謝尉揚

（浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315010）

氫冷及水氫氫冷發(fā)電機在生產(chǎn)制造、安裝和大修驗收時，都應(yīng)進(jìn)行氣體密封性試驗。發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子在安裝前，管道和整套系統(tǒng)在安裝后，均應(yīng)進(jìn)行檢漏試驗。

1 氣密性試驗基本要求

發(fā)電機氣密性試驗應(yīng)在整套系統(tǒng)檢漏工作結(jié)束后進(jìn)行，此時密封油系統(tǒng)的油循環(huán)沖洗合格，油氫差壓調(diào)節(jié)閥工作正常，試驗用壓縮空氣經(jīng)過凈化、除油和干燥處理。按照制造廠規(guī)定，試驗壓力通常為發(fā)電機額定工作壓力。試驗數(shù)據(jù)應(yīng)在充入發(fā)電機內(nèi)的氣體壓力達(dá)到試驗要求值，且系統(tǒng)內(nèi)部氣溫均勻穩(wěn)定（約需24 h）后開始記錄。試驗過程中應(yīng)盡量避免發(fā)電機周圍的空氣溫度發(fā)生急劇變化，一般要求試驗時間至少24 h。由于發(fā)電機密封結(jié)構(gòu)不同，各制造廠根據(jù)長期積累的經(jīng)驗，采用了不同的發(fā)電機漏氣量計算方法和泄漏標(biāo)準(zhǔn)，以下分別進(jìn)行比較和討論。

2 發(fā)電機漏氣量計算公式

2.1 通用計算公式

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，推導(dǎo)出發(fā)電機漏氣量的通用計算公式：

式中：ΔVA為絕對大氣壓力P0和環(huán)境溫度為t0狀態(tài)下每晝夜的空氣泄漏量；V為發(fā)電機充氣容積；P0為給定狀態(tài)下大氣壓力；Δh為正式試驗時間；P1和P2分別為試驗開始和結(jié)束時的機內(nèi)氣體壓力（表壓）；B1和B2分別為試驗開始和結(jié)束時的大氣壓力；t1和t2分別為試驗開始和結(jié)束時的機內(nèi)氣體平均溫度。

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 5011－92《電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范》（汽輪機機組篇）和DL/T 607－1996《汽輪發(fā)電機漏水、漏氫的檢驗》，機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6227－2005《氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定》，以及各發(fā)電機制造廠的標(biāo)準(zhǔn)普遍采用公式1計算發(fā)電機的漏氣量，通常的給定狀態(tài)為大氣壓力0.1013 MPa、環(huán)境溫度20℃。

2.2 GE（通用電氣）技術(shù)發(fā)電機漏氣量計算

應(yīng)用GE技術(shù)生產(chǎn)和開發(fā)的發(fā)電機均采用單流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，配備密封油真空箱和真空泵以除去溶解在密封油中的氣體和水分，保證發(fā)電機內(nèi)氣體的純度和濕度。溶解到密封油中的氣體量A按公式2計算。

式中：P為機內(nèi)氣體絕對壓力；Q為氫氣側(cè)密封油回油總流量；Ca為密封油中空氣的溶解率。

發(fā)電機的漏氣主要有各密封間隙處的泄漏氣體和溶解到密封油中的空氣，其中溶解到密封油中的氣體是由工藝特點決定的，不受安裝過程控制，因此在計算發(fā)電機漏氣量時要扣除溶解到密封油系統(tǒng)中的氣體量，漏氣量L按公式3計算。

GE公司和東芝公司均采用公式3計算發(fā)電機漏氣量，允許漏氣量標(biāo)準(zhǔn)為L＜1.3 m3/d。但在實際使用中經(jīng)常出現(xiàn)計算得到的漏氣量為負(fù)值的情況。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)分析，主要原因是溶解到密封油中的氣體未處于飽和狀態(tài)，按公式2計算的溶解量較實際要大，考慮到這一因素，日立公司和東方電機廠按公式4計算發(fā)電機漏氣量。

