王超

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

秦山第二核電廠發(fā)電機密封油系統(tǒng)（GHE）運行分析

王超

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

本文介紹了秦山第二核電廠發(fā)電機密封油系統(tǒng)（GHE）的主要構(gòu)成，闡述了發(fā)電機密封油系統(tǒng)（GHE）的功能和運行方式，并針對系統(tǒng)投運期間所出現(xiàn)的氫氣純度下降問題進行了深入的分析。

GHE；運行；氫氣純度

0 前言

電機密封油系統(tǒng)（GHE）是用來向發(fā)電機軸封裝置連續(xù)不斷地提供密封油來防止發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子鐵芯等部件冷卻介質(zhì) (氫氣)的泄漏，并阻止大氣中的污染物進入氫氣中，以保持氫氣的純度。GHE系統(tǒng)的正常、可靠運行是整個發(fā)電機正常運行的前提。本文除了對GHE系統(tǒng)進行了詳細介紹外，還對GHE系統(tǒng)對發(fā)電機氫氣純度的影響進行了深入的分析，這對系統(tǒng)運行和其他電廠具有一定的借鑒意義。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

秦山第二核電廠發(fā)電機采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水冷卻，轉(zhuǎn)子繞組為氫冷卻，鐵芯為氫氣冷卻。為了密封發(fā)電機內(nèi)的氫氣，發(fā)電機密封油系統(tǒng)采用了雙流環(huán)式軸封裝置(氫側(cè)和空側(cè)兩路油)。

發(fā)電機密封油系統(tǒng)是按照發(fā)電機最大連續(xù)功率 700MWe設(shè)計的，保證連續(xù)不斷地提供發(fā)電機密封所需的合格油質(zhì)和油量，并滿足壓力和溫度的要求。

密封油系統(tǒng)由空側(cè)和氫側(cè)兩個各自獨立又互有聯(lián)系的油路組成。包括如下主要部件：空側(cè)交流油泵、空側(cè)直流油泵、氫側(cè)交流油泵、氫側(cè)直流油泵、空側(cè)油過濾器、氫側(cè)油過濾器、密封油箱、密封油冷卻器和油位信號器、壓差閥、平衡閥、氫油分離箱、截止閥、逆止閥、蝶閥、壓力表、溫度計、變送器及連接管路等。

1.2 密封原理

本系統(tǒng)為集裝式，與發(fā)電機的雙流環(huán)式軸封（密封瓦）裝置相對應(yīng)，密封瓦內(nèi)有兩個環(huán)形供油槽，從供油槽出來的油分成兩路沿著軸向通過密封瓦內(nèi)環(huán)和軸之間的徑向間隙流出，其油壓高于發(fā)電機內(nèi)的氫氣壓力，從而防止氫氣從發(fā)電機漏出。在密封瓦內(nèi)設(shè)有兩個供油槽，形成獨立的氫側(cè)和空側(cè)的密封油系統(tǒng)。密封油除了供密封瓦起密封作用外，對密封瓦還可以起到潤滑降溫作用。當這兩個系統(tǒng)中的供油壓力平衡時，油流將不在兩個供油槽之間的空隙中串動。密封油系統(tǒng)的氫側(cè)供油將沿著軸朝發(fā)電機一側(cè)流動，而密封油系統(tǒng)的空側(cè)供油將沿著軸朝外軸承一側(cè)流動。由于這兩個系統(tǒng)之間的壓力在理論上平衡，油流在這兩條供油槽之間的空間內(nèi)將保持相對靜止，不發(fā)生相對串油現(xiàn)象。

1.3 油壓控制原理

發(fā)電機的密封油壓規(guī)定應(yīng)高于發(fā)電機氫壓0.084MPa。這一壓差靠空側(cè)油壓控制閥和氫側(cè)油壓控制閥來保持，所有油壓控制閥都通過油缸來控制，通過設(shè)定彈簧來設(shè)定定值。發(fā)電機密封油系統(tǒng)通過四個油壓控制閥來調(diào)節(jié)密封油的油壓。

