S109FA氢冷发电机漏氢量大的原因及对策

罗以勇

(中山嘉明电力有限公司，广东中山528437)

在大容量的燃气轮机发电机组中，随着发电机单机容量的增大，其发热量也急剧增加，出于对发电机制造体积、散热效果、维护管理等方面的优化考虑，目前大型发电机中除水电机组外普遍采用氢气作为冷却介质。该介质具有密度小、换热性能好的优点，其冷却能力是空气的7倍，但它的易爆性对容纳它的密封系统提出了严格的要求。

某台额定功率为397.8 MW燃气轮机发电机组属于全氢冷，即其定子绕组、转子绕组及铁芯均采用氢内冷的冷却方式。该发电机组的氢气额定压力为0.414 MPa，氢气由安装在转子两端的风扇强制循环，并通过设置在定子机座上部的四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、密封瓦以及氢气管路等全封闭气密结构组成。虽然发电机采取了各种措施防止氢气泄漏，但由于其整个系统结构复杂，又处于随时运行振动与可能的操作之中，因而发电机漏氢现象仍然时有发生。从某种意义上而言，漏氢是绝对的，不漏是相对的，所能做到的是将氢气的泄漏量保持在一个正常的标准内。其允许的具体标准如表1所示。

表1 发电机氢气在不同工况下的泄漏标准(0.5≥PN≥0.4 MPa)

某机组正常运行时补氢量骤然增加，补给的次数也明显增多，经计算一天漏氢量为60 m3。为何骤然间漏氢量会变得这么大?随后在排空管检测时，检测仪报警并指示含氢量为25%，当即试用塑料袋封堵，塑料袋随即胀满，说明漏氢量很大。

1 发电机漏氢的危害

(1)将引起发电机内氢气压力下降，冷却效果变差，发电机各部分温升增加，从而影响发电机出力，严重时将缩短发电机寿命。

(2)氢气外漏后，将上升聚集到所在空间顶部的某一处。由于氢气为易爆气体，聚集的氢气会构成重大安全隐患，随时有发生爆炸的危险。

(3)若氢气泄漏量大，将迫使本应时断时续的制氢工作不间断地进行，造成较大浪费。

(4)造成氢气湿度过大或发电机进油，损坏发电机定、转子绕组绝缘，严重时还会引发相间或对地短路事故。

2 发电机漏氢原因分析

2.1 发电机密封油系统浮子油箱浮油阀故障

GE公司S109FA发电机的密封油系统图如图1所示。如果浮子油箱浮油阀出现故障，使得浮子油箱的油位过低，浮子油箱至循环密封油箱的“油封段”遭到破坏，导致氢气通过浮子油箱直接进入循环密封油箱，进而进入润滑油系统。在这种情况下，通过主油箱排烟风机出口处能检测到氢气，并且还能通过浮子油箱油位进行辅助判断。因此，维持浮子油箱油位稳定具有重要意义。

图1 发电机密封油系统图

2.2 发电机密封瓦磨损或密封瓦卡涩造成漏氢

发电机密封瓦磨损或密封瓦卡涩造成密封瓦的间隙变大，使得该密封瓦处的密封油压力不足，进而导致发电机漏氢，并通过密封瓦漏至外端轴承室。在这种情况下，主机润滑油箱内部以及润滑油排烟风机出口就有可能检测到氢气。

2.3 发电机密封油控制单元的油氢差压控制阀调节出现异常

当油氢差压控制阀调节出现异常，使得油氢差压比较低时，密封油的供油压力不足以将氢气封闭在轴线以内，导致氢气泄漏;或者运行的密封油系统出现故障，导致密封油压力急剧地下降，在备用直流密封油泵联启的这个空隙，因油氢差压低导致氢气泄漏。

2.4 发电机密封瓦支座、发电机端盖、人孔等密封不严

发电机密封瓦支座、发电机端盖、人孔等密封不严，都有可能造成发电机氢气泄漏。当密封瓦支座密封不严时，氢气通过密封瓦漏至外端轴承室，则空侧回油就会进入大量的氢气，主机润滑油箱内部、排烟风机处就有可能检测到氢气。由于发电机每天启停，发电机振动对端盖的密封性能产生影响，且端盖靠螺栓固定，长期振动会使螺栓变松，端盖注胶密封不严而造成氢气泄漏。其次，端盖注胶使用时间有限，使用一段时间之后也会出现老化的情况，进而导致氢气泄漏。

2.5 发电机氢气冷却器内管子有漏点

发电机正常运行时额定氢压是0.414 MPa，氢气冷却器的供水压力应控制在0.36 MPa以下。正常工作时，氢气的压力是高于冷却水压力的。这种情况下，当氢气冷却器内水管出现漏点，氢气就会泄漏至闭式水系统中。这些漏氢对氢气冷却器的虹吸作用将产生破坏，导致其换热效率出现下降，氢气压力在不断降低的同时，冷氢温度也在不断升高。遇到这种情况，可以通过氢气冷却器放气点、膨胀水箱的排气口、闭式水泵入口滤网的排气口处检测氢气的浓度，也可以对闭式水的含氢量进行化验分析。