溶解在密封油中的氣體量取理論計算值的一半，允許的漏氣量標(biāo)準(zhǔn)為L＜1 m3/d。東方電機廠還規(guī)定當(dāng)機內(nèi)壓力小于3 kg/cm2時，直接利用公式1計算氣體泄漏量，允許的漏氣量標(biāo)準(zhǔn)不變。

以東方電機廠生產(chǎn)的臺州發(fā)電廠10號發(fā)電機組（300 MW）為例，額定氫壓為0.25 MPa，直接利用公式1計算氣體泄漏量。在某次A修中，第一次測量漏氣量不合格。查漏處理后，第二次測得漏空氣量為1.41 m3/d，大于制造廠標(biāo)準(zhǔn)，但滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故未繼續(xù)查漏處理。機組復(fù)役后實際測試漏氫氣量為6.2 m3/d，說明制造廠對300 MW發(fā)電機組的漏氣標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格。

2.3 WH（西屋）技術(shù)發(fā)電機漏氣量計算

應(yīng)用WH技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機，如上海汽輪發(fā)電機有限公司，采用雙流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，密封油系統(tǒng)是相對獨立的閉環(huán)系統(tǒng)，長期運行后氣體在密封油中的溶解已處于飽和狀態(tài)，試驗期間不需要再考慮發(fā)電機內(nèi)氣體溶解到密封油的因素。發(fā)電機氣密性試驗采用斜式壓差計測量機內(nèi)氣體壓降，制造廠提供公式5計算漏氣量。

式中：ΔP為試驗期間機內(nèi)氣體壓降。

公式5實際上是以環(huán)境溫度20℃時對公式1進(jìn)行簡化得到的，推薦試驗時間為24 h。為減小測量誤差，溫度變化盡可能控制在1℃內(nèi)。當(dāng)環(huán)境溫度不是20℃時，最好應(yīng)用公式1計算漏氣量。對于額定氫壓為0.4 MPa的600 WM發(fā)電機，允許的泄漏量標(biāo)準(zhǔn)為L＜2.1 m3/d。對于額定氫壓為0.31 MPa的300 WM發(fā)電機，允許的泄漏量標(biāo)準(zhǔn)為 L＜1.7 m3/d。

2.4 SIEMENS技術(shù)發(fā)電機漏氣量計算

應(yīng)用SIEMENS（西門子）技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機為單流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，氣密性試驗時間規(guī)定不少于48 h，試驗期間密封油真空泵不工作，采用公式1計算發(fā)電機的總漏氣量。由于密封油對空氣的溶解和攜帶作用，部分氣體將逸出到密封油真空油箱中，該部分氣體損失可以通過增壓試驗來確定，即在氣密性試驗時測量真空油箱中的壓力增高值，用公式6計算這部分氣體損失。

式中：Z為試驗持續(xù)時間（使真空油箱氣體壓力上升約10 kPa）；VT為真空油箱中的自由容積；ΔP為試驗期間（Z）真空油箱中的增壓；T為試驗期間真空油箱中的空氣溫度。

扣除逸出到真空油箱中的氣體損失，按公式3計算漏氣量，允許的漏氣量標(biāo)準(zhǔn)為L＜1.5 m3/d。以北侖發(fā)電廠三期工程2×1000 MW汽輪發(fā)電機組（采用西門子技術(shù)）為例，在安裝階段進(jìn)行發(fā)電機氣密性試驗，按照公式1，6和3計算，6號機漏空氣量為1.42 m3/d，7號機漏空氣量為1.37 m3/d，均滿足漏氣量標(biāo)準(zhǔn)。在機組168 h滿負(fù)荷試運行階段進(jìn)行實際漏氫氣量測試，6號機漏氫氣量為9.97 m3/d，7號機漏氫氣量為8.81 m3/d。

2.5 ALSTOM技術(shù)發(fā)電機漏氣量計算

應(yīng)用ALSTOM（阿爾斯通）技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機采用單流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行氣密性試驗時，測量相關(guān)數(shù)據(jù)，按公式7計算發(fā)電機內(nèi)氣體壓降。