1.3.1 空側(cè)油壓控制

空側(cè)油壓由兩個油壓控制閥控制,一個為正常油壓控制閥，通過對空側(cè)油泵卸油量的控制來控制發(fā)電機空側(cè)油進油總管的壓力，發(fā)電機氫壓和空側(cè)油壓通過引壓管進入閥門上下油缸，通過彈簧將閥門整定為0.084MPa。當壓差高于0.084MPa時,閥門開大增加卸油量來降低壓差,當壓差低于0.084MPa時,關(guān)小閥門減小卸油量來提高壓差。

另一個是備用控制閥，通過備用控制閥，使GGR的高壓油作為空側(cè)密封油的備用油，空側(cè)油壓和發(fā)電機氫壓通過引壓管進入閥門上下油缸，該閥的整定值設(shè)定的比正常油壓控制閥稍低，為0.056MPa，當壓差高于0.056MPa時，閥門關(guān)小直至關(guān)閉，當壓差低于0.056MPa時，閥門開始開啟并對壓差進行調(diào)節(jié)。

正常運行時，空側(cè)交流油泵連續(xù)運行，氫油壓差由空側(cè)正常油壓控制閥控制在0.084MPa，高于備用壓差控制閥設(shè)定值，所以備用控制閥關(guān)閉。

1.3.2 氫側(cè)油壓控制

氫側(cè)油壓也有兩個油壓控制閥控制，兩個閥獨立控制發(fā)電機兩側(cè)的氫側(cè)進油管油壓。氫側(cè)密封油壓要求與空側(cè)油壓一致，所以氫側(cè)油壓與空側(cè)油壓通過引壓管進入閥門上下油缸，通過彈簧整定為0.0MPa，既油壓相等時閥門保持開度，當氫側(cè)油壓高于空側(cè)油壓時，閥門關(guān)小以降低氫側(cè)油壓，當氫側(cè)油壓低于空側(cè)油壓時，閥門開大以提高氫側(cè)油壓，壓差閥保證氫壓與油壓的壓差在0.084MPa，而平衡閥保證空側(cè)油壓與氫側(cè)油壓基本相等。

2 系統(tǒng)運行方式

2.1 正常運行

空側(cè)密封供油正常運行時，由空側(cè)交流電動密封油泵提供。

氫側(cè)密封供油正常運行時，由氫側(cè)交流電動密封油泵提供。

正常壓力調(diào)節(jié)閥自動控制氫油之間壓差，使密封油壓比氫壓高0.084MPa。

空側(cè)和氫側(cè)的密封油冷卻器均為一臺運行，一臺備用，冷卻器的冷卻水由常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)(SRI)提供。通過控制冷卻水的流量，使冷卻后的發(fā)電機密封油進油溫度小于52℃。

2.2 特殊穩(wěn)態(tài)運行

當空側(cè)交流油泵發(fā)生故障，氫油之間壓差降到 0.056MPa時，空側(cè)密封油由汽輪機主油泵來的高壓油經(jīng)減壓閥減壓后提供。

如果空側(cè)交流油泵和主油泵均不可用，且氫油之間壓差降到0.056MPa時，則空側(cè)密封供油由主油箱上的氫密封備用油泵提供。

當氫側(cè)交流密封油泵發(fā)生故障時，氫側(cè)備用直流密封油泵自動投入。

2.3 特殊瞬態(tài)運行

當氫油之間壓差降到 0.035MPa時，空側(cè)直流密封油泵啟動，使氫油之間壓差恢復(fù)到0.084MPa。但空側(cè)直流直流密封油泵只允許運行 1小時左右。

當上述所有方式均不能提供空側(cè)密封油時，則由汽輪機軸承潤滑油泵提供。由于提供的油壓較低，須及時將發(fā)電機內(nèi)的氫氣壓力降低，保持與密封油的壓差。

