河源电厂#2发电机氢气纯度低原因分析

罗顺松

河源电厂是两台600MW凝气式机组，发电机是哈尔滨电机厂生产的QFSN4-600-2型汽轮发电机，采用水氢氢冷却方式，即定子线圈直接水冷，转子线圈直接氢冷，转子本体及定子铁芯氢冷，定子出线水内冷。配套使用双流环式密封瓦型密封油系统。

一、双流环式密封油系统的结构和性能

我厂的密封油系统为集装式，其密封油路为双流环式，双流环密封瓦内有两个环形供油槽，供油槽内的油压始终高于发电机内的氢压，从而防止氢气从发电机内部漏出。这两个油槽在密封瓦内形成了两道油流，两道密封油流由独立的两套油源分别供给。靠发电机侧的为氢侧油，靠大气侧的为空侧油。氢侧供油沿大轴向发电机内侧流动，空侧供油沿大轴向大气外侧流动。由于这两个系统之间的压力在理论上保持相等，油流在两个供油槽之间保持相对平衡，因而油流不会在两个供油槽之间串动。

由于正常情况下密封瓦中的空侧和氢侧密封油具有几乎相同的压力，空侧和氢侧密封油各自保持相对独立的状态进行循环。机组在运行中密封油系统中的氢侧密封油与发电机机内的氢气相接触，密封油系统部件工作不正常或运行调整不当，参数控制不好均能够引起发电机氢气纯度低。

二、发电机氢气纯度降低可能存在的原因分析

1、空侧与氢侧密封油压差值大

发电机空侧与氢侧密封油在密封瓦中的压力不平衡，会引起油流窜动，若空侧密封油压高于氢侧密封油压，则含有大量空气的空侧密封油向氢侧密封油窜油，此时窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到发电机的氢侧回油腔（即消泡箱），然后经氢侧回油管，返回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部分空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。同时空侧向氢侧窜油也一定程度的排挤了氢侧油，使氢侧的进油减少，这将加大油污染。

若氢侧密封油压高于空侧密封油压，则氢侧密封油向空侧密封窜油，此时将使回到氢侧密封油箱中的油量减少，油位降低，为了保证系统安全运行，将自动向氢侧密封油箱中补油。这样就将含有大量空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。发电机机内的氢气与密封油系统中的氢侧密封油相接触，氢侧密封油中若溶解有大量的空气，空气便会进入氢气区域，污染机内氢气。使氢气湿度增大，纯度降低。

正常运行中，#2发电机励端和汽端的空氢油差压分别维持在0.3Kpa和0.2Kpa左右，在规定的范围（±0.49Kpa）内，理论上不会出现窜油的问题。

2、氢侧油箱中的自动补排油阀故障

氢侧油箱中的自动补排油阀故障导致在氢侧油箱中的空侧和氢侧油大量交换，使含有大量空气的空侧回油进入氢侧油箱。

一方面在氢侧油箱中直接析出空气而直接进入发电机；另一方面其作为氢侧油在密封瓦中析出空气进入发电机。

浮球阀因各种原因不能正常开启或关闭，这样将导致密封油系统中自动补排油的功能失常。有以下三种情况：

1）排油阀出现故障处于常排状态，则系统为了氢侧密封油箱油位的稳定，就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，此时补油阀将进行连续补油。

2）补油阀出现故障，处于常补状态，系统就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加，此时排油阀将进行连续排油。一旦排油阀故障不能正常排油，会导致氢侧密封油箱满油，进而消泡箱油位高，会造成发电机进油的事故。

3）补排油阀都失去了正常的功能，此时发电机密封油系统中的氢侧密封油箱则处于一个连续补排油的动态平衡状态，将大量含有空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。

就地自动补油阀、自动排油阀前截止都在开的状态，自动补、排系统参与工作，但在氢侧油位高时，自动补油阀和自动排油阀未能及时调整油位，两者可能存在常补或者常排的情况，就地液位稳定时关闭氢侧密封油静排手动门观察液位发现液位维持稳定不变，且氢侧密封油箱补、排管路通过温度判断并没有油流过，故可以判断当密封油系统正常运行时，空氢侧密封油没有窜油现象。

