胡 沖

（山西焦煤集團(tuán)興能發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西 太原 030200）

引言

氫冷發(fā)電機(jī)指利用氫氣冷卻發(fā)電機(jī)的機(jī)器。采用氫氣作為冷卻介質(zhì)，具有其他冷卻介質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。氫氣的比重小、流動(dòng)擴(kuò)散性強(qiáng)，能大幅度提高散熱能力，在大容量發(fā)電機(jī)中，出于發(fā)電機(jī)制造成本、維護(hù)管理等考慮，其體積受到限制，造成發(fā)熱量的急劇增加。因此，除水電機(jī)組外，均普遍采用氫氣作為冷卻介質(zhì)，其冷卻能力達(dá)到空氣的七倍。

在提高冷卻能力的同時(shí)，由于氫氣的滲透能力強(qiáng)，氫冷發(fā)電機(jī)會(huì)不可避免地存在漏氫問(wèn)題，從而漏氫量的大小是氫冷發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。氫氣泄漏導(dǎo)致氫壓下降，使得發(fā)電機(jī)冷卻能力下降，嚴(yán)重漏氫時(shí)，由于氫氣的危險(xiǎn)性，還會(huì)造成著火、氫爆等安全事故。解決漏氫問(wèn)題，維持氫系統(tǒng)的工作正常是保證氫冷發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的必要條件。因此，必須對(duì)漏氫問(wèn)題進(jìn)行分析，采取一定的預(yù)防措施，盡量避免漏氫問(wèn)題的產(chǎn)生。

1 漏氫原因分析

發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、安裝工藝、運(yùn)行中的老化問(wèn)題，都會(huì)引起漏氫現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，結(jié)合發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及安裝運(yùn)行，對(duì)典型漏氫問(wèn)題的原因分析如下。

1.1 端蓋與密封瓦結(jié)合面漏氫

發(fā)電機(jī)密封瓦故障，包括卡澀、磨損及絕緣不合格等，會(huì)使得密封間隙變大，造成密封油壓力下降，導(dǎo)致漏氫。出現(xiàn)這種問(wèn)題時(shí)，氫氣會(huì)泄露到外端軸承室，利用氫系統(tǒng)檢漏儀可以檢測(cè)到。在組裝上下半端蓋時(shí)，法蘭接縫必須要對(duì)齊，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)口不平時(shí)，會(huì)使得密封墊受力不均，從而造成間隙變大。另外，對(duì)于上下端蓋水平法蘭結(jié)合面與密封瓦座的密封溝之間的出口位置，要采取密封措施，以避免密封膠的進(jìn)入[1]。

1.2 定冷水系統(tǒng)漏氫

在發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行過(guò)程中，為避免冷卻水系統(tǒng)漏水，需要設(shè)定定冷水壓低于氫壓，內(nèi)冷水箱在正常運(yùn)行過(guò)程中，由于氫氣的強(qiáng)滲透能力，會(huì)造成水箱內(nèi)部含有少量氫氣。長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，定子絕緣會(huì)受潮，最嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起定子絕緣的擊穿。而定冷水系統(tǒng)產(chǎn)生泄漏時(shí)，漏氫問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)，造成內(nèi)冷水箱中含氫量突然增大[2]。

1.3 轉(zhuǎn)子與定子漏氫

從勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子引來(lái)的勵(lì)磁繞組的引線，由于需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子中心，因此在轉(zhuǎn)子表面上需要一緊固密封點(diǎn)進(jìn)行密封。密封發(fā)生松動(dòng)，就會(huì)形成漏氫現(xiàn)象，這種情況下，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈對(duì)輪和轉(zhuǎn)子氣密試驗(yàn)孔處可以測(cè)量到漏氫?；h(huán)處的導(dǎo)電螺桿發(fā)生氫氣漏出，這一過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，在運(yùn)行中難以解決[3]。對(duì)于定子引出線套管與瓷套法蘭之間的松動(dòng)，由于密封不嚴(yán)，也會(huì)產(chǎn)生漏氫。針對(duì)套管瓷件與銅法蘭之間的灌裝處，應(yīng)加強(qiáng)檢查，避免松落的出現(xiàn)。此外，在結(jié)構(gòu)上，可將瓷件結(jié)合面的圓柱面改進(jìn)為錐面結(jié)構(gòu)，同時(shí)以環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行澆裝，由此減少定子處的漏氫。