發(fā)電機能在氫側(cè)密封油泵不供油的緊急情況下連續(xù)運行，但發(fā)電機的氫氣消耗量將有較大的增加。

3 系統(tǒng)對發(fā)電機氫氣純度的影響分析

3.1 不良后果

發(fā)電機氫氣純度不合格，將會直接影響機組的安全：

如果氫氣純度下降至爆炸范圍內(nèi)，在一定的條件下可能會引起發(fā)電機內(nèi)氫氣爆炸。

氫氣純度不合格將導(dǎo)致冷卻效率降低，造成機內(nèi)構(gòu)件局部過熱。

有害氣體的存在還會造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕。

此外油進入發(fā)電機，如果未及時排出，油在發(fā)電機內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生油煙蒸汽也形成很大的危害。

3.2 原因分析

3.2.1 密封瓦處油竄流

在運行過程中發(fā)電機機內(nèi)的氫氣與密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油相接觸，氫側(cè)密封油中若溶解有大量的空氣，將會嚴重污染機內(nèi)氫氣。所以發(fā)電機氫側(cè)密封油空氣含量的增加是機內(nèi)氫氣純度下降過快的主要原因。

正常情況下密封瓦中的空側(cè)和氫側(cè)密封油具有幾乎相同的壓力，空側(cè)和氫側(cè)密封油各自保持相對獨立的狀態(tài)進行循環(huán)。若密封油系統(tǒng)的平衡閥跟蹤不好，或是由于平衡閥空側(cè)、氫側(cè)壓力取樣管中的壓力損失不同(雖然從平衡表上觀察空氫兩側(cè)的密封油壓是平衡的，而實際上在密封瓦處的空、氫側(cè)密封油存在一定的壓差)，均會造成空側(cè)與氫側(cè)密封油在密封瓦中的壓力不平衡。若空側(cè)密封油壓高于氫側(cè)密封油壓，則含有大量空氣的空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油竄油，此時竄到氫側(cè)的空側(cè)密封油將隨氫側(cè)密封油一起回到發(fā)電機的氫側(cè)回油腔(即消泡箱)，然后經(jīng)氫側(cè)回油管，返回到氫側(cè)密封油箱中，在此過程中一部份空側(cè)密封油內(nèi)所含的空氣直接析出進入發(fā)電機內(nèi)。同時空側(cè)向氫側(cè)竄油也一定程度的排擠了氫側(cè)油，使氫側(cè)的進油減少，這將加大油污染。

若氫側(cè)密封油壓高于空側(cè)密封油壓，則氫側(cè)密封油向空側(cè)密封竄油，此時將使回到氫側(cè)密封油箱中的油量減少油位降低，為了保證系統(tǒng)安全運行，將自動向氫側(cè)密封油箱中補油。這樣就將含有大量空氣的空側(cè)密封油補進了氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加。

3.2.2 氫側(cè)油箱中的自動補排油閥故障

氫側(cè)油箱中的自動補排油閥故障導(dǎo)致在氫側(cè)油箱中的空側(cè)和氫側(cè)油大量交換，使含有大量空氣的空側(cè)回油進入氫側(cè)油箱，一方面在氫側(cè)油箱中直接析出空氣而直接進入發(fā)電機；另一方面其作為氫側(cè)油在密封瓦中析出空氣進入發(fā)電機。

浮球閥因各種原因不能正常開啟或關(guān)閉，這樣將導(dǎo)致密封油系統(tǒng)中自動補排油的功能失常。有以下三種情況：

a．排油閥出現(xiàn)故障處于常排狀態(tài)，則系統(tǒng)為了氫側(cè)密封油箱油位的穩(wěn)定，就會不斷地將含有大量空氣的空側(cè)密封油補入氫側(cè)密封油箱，此時補油閥將進行連續(xù)補油。

b．補油閥出現(xiàn)故障，處于常補狀態(tài)，系統(tǒng)就會不斷地將含有大量空氣的空側(cè)密封油補入氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加，此時排油閥將進行連續(xù)排油。

c．補排油閥都失去了正常的功能，此時發(fā)電機密封油系統(tǒng)中的氫側(cè)密封油箱則處于一個連續(xù)補排油的動態(tài)平衡狀態(tài)，將大量含有空氣的空側(cè)密封油補進了氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油中的空氣含量增加。

