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        200MW氫冷汽輪發(fā)電機套管反復(fù)漏氫的治理與分析

        2014-03-06 07:11:20林永峰王云峰
        機電信息 2014年6期
        關(guān)鍵詞:密封墊出線冷水

        林永峰 王云峰

        (1.鎮(zhèn)江大全伊頓電器有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江212200;2.神華國能焦作電廠,河南 焦作454000)

        0 引言

        ×電廠#3發(fā)電機為國內(nèi)某廠生產(chǎn)的QFSN-200-2型汽輪發(fā)電機,冷卻方式為水—氫—氫,額定功率200MW,額定電流8625A,額定電壓15.75kV,額定頻率50Hz。該發(fā)電機于1999年11月大修中進行了增容改造(汽輪機部分同時進行通流改造),改造后額定功率及額定電流分別增至220MW和9487A。2005年初到同年6月,該機“定子接地3次諧波”信號頻發(fā),且一段時間后又會自行消失,運行中及停機后檢查均未發(fā)現(xiàn)明顯故障。因發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸振偏大,該機于2005年5月10—29日進行了現(xiàn)場動平衡配平試驗,消除了振動過大的故障。但從同年6月16日起,該發(fā)電機在9個月的時間內(nèi),3次因套管密封問題導(dǎo)致停機,以下內(nèi)容就是對這3次事件的回顧和分析。

        1 故障及處理

        1.1 故障一

        1.1.1 事發(fā)經(jīng)過及故障現(xiàn)象

        2005年6月16日04:35,#3發(fā)電機發(fā)“定子接地3次諧波”信號,其定子零序電壓高段保護動作,發(fā)電機跳閘。外部目測檢查發(fā)現(xiàn)A相引線套管有大量水外溢,流入發(fā)電機封母內(nèi),隨即緊急停機。打開發(fā)電機下人孔,進入底部檢查,發(fā)現(xiàn)B相出線過渡盒與尾端過渡盒之間的冷卻水絕緣引水管的尾端過渡側(cè)斷裂,水管對機殼底部有放電痕跡。B相出線套管上端絕緣盒處絕緣引水管有近20cm已經(jīng)爬電燒斷,并對出線罩底部有放電痕跡。A相出線套管上、下密封墊老化破損,并發(fā)現(xiàn)勵側(cè)出線底部內(nèi)有從轉(zhuǎn)子上脫落甩出的平衡塊2塊,分別重160g、70g,同時在出線罩內(nèi)發(fā)現(xiàn)10×50螺絲1條。本次故障共損壞絕緣引水管2根。拆除發(fā)電機兩側(cè)內(nèi)、外上端蓋,發(fā)現(xiàn)汽側(cè)內(nèi)端蓋內(nèi)側(cè)下方有金屬高速碰擦痕跡。

        1.1.2 處理措施

        退出引線內(nèi)冷水回路后,檢修人員對發(fā)電機線棒水系統(tǒng)進行了水壓試驗,結(jié)果正常,然后拆除了發(fā)電機引線,分別更換了燒斷的2根引水管并進行絕緣處理。同時,更換了A相出線套管的下端密封圈和密封墊。處理后,檢修人員又進行了定子繞組內(nèi)冷水系統(tǒng)的整體動態(tài)(截流)水壓試驗,并對所有出線套管上端金具、過渡引線絕緣盒做體積電阻泄漏電流試驗,出水引水管54根線棒和引出線分別做超聲波流量試驗。因發(fā)電機內(nèi)部受潮嚴(yán)重,在定子兩端人孔處架設(shè)通風(fēng)機對定子內(nèi)部進行通風(fēng)干燥,并清擦端部引線絕緣。對封閉母線及其高廠變T接進行檢查,發(fā)現(xiàn)A相封母積水較多,進行排水處理,通風(fēng)干燥,做絕緣、耐壓試驗通過,其他未發(fā)現(xiàn)異常。

        按照標(biāo)記位置重新固定轉(zhuǎn)子平衡塊,全面檢查線棒、端部絕緣、漸開線部位及夾板、螺釘,未發(fā)現(xiàn)異常,重新回裝小端蓋及大端蓋。

        通內(nèi)冷水條件下,做定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗、氣密試驗均合格。#3發(fā)電機于2005年6月18日18:54并網(wǎng)運行。

        1.2 故障二

        1.2.1 事發(fā)經(jīng)過及故障現(xiàn)象

        2005年7月7日09:45,#3發(fā)電機氫壓突然下降,值長通知緊急查漏。11:30,電檢人員檢查發(fā)現(xiàn)#3發(fā)電機A相出線套管與封母間軟連接罩內(nèi)有大量氫氣外溢,確認該套管漏氫嚴(yán)重?zé)o法維持后申請停機處理。20:34,#3發(fā)電機與系統(tǒng)解列,開始置換氣體。

