某M310机组发电机氢气查漏分析

马省委 胡 彪

(福建福清核电有限公司 福建福州 350318)

2020年2月末，某M310机组发电机氢气泄漏量达到17Nm3/D（标准立方米每天），接近厂家规定的限值18Nm3/D，随后泄漏量不断增大，期间发电机氢气泄漏量在22-28Nm3/D范围内波动，开展查漏工作中发现GRV（发电机氢气供应系统）系统的旁通阀、发电机励磁端端盖等几处漏点，在对漏点处理后发电机氢气泄漏量无明显改善，3月初发电机氢气泄漏量达到38Nm3/D，并有增大趋势，核电厂结合电网调停计划，安排对发电机进行停机检修，对泄漏点进行处理后氢气泄漏量恢复正常。

一、简介

（一）发电机

某M310机组使用的1150MW核能发电机，系东方电机厂与法国Alstom公司合作生产的大型四极半转速同步发电机。该发电机的冷却型式为，定子线圈采用水内冷却，定子铁芯及端部结构件采用氢气外冷却，转子线圈采用氢气内冷却的“水氢氢”冷却方式。发电机内部氢气压力为300KPa，该工况下的泄漏量应小于等于18Nm3/D。

发电机本体通风总体上采用单风区设计，冷却定子铁芯的氢气主要来自气隙口部，其余来自冷却转子后排出的气体。两股氢气在气隙内混合后通过铁芯段间的径向风道在冷却铁芯后从背部排出。热氢气再经过设在机座顶部、底部的4个风道回到氢气冷却器，温度降低后重复循环。

（二）氢气泄漏类型

发电机氢气泄漏整体上可以分为内漏和外漏两种类型。

内漏主要包括：定子线圈水回路；转子导电杆及导电螺钉；氢气冷却器；油密封；出线套管；安装在发电机定子机座上的监测仪表、仪器内漏；氢气控制系统管路上的阀门、仪表、设备存在内漏现象。

外漏主要包括：定子机座以及机座上的各处焊缝、人孔门；发电机与外部管路连接法兰处、出线套管与出线罩把合部位；氢气冷却器与机座把合面；发电机测温插座、定子端部及出线测振法兰处；端盖与机座把合面，端盖水平合缝面；发电机与辅助系统各连接部位及辅助系统管道上的仪表、阀门以及各连接部位等。和发电机相连的氢气可能泄漏到的辅助系统有GST（发电机定子冷却水系统）系统、GHE（发电机密封油系统）系统、GGR（汽机润滑、顶轴和盘车系统）系统[1][2]。

二、查漏分析

某M310机组每天会进行发电机氢气泄漏量的计算，但是每个班组选取的时间段、时长以及开始计算时发电机内的氢气压力可能各不相同，导致计算出的氢气泄漏量会有所偏差，可比较性差。通过将计算氢气泄漏量时发电机内氢气压力、时长等进行统一，再进行计算的数据能够较客观地反映氢气泄漏量的变化趋势。

从2月末到发电机停机当天，不断根据氢气查漏规程进行查漏，规程覆盖了氢气可能的内漏和外漏，但未找到具体的符合当时氢气泄漏量的漏点。通过分析可以排除向GST系统、GHE系统、GGR系统大量泄漏的可能，详见下方分析。

（一）氢气向GST系统泄漏的分析

停机前第二天00：00-20：00，GST系统头箱压力由122.1Kpa涨到124Kpa，GST系统头箱有效容积为0.5m3，即使以24h上涨3Kpa计算，向GST系统泄漏的氢气量约为0.03*0.5=0.015m3（根据伯努利方程估算），与当时的氢气泄漏量不在一个量级。

停机前第一天，对同一核电厂的，其他3台机组的GST系统水侧和气侧均进行了取样，从取样结果来看，4台机组的GST系统头箱气侧氢气含量均较高，相差不大，但其他3台机组氢气泄漏量正常。综上，可以初步排除向GST系统的大量泄漏。

（二）氢气向GGR系统泄漏的分析

发电机内部的氢气空间与GGR系统油空间通过密封瓦隔开，正常运行时，油压力大于氢压力，使氢气不外漏。但一旦发电机内部密封环有泄漏或密封瓦密封不严密，则可能导致氢气向GGR系统回油管线泄漏，最终漏向GGR系统油箱，通过油箱排风机排至大气。当时测得GGR系统油箱排烟风机处氢气浓度约2%LEL，和当时的氢气泄漏量差的较远。

注：氢气浓度测量仪表满量程浓度100%LEL是按照氢气的爆炸下限来设置的，氢气的爆炸下限为4%VOL（VOL为空气体积比），即对应关系为100%LEL=4%VOL。

（三）氢气向GHE系统泄漏的分析

发电机内氢气与密封油系统的接口与走向见图1，一部分通过分离器分离后排往漏液监测管线，另一部分与密封油一起回流到GHE系统的真空油箱并通过抽真空泵排向大气。停机前第一天通过测量GHE系统排烟口风速，估算氢气浓度，估算出GHE系统抽真空泵出口排氢气量约6Nm3/D。约为当时氢气泄漏量的1/3。显然，此处也不是主要漏点。

图1 发电机内氢气与密封油系统的接口与走向

（四）总结

经过对GST系统、GHE系统、GGR系统的分析，可见氢气主要泄漏不在这三个系统，怀疑之前查漏可能存在盲点或者查漏不到位的情况。决定重新对之前发现有泄漏的区域进行重点查漏，排查过程中发现发电机7瓦（GGR回油系统管线附近）测量结果为35%LEL，和当时氢气泄漏量基本相符，在发电机停机进行处理后，氢气泄漏量恢复正常。

三、结束语

综上，有以下经验供后续发电机氢气泄漏量超限，进行查漏时参考。

进行查漏前要确认氢气浓度测量仪表的可用性，不能只看有效期。可通过多块表同时测量同一漏点的方式保证氢气浓度测量仪表的可用性；在计算发电机氢气泄漏量时要尽量采取同样的发电机氢气压力及时长，以保证数据的可比较性；查漏过程中，必须定期对可疑漏点进行反复排查，防止某个部位在过程中有扩大，但重新查漏时却被排除在外；在所有的泄漏工况中，氢气漏入GGR系统轴承箱的工况为最危险工况，由于GGR系统轴承箱为密闭空间，容易引起氢气的积聚，有氢爆风险，在此情况下，可以调大GGR系统油箱负压至-2KPa，以尽量排出氢气，避免引起氢气的积聚[3]。