韋源

【摘?要】現(xiàn)代大型機(jī)組基本使用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯和其他構(gòu)件為氫氣表面冷卻。氫氣系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路構(gòu)成全封閉氣密結(jié)構(gòu)，氫氣由裝在轉(zhuǎn)子兩端的漿式風(fēng)扇強(qiáng)制循環(huán)，并通過設(shè)置在定子機(jī)座四角的氫氣冷卻器進(jìn)行冷卻，具有效率高，冷卻效果好，安全可靠等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)為維持發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣不外泄，必須設(shè)置密封油系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)動(dòng)（轉(zhuǎn)子）靜（軸瓦）部分進(jìn)行密封。原理是通過對(duì)密封瓦通入一定壓強(qiáng)的密封油，使密封瓦內(nèi)密封油壓強(qiáng)大于發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣壓強(qiáng)，以防止氫氣自密封瓦動(dòng)靜間隙處外泄，期間密封油會(huì)自密封瓦兩側(cè)外泄，其中一部分會(huì)流入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部并與氫氣接觸。

【關(guān)鍵詞】660MW;發(fā)電機(jī);氫氣純度

一、660MW發(fā)電機(jī)氫氣純度降低的危害

氫氣作為一種極易爆炸的危險(xiǎn)品，如果氫氣中含氧量大于3%，遇明火即會(huì)發(fā)生爆炸。發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能出現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子放電現(xiàn)象，若發(fā)電機(jī)內(nèi)內(nèi)氫氣純度降低，則存在氫爆的可能，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全。發(fā)電機(jī)氫氣純度降低，可能造成發(fā)電機(jī)繞組絕緣下降，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。從經(jīng)濟(jì)角度來看，氫氣純度越高，混合氣體的密度就越小，通風(fēng)摩擦損耗就越小。當(dāng)機(jī)殼內(nèi)壓力不變時(shí)，氫氣純度每降低1%，通風(fēng)摩擦損耗增加11%，氫氣純度降低冷卻效果下降對(duì)機(jī)組運(yùn)行不利。正常發(fā)電機(jī)制造廠家要求氫氣純度在95%--98%之間。所以運(yùn)行中必須嚴(yán)格監(jiān)視，及時(shí)調(diào)整，確保純度合格。

二、660MW發(fā)電機(jī)氫氣純度降低的原因分析

某660MW發(fā)電機(jī)機(jī)運(yùn)行時(shí)，機(jī)內(nèi)氫氣純度緩慢降低至95.10%，遠(yuǎn)低于發(fā)電機(jī)制造廠家設(shè)計(jì)≥98%要求，需要對(duì)其純度下降原因進(jìn)行分析，并采取針對(duì)性解決方案。

1、原因分析

在660MW發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，機(jī)內(nèi)氫氣純度低至98%，即可認(rèn)為氫氣純度不足，針對(duì)這一問題，一般來說運(yùn)行人員應(yīng)進(jìn)行排補(bǔ)氫操作。排污時(shí)首先應(yīng)確認(rèn)氫氣系統(tǒng)和附屬設(shè)備沒有動(dòng)火工作，隨后緩慢操作排氫門，防控靜電問題招致的爆炸起火事故，待氫壓降低至0.38-0.4MPa時(shí)，關(guān)閉排氫門，并重新充入合格氫氣，反復(fù)操作多次后，即可恢復(fù)氫氣純度在合格范圍。但通過排補(bǔ)氫操作發(fā)現(xiàn)故障仍然存在，氫氣純度仍持續(xù)降低。隨后運(yùn)行人員對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行排查后發(fā)現(xiàn)密封油真空泵油水分離器內(nèi)部積水較多，密封油真空油箱真空下降至-76kPa，隨即對(duì)密封油真空泵進(jìn)行換油，真空泵出力提升，密封油真空油箱真空恢復(fù)至-84kPa。在密封油真空油箱真空上升后，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度緩慢上升至95.7%，進(jìn)一步分析認(rèn)為密封油油源汽輪機(jī)潤滑油油質(zhì)可能劣化。對(duì)汽輪機(jī)潤滑油油質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)潤滑油中水分含量超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

在確定汽輪機(jī)潤滑油油質(zhì)問題后，對(duì)汽輪機(jī)潤滑油箱底部排污，放出約150L水，確認(rèn)有水、汽進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)致油質(zhì)含水率超標(biāo)。在對(duì)汽輪機(jī)潤滑油A、B冷卻器分別解體檢查后未發(fā)現(xiàn)冷卻水漏入潤滑油系統(tǒng)，后對(duì)各汽輪機(jī)軸承箱檢查中發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)中壓缸端部有少量蒸汽逸出，檢查#2軸承箱，發(fā)現(xiàn)觀察窗上有少量水跡，基于此認(rèn)為汽輪機(jī)中壓缸軸封片磨損較多，導(dǎo)致軸封間隙增大，部分軸封蒸汽逸出，由于#2軸承箱內(nèi)處于微負(fù)壓狀態(tài)，部分外逸蒸汽被吸入軸承箱內(nèi)，進(jìn)入汽輪機(jī)潤滑油。

2、原因判定

通過對(duì)上述檢查過程進(jìn)行分析，認(rèn)為造成發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的原因如下：