        7月8日01:24,氣體置換完成,班組人員拆軟連接罩檢查A相出線套管,發(fā)現(xiàn)#3機A相出線套管下端橡膠密封墊部分被密封法蘭擠出,造成出線套管下端徑向密封破壞,從而使機內(nèi)氣體經(jīng)由出線套管內(nèi)部竄出至下端橡膠密封墊外,流入軟連接罩中。

        1.2.2 處理措施

        更換A相出線套管下端橡膠密封墊及密封圈。

        7月8日06:46,檢修工作結(jié)束,該漏點消除。

        1.3 故障三

        1.3.1 事發(fā)經(jīng)過及故障現(xiàn)象

        2006年3月15日,#3發(fā)電機A相出線套管漏氫量過大,無法維持運行,申請停機處理。經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn),A相出線套管上、下密封墊均存在漏氫現(xiàn)象,其中套管上端面與密封墊接合面處有明顯爬電灼傷痕跡(上密封墊對應(yīng)部位亦被燒出溝痕),且瓷瓶下密封端面與導(dǎo)電桿軸線不垂直。B相中性點套管漏氫且下密封墊處發(fā)現(xiàn)有油跡。

        1.3.2 處理措施

        解體拆下漏氫的2根套管,對A相套管瓷瓶上端面的放電燒傷痕跡進行打磨清理,并澆注環(huán)氧樹脂,固化后修研拋光恢復(fù)密封端面。2套管內(nèi)、外部清理,更換各密封墊后回裝。

        2 故障分析

        2.1 套管反復(fù)漏氫分析

        #3發(fā)電機A相出線套管瓷瓶上端密封面受損是套管反復(fù)漏氫及“定子接地3次諧波”信號頻發(fā)的根本原因。由于該發(fā)電機自1985年12月投運以來的20多年時間內(nèi),其套管上端橡膠密封墊均未進行過更換,橡膠材質(zhì)已老化龜裂,在一定條件下就會形成通道引發(fā)漏氫。加之套管瓷瓶上端密封位于出線罩底部(圖1),油污容易積存并沿漏氫通道滲入,導(dǎo)致沿滲漏通道發(fā)生爬電(引發(fā)保護裝置發(fā)“定子接地3次諧波”信號),使?jié)B漏進一步發(fā)展和惡化,最終使套管瓷瓶上端完全失去密封作用。可以判定,故障一發(fā)生前A相出線套管下端密封已損壞,該套管已發(fā)生較嚴(yán)重的漏氫現(xiàn)象。

        圖1 套管漏氫及接地部位

        2.2 定子接地故障分析

        故障一發(fā)生前的半年時間內(nèi)#3發(fā)電機軸振持續(xù)超標(biāo),使位于發(fā)電機勵端的#7密封瓦經(jīng)常向機內(nèi)漏油。當(dāng)漏油較多排污跟不上時,出線罩內(nèi)油位將持續(xù)上升,接近或超過套管上端密封面,發(fā)生油污沿出線套管漏出的情況,同時可能引發(fā)定子繞組短時接地。由于軸振超標(biāo)—漏油—接地三者的發(fā)生存在一定時間過程,難以在DCS歷史曲線上發(fā)現(xiàn)明顯關(guān)聯(lián),且接地故障發(fā)生部位隱蔽(位于出線罩底板與套管手包絕緣筒之間),放電存在偶發(fā)性和瞬時性,故通過直觀檢查和電氣耐壓試驗均難以發(fā)現(xiàn)。

        2.3 封母進水原因分析

        故障一中,發(fā)電機出線罩內(nèi)2處無直接聯(lián)系的絕緣引水管同時發(fā)生斷裂,且斷裂部位無明顯鼓脹,在空間上距內(nèi)端蓋內(nèi)側(cè)金屬高速擦痕較近,可以判定為外力所致,即平衡塊固定不牢,運行中脫落飛出,打在絕緣引水管上,致使其破裂。破裂部位的漏水導(dǎo)致定子繞組接地、發(fā)電機跳閘,而機組跳閘后內(nèi)冷水系統(tǒng)仍在運行,在氫壓從發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)泄出的同時,發(fā)電機內(nèi)冷水也不斷涌入出線罩內(nèi),最終從A相出線套管下端漏入封母。由于事故處理時間限制,沒有消除套管上端密封的故障點,當(dāng)下端密封由于安裝工藝等問題密封不嚴(yán)時,即可能導(dǎo)致較為嚴(yán)重的漏氫現(xiàn)象,為后2次故障的發(fā)生埋下了伏筆。