1.4 電機(jī)整體密封性能變差

發(fā)電機(jī)的密封系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜龐大的整體，很多的管道和設(shè)備連接在其中，當(dāng)存在管道、端蓋密封圈失效等節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，氫壓將會(huì)出現(xiàn)下降。氫冷系統(tǒng)是一個(gè)整體性的系統(tǒng)，各密封環(huán)節(jié)均起著同樣重要的作用，對(duì)氫冷系統(tǒng)的檢查，是一項(xiàng)必不可少的工作，包括運(yùn)行狀態(tài)及漏氫測(cè)試的檢查。

2 漏氫預(yù)防處理

漏氫問(wèn)題固然存在，但針對(duì)漏氫位置采取可靠的技術(shù)措施，可在一定程度上預(yù)防漏氫的問(wèn)題。氫密封系統(tǒng)、水內(nèi)冷系統(tǒng)、油系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)構(gòu)成氫冷系統(tǒng)本體的主要部分，各系統(tǒng)內(nèi)部均存在不同程度的漏氫問(wèn)題[4]。對(duì)于外部附屬系統(tǒng)，也會(huì)存在一定的漏氫，主要包括氫器干燥裝置、氫管路閥門(mén)及表計(jì)、氫油分離器、絕緣過(guò)熱檢測(cè)裝置、氫油壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫濕度監(jiān)測(cè)裝置等。氫氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，決定了氫氣外漏的部位。因此，對(duì)漏氫關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件改進(jìn)預(yù)防，可以有效地減少漏氫的發(fā)生。

2.1 結(jié)合面位置處

發(fā)電機(jī)的各結(jié)合面處應(yīng)該嚴(yán)格密封，其中勵(lì)磁系統(tǒng)側(cè)、上下端蓋及汽輪機(jī)側(cè)端蓋與機(jī)座的結(jié)合部位的結(jié)合面積大，是密封的薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)這些部位應(yīng)該加強(qiáng)檢修，在檢修過(guò)程中，不能傷及密封面，且要采用符合要求的密封材料。緊固端蓋螺栓時(shí)，為保證結(jié)合面位置緊密貼合，應(yīng)采取規(guī)范操作，保證把合力的均勻，避免緊偏的出現(xiàn)，在把緊1/3螺栓狀態(tài)下，用0.03 mm塞尺檢查應(yīng)不入。

2.2 密封油系統(tǒng)

依據(jù)密封瓦的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)，設(shè)定合理的密封油壓力，采用雙流環(huán)式密封瓦進(jìn)行密封的機(jī)構(gòu)中，要保證差壓閥及平衡閥動(dòng)作的靈活性，同時(shí)具備良好的跟蹤性能。在設(shè)備運(yùn)行中，密封油壓大于氫壓的恒定值，通過(guò)差壓閥來(lái)控制實(shí)現(xiàn)；而平衡閥則控制氫側(cè)與空側(cè)密封油壓相等。在檢修的過(guò)程中，要提高差壓閥和平衡閥的檢修和調(diào)試的工藝水平，保證運(yùn)行中的動(dòng)作靈活可靠，同時(shí)確保合理的設(shè)定值，達(dá)到氫氣不外漏和機(jī)油不內(nèi)流的作用。要嚴(yán)格監(jiān)視油箱中的油位，避免出現(xiàn)滿油進(jìn)入機(jī)內(nèi)或缺油漏氫現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3 轉(zhuǎn)子與定子部分