對于額定氫壓為0.4 MPa的600 MW發(fā)電機（機內(nèi)氣體容積100 m3），規(guī)定24 h氣體壓降ΔP＜1 kPa，應(yīng)用公式 1計算，漏氣量為 1 m3/d。ALSTOM公司在收購ABB公司后，生產(chǎn)的發(fā)電機采用三流環(huán)密封結(jié)構(gòu)，氣密性試驗時仍按公式7計算機內(nèi)氣體壓降，但控制的是壓降率，即泄漏率，δ＝ΔP/P1×100%，允許壓降率為 0.2%+0.1%×P1，該標(biāo)準(zhǔn)比原標(biāo)準(zhǔn)的要求降低了許多。

3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

（1）電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 5011-92《電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范》（汽輪機機組篇）附錄J中規(guī)定：發(fā)電機額定氫氣壓力大于0.4～0.6 MPa時，發(fā)電機氫系統(tǒng)氣密性試驗允許漏氣量參考值為4.3 m3/d。

（2）原國家電力公司《汽輪發(fā)電機運行規(guī)程》（1999年版）規(guī)定了整體氣密性試驗每晝夜最大允許漏氣量，見表1。

表1 整體氣密性試驗每晝夜最大允許漏氣量

（3）電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 607-1996《汽輪發(fā)電機漏水、漏氫的檢驗》中規(guī)定交接試驗時的每晝夜最大允許空氣泄漏量見表2。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了大修后氫冷系統(tǒng)每晝夜最大允許空氣泄漏量，其數(shù)值約為表2相應(yīng)數(shù)值的1.3倍。

表2 交接試驗每晝夜最大允許漏氣量

（4）機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 6227-2005《氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定》中規(guī)定的整套系統(tǒng)氣密性試驗時的每晝夜最大允許漏空氣量標(biāo)準(zhǔn)與表2一致。

4 結(jié)語

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 5011-92《電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范》（汽輪機機組篇）和原國家電力公司《汽輪發(fā)電機運行規(guī)程》（1999年版）對發(fā)電機漏氣量要求較低，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 607-1996《汽輪發(fā)電機漏水、漏氫的檢驗》和機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6227-2005《氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定》對發(fā)電機漏氣量要求有所提高，各發(fā)電機制造廠的標(biāo)準(zhǔn)明顯高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于漏氫氣量與漏空氣量之間存在約3.8倍的換算關(guān)系，因而在安裝或大修過程中應(yīng)努力降低漏空氣量水平，達(dá)到制造廠標(biāo)準(zhǔn)，以盡量減少發(fā)電機的漏氫量。需要說明的是發(fā)電機的實際漏氫量往往不等于氣密性試驗時漏氣量的3.8倍，因為漏氫量本身包含從各密封間隙泄漏的氫氣量和溶解到密封油中的氫氣量，只有從各密封間隙泄漏的氣體量符合3.8倍的關(guān)系，而溶解到密封油中的氫氣在工作溫度范圍內(nèi)的溶解率低于空氣。另一方面，氫氣分子很小，比空氣具有更強的穿透性，也可能會出現(xiàn)新的漏點。工程中經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)電機氣密性試驗合格而實際運行中漏氫量超過標(biāo)準(zhǔn)的情況，說明目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及制造廠標(biāo)準(zhǔn)仍有待提高。

[1] DL 5011-92.電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范（汽輪機機組篇）[S].北京：水利電力出版社，1993.

[2] DL/T 607-1996汽輪發(fā)電機漏水、漏氫的檢驗[S].北京：中國電力出版社，1997.

[3] 原國家電力公司.汽輪發(fā)電機運行規(guī)程（1999年版）[S].北京：中國電力出版社，2002.

[4] JB/T 6227-2005氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定[S].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5] 謝尉揚，徐明.發(fā)電機嚴(yán)密性試驗結(jié)果分析[J].浙江電力，2000，19（3）∶6-9.

[6] 謝尉揚.發(fā)電機漏氫標(biāo)準(zhǔn)討論[J].電力建設(shè)，2008，29（2）∶67-69.

[7] 謝尉揚.氫冷發(fā)電機密封結(jié)構(gòu)與漏氫量關(guān)系分析[J].浙江電力，2008，27（3）∶33-36.