直接原因：潤滑油凈化裝置維護(hù)不到位，長期無法投運(yùn)，導(dǎo)致油質(zhì)下降。

原汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)配套有油凈化裝置，在正常運(yùn)行情況下定期投入該裝置，可有效清除潤滑油中水分，可維持油質(zhì)在正常水平內(nèi)，不發(fā)生劣化情況。由于該油凈化裝置設(shè)備陳舊，故障頻發(fā)，不能維持正常運(yùn)行，長期未投入使用。

間接原因：中壓缸軸封片磨損，軸封蒸汽泄漏量增大，#2軸承箱中壓缸側(cè)油擋磨損增大，導(dǎo)致軸封蒸汽漏進(jìn)潤滑油系統(tǒng)量增加。

軸封片是用來密封汽缸端部軸封蒸汽，防止軸封蒸汽泄露的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在汽輪機(jī)長期運(yùn)行情況下，隨著機(jī)組振動(dòng)和轉(zhuǎn)子軸向運(yùn)動(dòng)過程中，不可避免的會(huì)發(fā)生磨損情況。在軸封片磨損逐漸增多，軸封間隙也逐漸增大，軸封蒸汽便會(huì)產(chǎn)生泄露并逐漸增大。

軸承箱油擋是用來密封軸承箱與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子之間動(dòng)靜間隙的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其作用是為防止軸承箱內(nèi)飛濺的潤滑油通過軸承箱與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子之間動(dòng)靜間隙漏出，造成潤滑油的損耗。正常情況下軸承箱內(nèi)未微負(fù)壓狀態(tài)，所以油擋外側(cè)會(huì)有少量氣體漏入軸承箱內(nèi)，與潤滑油混合、溶解，并回到潤滑油箱。

為排出汽輪機(jī)潤滑油因高溫產(chǎn)生的油氣和潤滑油內(nèi)溶解的部分氣體，一般潤滑油箱均設(shè)置有排煙風(fēng)機(jī)，致使?jié)櫥拖洹櫥突赜拖到y(tǒng)及各軸承箱內(nèi)均處于微負(fù)壓狀態(tài)。正常運(yùn)行情況下，軸承箱外部分空氣及少量蒸汽漏入潤滑油系統(tǒng)，可分別由潤滑油排煙風(fēng)機(jī)以及油凈化裝置去除，以保證潤滑油品質(zhì)。

由于該機(jī)組中壓缸軸封片和軸承箱油擋磨損較大，且油凈化裝置未能正常投入，導(dǎo)致潤滑油內(nèi)水分含量超標(biāo)。而水分超標(biāo)的潤滑油進(jìn)入密封油系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，并與氫氣接觸，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度下降。

三、660MW發(fā)電機(jī)氫氣純度降低的處理方案

第一，由于該潤滑油凈化裝置已無法投入運(yùn)行，且設(shè)備老舊、性能不足，維修價(jià)值不大。決定增設(shè)外置大型真空濾油機(jī)進(jìn)行潤滑油連續(xù)過濾操作。

第二，對(duì)于中壓缸軸封片磨損增大，在機(jī)組運(yùn)行中時(shí)，可在維持機(jī)組真空不降低的情況下，嘗試降低軸封蒸汽壓力，減少中壓缸軸封蒸汽泄漏量。待機(jī)組停運(yùn)后，可擇機(jī)對(duì)中壓缸軸封片進(jìn)行更換，并對(duì)其他汽缸軸封片進(jìn)行全面檢查，發(fā)生異常磨損一并更換。

第三，對(duì)于軸承箱油擋磨問題，在機(jī)組運(yùn)行中時(shí)，可通過關(guān)小汽輪機(jī)潤滑油箱排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥門的方法，適當(dāng)降低潤滑油系統(tǒng)及軸承箱內(nèi)負(fù)壓水平，減少外部氣體及軸封蒸汽漏入軸承箱內(nèi)，進(jìn)入潤滑油。待機(jī)組停運(yùn)后，可采用耐磨損的材料，對(duì)軸承箱油擋進(jìn)行更換。

在采用外置大型真空濾油機(jī)對(duì)潤滑油進(jìn)行連續(xù)過濾、適當(dāng)降低軸封蒸汽壓力和降低汽輪機(jī)潤滑油箱負(fù)壓的各項(xiàng)操作后，該機(jī)組發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度緩慢上升至97.80%，接近設(shè)計(jì)要求。后期仍加強(qiáng)對(duì)各相關(guān)系統(tǒng)監(jiān)視調(diào)整，控制發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度≥96%以上可長期維持機(jī)組正常運(yùn)行。

總結(jié)：

綜上所述，660MW發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)中的氫氣純度低于98.00%時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)繞組絕緣老化及金屬部件腐蝕速度加快，而且會(huì)增加發(fā)電機(jī)通風(fēng)損耗及轉(zhuǎn)子磨損損耗，影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性。而氫氣純度下降原因可能與潤滑油凈化裝置維護(hù)不到位，致使油質(zhì)下降、軸封片或軸承箱油擋過度磨損致軸封蒸汽漏進(jìn)潤滑油系統(tǒng)量增加有關(guān)。針對(duì)上述原因，運(yùn)行人員可以在油凈化裝置定期投運(yùn)基礎(chǔ)上，增加對(duì)潤滑油油質(zhì)化驗(yàn)和油質(zhì)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潤滑油油質(zhì)劣化，并及時(shí)采取有效措施干預(yù)，維護(hù)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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（作者單位：國能南寧發(fā)電有限公司）