2.6 发电机密封性能变差

发电机密封系统比较庞大且比较复杂，连接的管道和设备也比较多，如果氢气管道、端盖密封圈等某个环节出现漏点，氢压将会出现下降。其中包括氢气管道阀门、端盖密封圈、法兰、表计(特别是氢气纯度检查系统)、安全阀内漏、排放总阀内漏等。

2.7 发电机氢气系统有关排放阀门误开启或者误动作

发电机氢气纯度检测仪排放阀开启过大、发电机绝缘过热监测装置动作，或者取样电磁阀误带电(包括其旁路阀门误开启)、发电机油水探测器排放阀误开，氢气干燥器排放阀误开等，这些原因均会导致氢气泄漏且漏氢量大。

3 发电机漏氢量大的查找过程

首先，结合氢冷发电机的结构总结漏氢部位，归纳起来有两部分: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:(1)发电机密封瓦及氢侧回油管接头的油系统;(2)浮子油箱;(3)发电机氢气冷却器的循环水系统;(4)发电机人孔、端盖、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气系统管路阀门及表计、油氢差压调节系统、油氢分离器、氢气干燥装置、氢气湿度监测装置、氢气纯度检测装置、油气检测、发电机绝缘过热监测装置等。

其次，由主管生产的副厂长作组长，立即组织召开专业分析会议，其中包括机务和电气专业，并成立专项查漏小组。第一阶段:首先利用测氢仪对所有管道阀门、表计接头、发电机出线小室、其他外围进行检查;再利用液体洗洁精对发电机底部观察孔、发电机人孔、发电机本体结合面及氢系统管道阀门作涂抹检查，结果均未发现明显漏点。第二阶段:检查是否有内漏。首先检查排空管并进行测量，发现有报警，经检测含氢量为25%，试用塑料袋封堵，塑料袋随即胀满。这说明接到排空管的管道存在泄漏或者个别阀门被误开启，初步判断应该是此次漏氢的主要部位。究竟是何处泄漏，且泄漏量如此大?经分析应该不是一般阀门的内漏，最终检查确认是发电机绝缘过热监测装置取样电磁阀误带电开启，导致氢气直接排放至排空管。

4 发电机漏氢的紧急处理

发电机漏氢有快有慢，正常情况下发电机氢气肯定是有一定的泄漏量。平时机组运行时，应该注意监视氢气压力、纯度、冷热氢温度。如果遇到发电机氢压急剧下降的情况，则需要采取如下紧急措施:

(1)如果机组正在运行，负荷比较高，要迅速解除AGC，将负荷降低至70%额定负荷。同时密切关注转子和定子线圈温度，冷热氢温度。如果转子线圈温度不能维持，还在持续升高，达到条件后要申请停机处理。

(2)密切注意油氢差压变化的情况，以及密封油温度，氢气压力下降速率，发电机瓦温和回油温度。认真做好日漏氢量的计算工作，并绘制成曲线，密切观察漏氢情况。

(3)启动机组所在区域备用屋顶风机，及时将机组6.45 m和11 m高层区域进行隔离，准备足够的应急消防器材。

(4)如果发电机氢气压力下降迅速，机组停运后将氢气压力降低至0.03 MPa左右。为防止密封油差压控制阀调节异常，造成发电机进油，要适时将密封油切回润滑油支路进行供油。根据需要，还应对发电机进行气体置换。

5 本次发电机漏氢的原因

当发现发电机氢气泄漏量骤然增大时，经过外部查找无泄漏，在瞬间关闭氢气纯度流量排放阀后，屋顶排空管还是很快起压，后来将绝缘过热监测装置至排空管9号阀门关闭(图2)，漏氢量立即减少，说明肯定是这里面出现了故障，那么绝缘过热监测装置为什么会出现这么大的泄漏量?分析原因有以下几种可能。

(1)可能是旁路阀门8误开启或者是该阀门内漏非常大所致。将阀门8关闭后泄漏量不变。(2)可能是取样电磁阀带电开启，一直排放至排空管;后经检查发现是发电机绝缘过热监测装置二个取样电磁阀误带电开启，直接形成了排空。经与厂家联系，更换三块主板后一切正常。那么这二个电磁阀何时带电的呢?其原因为:①手动将钮子开关打至“手动取样”时，电磁阀带电，经排空管排走;② 当发电机绝缘过热监测装置报警或者误动作时，电磁阀便会自动带电取样，造成氢气直接排空。

图2 发电机绝缘过热监测装置外部与排空管连接

6 结束语

总之，发电机氢气系统所涉及的设备比较多且复杂，因而查找漏氢一直是电厂运行和维护工作中的重点，也是难点。发电机漏氢治理是一项长期而又繁琐的工作，需要我们一线工作人员不断地跟踪记录分析，确定漏氢的根源和途径，制定详细的治理方案，在备件和检修过程中严把质量关，这样才能达到理想的效果。在氢气异常泄漏的情况下所应具备的应急处理能力，要求我们对系统设备及流程必须非常熟悉，同时也要求我们在异常处理时能把握重点和关键。系统运行绝大部分时间都是比较正常的，只是在极少数的情况下才会出现异常，这就要求我们在平时的工作中对设备的参数和运行情况要有详细记录，在异常出现的初期就能找出差别，及时地发现、分析、解决问题。