3.2.3 差壓閥工作不正常

大型機組要求差壓閥具有良好、靈敏的跟蹤性能和富余的調(diào)節(jié)范圍。維持油氫差壓的任務(wù)是由差壓閥來完成的。如果差壓閥工作不正常將可能出現(xiàn)密封油直接進入發(fā)電機內(nèi)的現(xiàn)象。同時由于差壓閥工作的不正常會引起平衡閥也做出相應(yīng)的跟蹤調(diào)整從而加速了空氫側(cè)的竄油。

3.2.4 油氫差壓過高或過低

油氫差壓是指空側(cè)密封油與氫氣的差壓。由于氫側(cè)密封油是跟蹤空側(cè)密封油的，因此當油氫差壓過高或過低時時必然會使氫側(cè)油壓上升或降低。當氫側(cè)油壓過高時，氫側(cè)密封油將直接通過油擋進入發(fā)電機內(nèi)。

3.2.5 平衡閥工作失常

平衡閥的裝配精度相當高，如果油中含有雜質(zhì)、水分等，則極易造成閥卡澀，工作失常。調(diào)節(jié)空氫側(cè)密封油壓主要是通過以下手段來完成。氫側(cè)密封油壓先通過粗調(diào)氫側(cè)密封油泵出口再循環(huán)閥使空、氫側(cè)密封油壓基本一致，同時通過調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油平衡閥下部頂針頂起高度，從而使密封瓦處的空、氫側(cè)密封油壓力達到平衡，以使密封瓦中間環(huán)處的空、氫側(cè)密封油竄流量達到一個較小的水平（通常是在±5cm水柱以內(nèi)）。當密封瓦處的空、氫側(cè)微差壓調(diào)整好后，由于平衡閥平衡點已經(jīng)設(shè)定好，當空側(cè)密封油壓改變時平衡閥自動跟蹤調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油壓使空、氫側(cè)微差壓保持不變。當氫側(cè)密封油平衡閥調(diào)節(jié)不靈敏時，會造成氫側(cè)密封油壓過高或過低，使中間環(huán)處的空、氫側(cè)密封油平衡被破壞，使空、氫側(cè)密封油之間的竄流增大。平衡閥工作失常也是發(fā)電機內(nèi)造成污染的原因。

3.2.6 氫側(cè)油管路供油不足

我們知道氫側(cè)油管較空側(cè)油管徑要小的多，由于各種原因氫側(cè)油管很容易發(fā)生節(jié)流。氫側(cè)密封油供油管路的意外節(jié)流造成氫側(cè)油供油不足，密封瓦氫側(cè)油腔內(nèi)油壓無法正常建立，使得中間密封環(huán)空、氫側(cè)密封油壓無法達到平衡，從而使空側(cè)密封油向氫側(cè)密封油中竄流。另外發(fā)生大的節(jié)流時會使真正進入氫側(cè)密封瓦形成油膜的油過少，甚至?xí)茐挠湍さ男纬?，從而直接造成氫氣與空側(cè)油相接觸形成氣體交換。

不同的節(jié)流點表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是不同的，由于空、氫側(cè)密封油微差壓管路取樣點是取在發(fā)電機端蓋處的，在取樣點前出現(xiàn)節(jié)流時，表現(xiàn)在調(diào)節(jié)氫側(cè)油母管壓力時空、氫側(cè)密封油微差壓計上反映遲鈍。當取樣點后有節(jié)流時，調(diào)節(jié)氫側(cè)密封油壓，則微差壓計上的動作幅度會很大。而在油泵出口壓力上氫側(cè)油泵壓力會大大高于空側(cè)油泵壓力。

3.2.7 發(fā)電機密封油含水超標

從系統(tǒng)設(shè)置可以知道，發(fā)電機密封油系統(tǒng)首次啟動時其油來自汽輪機潤滑油系統(tǒng)。而在正常運行中，密封油和大機軸承的回油是在一起的，只不過是一部份進入密封油而另一部份進入大機油箱。在汽輪機運行中，由于各種原因使油中含水過高，在密封瓦處蒸發(fā)形成水蒸汽進入發(fā)電機使氫氣純度下降。

