氢冷发电机漏氢分析及预防处理

2018-07-06胡冲

机械管理开发 2018年6期

胡冲

（山西焦煤集团兴能发电有限责任公司，山西太原 030200）

引言

氢冷发电机指利用氢气冷却发电机的机器。采用氢气作为冷却介质，具有其他冷却介质不可比拟的优势。氢气的比重小、流动扩散性强，能大幅度提高散热能力，在大容量发电机中，出于发电机制造成本、维护管理等考虑，其体积受到限制，造成发热量的急剧增加。因此，除水电机组外，均普遍采用氢气作为冷却介质，其冷却能力达到空气的七倍。

在提高冷却能力的同时，由于氢气的渗透能力强，氢冷发电机会不可避免地存在漏氢问题，从而漏氢量的大小是氢冷发电机的主要技术指标。氢气泄漏导致氢压下降，使得发电机冷却能力下降，严重漏氢时，由于氢气的危险性，还会造成着火、氢爆等安全事故。解决漏氢问题，维持氢系统的工作正常是保证氢冷发电机正常运行的必要条件。因此，必须对漏氢问题进行分析，采取一定的预防措施，尽量避免漏氢问题的产生。

1 漏氢原因分析

发电机的设计结构、安装工艺、运行中的老化问题，都会引起漏氢现象出现。因此，结合发电机结构及安装运行，对典型漏氢问题的原因分析如下。

1.1 端盖与密封瓦结合面漏氢

发电机密封瓦故障，包括卡涩、磨损及绝缘不合格等，会使得密封间隙变大，造成密封油压力下降，导致漏氢。出现这种问题时，氢气会泄露到外端轴承室，利用氢系统检漏仪可以检测到。在组装上下半端盖时，法兰接缝必须要对齐，当出现错口不平时，会使得密封垫受力不均，从而造成间隙变大。另外，对于上下端盖水平法兰结合面与密封瓦座的密封沟之间的出口位置，要采取密封措施，以避免密封胶的进入[1]。

1.2 定冷水系统漏氢

在发电机的正常运行过程中，为避免冷却水系统漏水，需要设定定冷水压低于氢压，内冷水箱在正常运行过程中，由于氢气的强渗透能力，会造成水箱内部含有少量氢气。长期的运行过程中，定子绝缘会受潮，最严重时会引起定子绝缘的击穿。而定冷水系统产生泄漏时，漏氢问题就会出现，造成内冷水箱中含氢量突然增大[2]。

1.3 转子与定子漏氢

从励磁机转子引来的励磁绕组的引线，由于需要经过转子中心，因此在转子表面上需要一紧固密封点进行密封。密封发生松动，就会形成漏氢现象，这种情况下，在发电机励磁线圈对轮和转子气密试验孔处可以测量到漏氢。滑环处的导电螺杆发生氢气漏出，这一过程是动态的，在运行中难以解决[3]。对于定子引出线套管与瓷套法兰之间的松动，由于密封不严，也会产生漏氢。针对套管瓷件与铜法兰之间的灌装处，应加强检查，避免松落的出现。此外，在结构上，可将瓷件结合面的圆柱面改进为锥面结构，同时以环氧树脂进行浇装，由此减少定子处的漏氢。

1.4 电机整体密封性能变差

发电机的密封系统是一个复杂庞大的整体，很多的管道和设备连接在其中，当存在管道、端盖密封圈失效等节点出现漏点时，氢压将会出现下降。氢冷系统是一个整体性的系统，各密封环节均起着同样重要的作用，对氢冷系统的检查，是一项必不可少的工作，包括运行状态及漏氢测试的检查。

2 漏氢预防处理

漏氢问题固然存在，但针对漏氢位置采取可靠的技术措施，可在一定程度上预防漏氢的问题。氢密封系统、水内冷系统、油系统及循环水系统构成氢冷系统本体的主要部分，各系统内部均存在不同程度的漏氢问题[4]。对于外部附属系统，也会存在一定的漏氢，主要包括氢器干燥装置、氢管路阀门及表计、氢油分离器、绝缘过热检测装置、氢油压调节系统、氢湿度监测装置等。氢气系统的结构，决定了氢气外漏的部位。因此，对漏氢关键结构部件改进预防，可以有效地减少漏氢的发生。

2.1 结合面位置处

发电机的各结合面处应该严格密封，其中励磁系统侧、上下端盖及汽轮机侧端盖与机座的结合部位的结合面积大，是密封的薄弱环节。对这些部位应该加强检修，在检修过程中，不能伤及密封面，且要采用符合要求的密封材料。紧固端盖螺栓时，为保证结合面位置紧密贴合，应采取规范操作，保证把合力的均匀，避免紧偏的出现，在把紧1/3螺栓状态下，用0.03 mm塞尺检查应不入。

2.2 密封油系统

依据密封瓦的结构及运行参数，设定合理的密封油压力，采用双流环式密封瓦进行密封的机构中，要保证差压阀及平衡阀动作的灵活性，同时具备良好的跟踪性能。在设备运行中，密封油压大于氢压的恒定值，通过差压阀来控制实现；而平衡阀则控制氢侧与空侧密封油压相等。在检修的过程中，要提高差压阀和平衡阀的检修和调试的工艺水平，保证运行中的动作灵活可靠，同时确保合理的设定值，达到氢气不外漏和机油不内流的作用。要严格监视油箱中的油位，避免出现满油进入机内或缺油漏氢现象的出现。

2.3 转子与定子部分

对于定子绕组采用水内冷的发电机，运行规程规定，内冷水压要低于氢压0.05～0.10 MPa。针对转子漏氢的动态过程，需要加强对滑环处导电螺杆的密封检查。文献[5]中改进的定子绕组空心铜线部分也存在漏氢的可能，如图1所示。当定子发生漏氢时，可采取高温火焊的方法，将铜棒烤软后撬开，然后对焊缝进行封焊处理。

图1 定子绕组接头泄漏位置示意

2.4 氢气管道和阀门

依据国家标准规定，应采用无缝钢管作为氢气管道的管材，而对于具有焊缝的焊接钢管、电焊钢管等要严禁使用。采用符合国家设计标准的管道及阀门，氢管道集中的部位应有防震和防磨擦措施。当安装结束后，对氢气管路应进行强度试验并吹扫，确保管路中无铁锈、尘土及其他垢物。在长期使用过程中，对于管路的检查，应注意管道之间的磨擦，避免管壁局部变薄造成漏氢。对于氢气置换站气体管道使用到的小阀门应选用球阀、截止阀对阀门的材质也有明确要求，见表1。