漏可以通过检漏方法找到漏点加以消除，如发电机励侧、汽侧端盖与机座结合面、出线套管与发电机机座结合面、氢冷器机本体结合面、氢气管路系统、氢干燥器、测温元件接线柱等处的漏氢。内漏如氢气通过密封瓦漏入密封油系统中，转子导电螺钉与通风管路的密封绝缘老化等处泄露。内漏基本属于“暗漏”，漏点位置不明确，检查处理较为复杂，且处理时间较长，影响到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。静态泄漏点可以通过用测氢仪或用肥皂水检测法找到漏点，而动态泄漏点不明，检测和处理比较复杂。因此应通过提高安装、检修精度尽量避免此种现象的发生。

表1 发电机主要参数

2 案例分析

2.1 事件经过

2011年7月1日，2号发电机发生漏氢故障，漏氢部位不明，漏氢量12 m3/d ，高于漏氢量合格标准。2号发电机各项运行参数正常，无其他缺陷。7月2日14时39分，2号机组停运转入临修，16时0分，电气运行人员将发电机氢压降为低氢压运行方式(由高氢压401 kPa排氢至低氢压187 kPa)，氢水差压降至5 kPa。20时0分，运行人员正常进行发电机底部集水器排水检查时，发现并放出集水器少量积水，通知厂部值班和电气部，厂部决定对2号发电机排氢做进一步检查。

图1 汽侧定子绕组端部20号槽上层线棒漏水位置

2.2 检查过程

7月3日15时，发电机开始排氢，发电机二氧化碳置换合格后接干压缩空气吹扫。18时，开始做水压试验(压力0.5 MPa)。检修人员从底部人孔进入检查，发现汽侧定子绕组端部位置20号槽上层线棒(见图1)在R角往励侧延伸30 cm直线部分有一渗漏点。由于漏点所处位置狭窄无法施工，决定抽出转子后处理。7月9日，2号发电机定子绕组20号上层线棒更换后水压试验0.6 MPa，检查20号棒并头套及引线焊口未见渗漏，进而全面检查定子绕组未发现渗漏点。10日1时0分，继续检查发现汽侧绕组端部位置46号槽上层线棒(见图2)有很轻微水迹。擦拭干净后仔细观察确认存在渗漏点。立即清除线棒表面绝缘材料，未能找到渗漏位置，决定更换该根线棒。

图2 汽侧定子绕组端部46号上层槽线棒位置

2.3 原因分析

1) 2号发电机在长期运行中，由于机组在电网调峰中负荷经常突然大幅度变化，定子线棒电流和槽内横向磁场使槽内线棒产生径向电磁力，会引起发电机瞬间剧烈振动，发电机绕组线棒热胀冷缩，定子端部绕组结构的固有频率与电磁振动的频率相等或相近时将产生共振等原因[3]，将汽侧定子绕组端部绑绳磨损崩开，造成端口部固定压板垫块松动。运行中发电机振动可使垫块快速运动摩擦线棒绝缘层，最终导致将线棒磨破20号槽上层线棒磨损见图3。

2) 定子内冷却水铁磁物质残渣可能遗留在线棒内。当机组运行时， 该铁磁物质在强大的磁场作用下把定子线棒“啄”出小孔(即产生“电击虫”的作用)。发电机内冷水由此孔洞溢出，溢出的水长时间滞留在绝缘层，在电场和磁场的长期作用下使水质变坏，对空心铜线产生腐蚀作用形成砂眼。

图3 20号槽上层线棒磨损

3) 制造厂制造质量存在遗留缺陷。如制造厂生产采购定子线棒的原材料紫铜有裂纹或划痕等先天性损伤。长期在槽内振动而使其开裂。

2.4 处理情况

1) 将2号发电机转子抽出，根据磨损部位和程度，确定无法补焊。决定更换有渗漏的20号、46号槽上层线棒。

2) 定子线棒拆除。定子线棒接头绝缘盒拆除，定子线棒接头并头片焊开，线棒槽楔及垫块退出，拔出上层线棒，清理定子槽。

3) 新定子线棒嵌入定子槽内。嵌入上层线棒，定子端部固定绑扎，打紧槽楔，清理、整形、装连接板。

4) 定子线棒接头并头片焊接。

5) 定子接头绝缘盒内部绝缘泥的灌注与安装。绝缘盒安装完毕后，用绝缘漆将绝缘盒以及线棒、铁心涂刷一遍。将两侧端部绑绳、端部内撑环拉紧楔、垫块和绝缘盒等所有部件进行全面细致的检查和处理。

6) 整体水压(0.6 MPa)试验合格。全面检查定子绕组未发现渗漏点。每隔1 h全面检查一次，未见渗漏点。发电机整机电气试验合格。

3 漏氢防范措施

1) 加强发电机运行氢气系统的监督，建立全面测氢，排查漏氢点的定期工作制度，发电机运行中应保持额定氢压(400 kPa)，当氢压异常下降并且补氢量和补氢次数增加时，应查找漏点。不得用降低氢压的方法作为减少漏氢的手段。

2) 建立月度漏氢量计算的定期工作制度，漏氢量偏大时要及时分析查找原因。

3) 在机组运行期间要监视氢水差压，确保氢压大于水压，保证氢水差压在0.04 MPa以上，并定期打开定子冷却水管放空气门检测其漏氢量，防止水漏入发电机内。

4) 发电机氢冷器氢泄漏时应在停机后进行分管子查漏。如少量管子漏则进行堵管，大量管子漏则应考虑更换氢冷器，其他组氢冷器考虑做防腐处理。对密封瓦和瓦座装配的间隙严格把关，控制在标准范围内。

5) 重新修订检修工艺规程。水系统禁止使用石棉垫和蓝胶。拆卸水系统管道必须落实好监护工作，防止异物掉入机内。

6) 制定发电机反冲洗规定。坚持“凡停必冲”原则。利用机组检修机会对发电机绕组进行正反冲洗，确保绕组内部无堵塞、无异物。

7) 严格执行发电机大修后气密性试验、氢气冷却器气密(水压)试验和回装后的整体气密试验，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，不合格严禁机组启动。

4 结语

氢冷发电机氢气系统涉及到制造、安装、调试、运行和检修等环节。若想从根本上控制漏氢量的大小，就需在各个环节严把质量关。制造过程中做好设备监造，严格控制定子绕组水路和转子的严密性等关键部件；安装调试阶段严格执行安装调试工艺标准、做好气密性试验；投入生产运行后要注意调整密封油压，保持密封瓦氢压、油压平衡，重点监测发电机氢气泄露情况；检修人员要结合发电机系统特点和存在问题，加大技改和检修精度和力度，不断探索应用先进的监测手段和防治措施，通过对漏氢的监测和处理，防止事故扩大[2]，保障机组安全、稳定运行。

[1] 刘兴华，张春. 发电机漏氢分析与处理[J]. 宁夏电力 ， 2011(3)：29-31.

[2] 孔令军，岳啸鸣. 氢冷发电机漏氢分析及防范措施[J]. 河北电力技术 2011(12)：35-37.

[3] 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.

年泓昌，男，1977年生，大学，工程师、 电气工程师 ，山西省神头第二发电厂工作电气部工作。

苏鹏飞，男，1978年生，大学，工程师。山西省神头发电有限责任公司发电部工作。

董治国，男，1978年生，大学，工程师。山西省神头第二发电厂工作。

张勇杰， 男，1984年生，大学，助理工程师，山西省神头第二发电厂工作电气部工作。