        3 處理結(jié)果及預(yù)防措施

        3.1 處理結(jié)果

        在故障三發(fā)生一年后(2007年)的#3機組大修中,解體了該發(fā)電機的全部6根套管,更換了全部密封墊和受損的套管瓷瓶,并在套管、內(nèi)冷水箱等部位安裝了發(fā)電機漏氫在線監(jiān)測探頭。該發(fā)電機此后未再發(fā)生過此類故障。

        3.2 預(yù)防措施

        3.2.1 電氣試驗

        由于定子繞組短時接地屬于軟故障,停機置換氣體后進行電氣耐壓試驗時,往往造成接地的環(huán)境因素已發(fā)生改變,故難以找到故障點。建議在此類故障發(fā)生時,將發(fā)電機短時解列,投盤車,維持油壓、氫壓及內(nèi)冷水,暫不排污,電氣措施完備后進行2.5倍直流耐壓試驗,查找放電故障點。

        3.2.2 套管上端氣密性檢查

        由于完善套管上端密封周期較長,緊急事故處理中,需要判定套管上端密封是否受損時,可在不拆除套管的情況下,將其下端橡膠密封墊改為開口墊后重新裝復(fù)壓緊,保持發(fā)電機工作氣壓,在下端密封墊開口處即可確認上端密封是否泄漏,若有泄漏需及時進行更換處理,預(yù)防事故擴大。

        3.2.3 運行與檢修

        套管上端密封位于出線罩底部,為預(yù)防油污侵入,應(yīng)加強運行中的密封油壓調(diào)整,并及時排污,防止機內(nèi)油位上升引發(fā)短路接地。由于套管安裝法蘭排污孔徑較?。?~10mm),容易積存油污并造成堵塞,檢修中亦應(yīng)檢查疏通該排污孔,確保套管上端密封不受油污侵蝕。

        3.2.4 密封墊檢查更換

        套管瓷瓶密封材質(zhì)一般為耐油丁腈橡膠,其標(biāo)稱使用壽命通常為8~10年,但在油污浸泡侵蝕下會有一定縮短。國產(chǎn)同類機組一般運行年限均在20年以上,而套管解體檢修不屬于大修標(biāo)準(zhǔn)項目,套管上端密封墊往往多年(甚至自投產(chǎn)以來)都未進行過更換,建議在近次大修中全面檢查,并視橡膠老化情況及時更換。當(dāng)發(fā)現(xiàn)套管下端密封墊有明顯油污時應(yīng)立即更換。

        3.2.5 漏氫早期預(yù)警

        由于套管漏氫屬于“暗漏”,發(fā)生初期不易發(fā)現(xiàn),建議在同類發(fā)電機三相出線套管、中性點聯(lián)箱及內(nèi)冷水箱等部位安裝漏氫在線監(jiān)測探頭,并將漏氫量信號引入機組DCS系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)漏氫及時處理,將事故消滅在萌芽狀態(tài)。故障一中,機組若安裝了該系統(tǒng),內(nèi)冷水通過套管漏入封母的情況是完全可以避免的。

        3.2.6 施工工藝改進

        套管下端密封是套管密封的最后一道屏障,此前的多次套管漏氫均與下端密封安裝不當(dāng)(軸向密封圈緊力不足、徑向密封墊裝偏等)存在聯(lián)系,有必要加強套管安裝方面的工藝培訓(xùn)。

        4 經(jīng)驗教訓(xùn)

        套管位于發(fā)電機最底部,其絕緣、密封和冷卻結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,運行中始終與氫、油、水等接觸,一定條件下,套管的漏氫通道內(nèi)易發(fā)生接地閃絡(luò),而閃絡(luò)爬電會使漏氫問題進一步惡化,最終因漏氫量過大或接地而導(dǎo)致停機事故。同時氫氣通過套管漏入封母,也可能導(dǎo)致爆炸事故。因此,套管漏氫現(xiàn)象值得引起相關(guān)企業(yè)的高度重視。

        從文中的3起故障來看,發(fā)電廠出于保發(fā)電量以及事故定性的考慮,往往在事故發(fā)生后搶時間恢復(fù),出現(xiàn)“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”,分析、處理不夠深入的情況,造成隱患無法根除,事故反復(fù)發(fā)生。建議企業(yè)有關(guān)管理和檢修人員轉(zhuǎn)變思想意識,在事故處理中不僅要快,而且要深入、徹底,確保發(fā)電企業(yè)的長周期生產(chǎn)安全。

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