3.2.8 補油方式不合理

現(xiàn)在的補油方式在補油的過程中會將含有大量空氣的空側(cè)密封油補進氫側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油的含空氣量增加。我們的氫側(cè)補油直接由空側(cè)油泵出口或備用油源(大機潤滑油)補入。這種未經(jīng)過油氣分離的油直接補入氫側(cè)油箱將不利于氫氣純度的提高。機組的空側(cè)補油來自大機軸承的回油，這也加大了空側(cè)油中的含空氣量。

3.2.9 密封瓦與發(fā)電機轉(zhuǎn)子間隙增大

從密封瓦與轉(zhuǎn)軸間沿轉(zhuǎn)軸的軸向流向空側(cè)和氫側(cè)的油流稱為軸向流動，當空、氫側(cè)密封油壓差保持一定時，空、氫側(cè)密封油的交換量與密封瓦的間隙的成正比。當密封瓦與發(fā)電機轉(zhuǎn)子間隙增大，由于空、氫側(cè)密封油之間不可避免的存在壓差，密封油流量的增加將導(dǎo)致空、氫側(cè)密封油的交換量成倍增加，空側(cè)密封油中攜帶的空氣、水分等通過交換進入氫側(cè)密封油中，再通過氫側(cè)密封油與氫氣的接觸進入到發(fā)電機氫氣中污染氫氣，降低氫氣純度。密封油量的增大將會造成靜壓回油管路不暢，發(fā)電機氫側(cè)回油腔室（消泡箱）油位升高到超過軸頸最低位置時，將造成發(fā)電機進油。

3.2.10 發(fā)電機密封油溫度高

密封油的粘度隨油溫的升高而降低，在同樣的流通面積內(nèi)，要維持一定的密封油壓力，當密封油溫度高時，就需要較大流量的密封油。同樣密封油溫度的升高，將導(dǎo)致密封瓦間隙增大，這同樣需要增大密封油流量才能維持一定的密封油壓力。這樣要保證發(fā)電機內(nèi)氫氣不外泄，同樣需要增大密封油流量來維持一定的壓力。因此密封油溫度過高將導(dǎo)致密封油流量增大，按照3.2.9條的分析，同樣會引起發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降或發(fā)電機進油。

3.2.11 排煙風(fēng)機出力小

空側(cè)密封油泵油源取自氫油分離器，氫油分離器的排煙風(fēng)機主要作用是抽出空側(cè)油中的微量氫氣，以免氫氣隨潤滑油回到主油箱。增大氫油分離器排煙風(fēng)機的出力，使氫油分離器形成大的負壓，使空側(cè)油中的空氣會同氫氣一起被抽出，這樣，將減少空側(cè)密封油中空氣含量，（發(fā)電機氫氣污染主要是空側(cè)密封油攜帶的空氣等通過與氫側(cè)密封油交換進入氫側(cè)密封油，再通過氫側(cè)密封油與氫氣交換污染氫氣），將減少氫氣污染。

4 結(jié)束語

發(fā)電機密封油系統(tǒng)（GHE）的安全穩(wěn)定運行關(guān)系到核電廠的經(jīng)濟效益，而且直接關(guān)系到發(fā)電機能否給與保障。因此在發(fā)電機密封油系統(tǒng)（GHE）的使用過程中，一方面要加強運行人的技術(shù)，深入的了解系統(tǒng)的性能特點，另一方面提高發(fā)電機密封油系統(tǒng)（GHE）的運行水平。對現(xiàn)有的問題加以重視，盡快解決，才能保證發(fā)電機密封油系統(tǒng)（GHE）及發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。

［1］秦山第二核發(fā)電機密封油系統(tǒng)(GHE)系統(tǒng)手冊[S]．

［2］密封油系統(tǒng)對發(fā)電機氫氣純度的影響,李建業(yè)．

［責(zé)任編輯：朱麗娜］