對(duì)于定子繞組采用水內(nèi)冷的發(fā)電機(jī)，運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，內(nèi)冷水壓要低于氫壓0.05～0.10 MPa。針對(duì)轉(zhuǎn)子漏氫的動(dòng)態(tài)過(guò)程，需要加強(qiáng)對(duì)滑環(huán)處導(dǎo)電螺桿的密封檢查。文獻(xiàn)[5]中改進(jìn)的定子繞組空心銅線部分也存在漏氫的可能，如圖1所示。當(dāng)定子發(fā)生漏氫時(shí)，可采取高溫火焊的方法，將銅棒烤軟后撬開(kāi)，然后對(duì)焊縫進(jìn)行封焊處理。

圖1 定子繞組接頭泄漏位置示意

2.4 氫氣管道和閥門(mén)

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)采用無(wú)縫鋼管作為氫氣管道的管材，而對(duì)于具有焊縫的焊接鋼管、電焊鋼管等要嚴(yán)禁使用。采用符合國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的管道及閥門(mén)，氫管道集中的部位應(yīng)有防震和防磨擦措施。當(dāng)安裝結(jié)束后，對(duì)氫氣管路應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)并吹掃，確保管路中無(wú)鐵銹、塵土及其他垢物。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，對(duì)于管路的檢查，應(yīng)注意管道之間的磨擦，避免管壁局部變薄造成漏氫。對(duì)于氫氣置換站氣體管道使用到的小閥門(mén)應(yīng)選用球閥、截止閥對(duì)閥門(mén)的材質(zhì)也有明確要求，見(jiàn)表1。

表1 氫氣閥門(mén)材質(zhì)要求

2.5 發(fā)電機(jī)整體

當(dāng)發(fā)電機(jī)各密封點(diǎn)密封后，在投入運(yùn)行前，應(yīng)做氣密性試驗(yàn)，以保證發(fā)電機(jī)漏氫率（量）達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。試驗(yàn)要求持續(xù)24 h，按公式（1）計(jì)算靜止?fàn)顟B(tài)下的發(fā)電機(jī)漏氣量應(yīng)滿足表2的合格標(biāo)準(zhǔn)[6]。

式中：V為發(fā)電機(jī)充氫容積，m3；P1、P2分別為測(cè)試開(kāi)始和結(jié)束時(shí)機(jī)內(nèi)的氫壓表讀數(shù)，MPa；B1、B2分別為測(cè)試開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的大氣絕對(duì)壓力，MPa；T1、T2分別為測(cè)試開(kāi)始和結(jié)束時(shí)機(jī)內(nèi)氣體的平均溫度，℃；H為測(cè)試持續(xù)時(shí)間，h；ΔV為換算到規(guī)定狀態(tài)時(shí)的漏氣量，m3/d。

表2 整體氣密性試驗(yàn)每晝夜最大允許漏氣量（0.1 MPa，20℃）

3 結(jié)語(yǔ)

作為發(fā)電機(jī)的重要組成部分，氫冷系統(tǒng)所涉及的設(shè)備比較多且復(fù)雜，其漏氫治理是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，需要針對(duì)漏氫的部位，根據(jù)漏氫的原因，確定具體的治理方案，同時(shí)加強(qiáng)檢修的工藝水平，不斷探索先進(jìn)的檢測(cè)、防范手段，避免安全事故的出現(xiàn)。

[1]范文江.氫冷發(fā)電機(jī)漏氫原因及處理[J].電子世界，2017（16）：176.

[2]孔令軍，岳嘯鳴.氫冷發(fā)電機(jī)漏氫分析及防范措施[J].河北電力技術(shù)，2011，30（6）：35-37.

[3]賈智剛，孫建軍.國(guó)產(chǎn)300MW發(fā)電機(jī)漏氫分析及處理[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012，19（3）：52.

[4]王徳旗.關(guān)于600MW氫冷發(fā)電機(jī)漏氫常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法[J].今日科苑，2015（6）：104-105.

[5]李社平，武偉，于叢練.裕東電廠2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)漏氫量偏大的分析與處理[J].河南電力，2009，37（2）：35-37.

[6]羅以勇.S109FA氫冷發(fā)電機(jī)漏氫量大的原因及對(duì)策[J].重慶電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014，19（5）：53-55.