3、差压阀工作不正常

密封油系统维持氢、油差压的任务是由差压阀来完成的，氢、油差压阀工作不正常不仅会污染油质，而且会造成发电机漏氢。比如因为密封油系统的差压阀全关后漏流大，导致空侧密封油压低，而氢侧密封油压感应空侧油压自动用平衡阀调整油压，密封油压低导致漏氢。用旁路强行提高油压使得空侧向氢侧窜油，氢侧密封油中带空气，造成氢气纯度下降。

#2发电机在补氢或者密封油泵切换后，都能将氢油差压维持在83Kpa左右，不存在上述分析情况。

4、油氢差压过高或过低

油氢差压是指空侧密封油与氢气的差压。由于氢侧密封油是跟踪空侧密封油的，因此当油氢差压过高或过低时时必然会使氢侧油压上升或降低。当氢侧油压过高时，氢侧密封油将直接通过油挡进入发电机内。

#2发电机氢油差压基本维持在83Kpa左右，与规定的>84KPa相比，相差0.1Kpa，属于正常范围。

5、平衡阀工作失常

600MW发电机运行中要求平衡调节阀调节精度达10～30mm水柱，而该阀的装配精度相当高，如果油中含有杂质、水分等，则极易造成阀卡涩，工作失常。

调节空、氢侧密封油压主要是通过以下手段来完成。氢侧密封油压先通过粗调氢侧密封油泵出口再循环阀使空、氢侧密封油压基本一致，同时通过调节氢侧密封油平衡阀下部顶针顶起高度，从而使密封瓦处的空、氢侧密封油压力达到平衡，以使密封瓦中间环处的空、氢侧密封油窜流量达到一个较小的水平（通常是在±5CM水柱以内）。当密封瓦处的空、氢侧微差压调整好后，由于平衡阀平衡点已经设定好，当空侧密封油压改变时平衡阀自动跟踪调节氢侧密封油压使空、氢侧微差压保持不变。当氢侧密封油平衡阀调节不灵敏时，会造成氢侧密封油压过高或过低，使中间环处的空、氢侧密封油平衡被破坏，使空、氢侧密封油之间的窜流增大。窜流增加将使氢侧密封油进入空气，引起发电机氢纯度下降。

#2发电机正常运行中，就地两侧平衡表显示同时指示0位，在氢侧油泵切换过程中，平衡阀波动不大，回落到0位较快；在空侧油泵切换过程中，平衡阀偏差较大，回落到0位较慢，造成空侧油向氢侧油窜动，氢侧油箱油位上升较多，但是最终能将空、氢侧油压调平，现在由于#2发电机空侧密封油差压阀故障对备用空侧密封油泵只测绝缘不进行切泵操作，氢气下降原因很可能是由于氢侧密封油泵切泵过程中平衡阀调节导致氢侧、氢侧之间相互窜油导致，氢侧备用密封油泵启动后氢侧密封油压力瞬间增高，平衡阀关小过程中氢侧密封油向空侧密封油窜，之前运行的氢侧密封油泵停运时，氢侧密封油压力瞬间降低，平衡阀开大调节过程中空侧密封油窜入氢侧密封油，最终导致空气进入发电机内使其纯度下降，但相比空侧密封油泵切换要好很多。

三、结论

就#2发电机氢气系统纯度而言，首先是氢气纯度偏低，切换就地氢气纯度仪显示氢气中二氧化碳含量为3.77%，建议化验对氢气取样测量氢气中二氧化碳含量后进行近一步分析判断。

其次是氢气纯度下降问题，综合上述分析可知#2发电机氢气纯度偏低最可能的原因由于每周一次的空、氢侧密封油泵在切换过程中（空侧密封油泵由于差压阀故障没有执行切换），导致使含有一定量空气的空侧密封油向氢侧密封油窜油，此时窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到发电机的氢侧回油腔（即消泡箱），然后经氢侧回油管，返回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部分空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内，使得发电机内部氢气純度缓慢下降。■