目前，大功率發電機的冷卻一般是通過水-氫-氫冷卻方式，發電機定子鐵芯、轉子繞組是通過發電機內的過壓氫氣作為導熱介質,通過氫氣和用閉式水作為冷卻介質的表面式冷卻器進行熱交換,將發電機產生的熱量帶出。氫氣作為理想的冷卻介質，在現代大型汽輪發電機中被普遍應用。但氫冷發電機組運行中一直存在氫氣品質下降的問題，因其直接關系到主設備的安全運行，歷來被電力生產企業所重視。

　　摘 要：針對神華國能(神東電力)新疆米東熱電廠氫冷汽輪發電機組運行過程中氫氣純度下降過快的問題進行分析。簡要介紹了雙流環密封瓦的結構，系統分析了氫冷汽輪發電機氫氣純度下降的主要原因，供同類型機組技術人員參考。

　　關鍵詞：評職稱對論文的要求,氫氣純度,密封油系統,密封瓦,氫側密封油,空側密封油

　　一、前言

　　氫冷汽輪發電機內進入大量非氫氣體，使氫氣純度迅速降低，直接影響氫氣冷卻效果，并給發電機組安全運行帶來危害。這種危害并不僅表現為對個別零部件的侵蝕和使用性能的削弱，而且是全方位的危害。首先，端部線棒絕緣表面或端部綁扎結構表面被污染，并構成擊穿放電通道，使絕緣間隙中的氫氣介質性能變差，為定子端部線棒絕緣擊穿事故形成了外部條件。其次，由于機內氫氣純度迅速下降，氣體密度增大，增加了發電機的通風損耗，降低了發電機的運行效率。一般來講，氫冷發電機采用的密封油系統包括兩種類型:單流環式和雙流環式。國內大部分投產機組采用的是雙流環系統,它是在發電機兩端密封瓦處采用空側油與氫側油分離的雙油流結構。正常運行狀態下，空-氫側各自形成獨立的供排油循環回路。密封油系統保證了發電機內部氫氣不外泄,保持氫氣純度與濕度處于合格的范圍。但是,已投運的氫冷雙流環發電機普遍存在氫氣純度下降過快的問題,這會對機組帶來兩個方面的危害。

　　1.發電機的通風摩擦損耗增加,降低了發電機的效率。若發電機內的氫氣壓力不變,氫氣純度每降低1%,通風摩擦損耗增加約11%。

　　2.使發電機內部構件局部過熱,造成絕緣老化、鐵芯及金屬部件腐蝕,直接威脅到機組的安全運行。

　　為了維持和提高發電機內的氫氣純度,電廠采取的手段多為被動的頻繁補排氫氣。采用這樣的操作手段既影響了發電機正常運行, 同時也增加了排污、補氫次數和補氫量，影響了發電機組的運行經濟性，給發電廠造成了一定的經濟損失,又帶來了安全隱患。

　　二、密封油系統簡介

　　米東電廠2×300MW汽輪發電機組采用目前上海汽輪發電機廠生產的較成熟的三相隱極式同步發電機，主要由定子、轉子、端蓋及軸承、氫氣冷卻器、密封瓦裝置、座板、刷架、隔音罩、密封油供油裝置、定子冷卻水裝置等部件組成，整體為全封閉氣密性結構。采用水-氫-氫冷卻方式，即定子繞組水內冷、轉子繞組氫內冷、定子鐵芯及其他構件氫冷。氫氣由裝在轉子兩端的漿式風扇強制循環，并通過設置在定子座頂部汽勵兩端的氫氣冷卻器進行冷卻，氫氣的密封采用雙流環式氫油密封系統，雙流環密封油系統對發電機的氫氣進行密封。

　　該密封技術是比較完善的氫氣密封系統，其密封油系統分空側和氫側油路二個部分。

　　空側密封油油路是由交流電動機驅動的空側密封油油泵，從空側回油箱取得油源，它把一部分油泵入油冷卻器、濾油器，然后注入密封瓦的空側，另一部分油則經過差壓閥流回到油泵的進油側。通過差壓調節閥將密封瓦處的空側密封油油壓始終保持在高出發電機機內氣體壓力(84±8)kPa的水平上，利用在密封瓦處產生高于氫氣壓力的油膜來密封發電機內部氫氣。另外空側密封油直流備用泵使油以相同方式循環。如圖1所示。

　　圖1雙流環密封瓦結構簡圖

　　氫側密封油油路是氫側密封油油路中的油泵從氫側控制箱取得油源。它把一部分油經油冷卻器、濾油器、平衡閥泵往密封瓦的氫側。在油泵旁裝有旁路管道，通過節流閥對氫側油壓進行粗調。氫側油路的油壓則通過平衡閥進行細調，并使之自動跟蹤空側油壓，以達到基本相同的水平，密封油表盤上差壓計的壓力差要求不大于±490 Pa。另外氫側密封油直流備用油泵(并聯在交流油泵的兩端，使氫側直流油泵，以相同的方式循環)。氫側密封油箱油位通過空側密封油泵出口補油或向空側密封油泵入口排油來控制油箱內油位。

　　三、發電機氫氣純度下降、濕度上升原因

　　氫冷發電機的氫氣系統中影響發電機氫氣純度的因素有以下幾個方面。

　　1.補氫管路中有壓縮空氣漏入

　　在氫冷發電機的系統中，為了啟動前或長期停機檢修時置換發電機內部的氣體。通常設置有氫氣控制裝置，其作用是通過開啟和關閉氫氣系統上相關的閥門，實現發電機內部氣體的置換。在氫氣控制裝置上有一根可移連接管與廠內儀用壓縮空氣管路相連，目的是檢修或長期停機時置換發電機內部的二氧化碳氣體，避免碳酸腐蝕。在檢修后未及時拆除可移連接管的情況下，由于閥門內漏或運行人員誤操作等原因，使壓縮空氣進入到發電機氫氣系統，導致氫氣純度下降。

　　2.密封油中水分超標

　　從系統設置可以知道，發電機密封油系統首次啟動時，其油來自汽輪機潤滑油系統。而在正常運行中，密封油和汽輪機軸承的回油是在一起的，只不過是一部分進入密封油，而另一部份進入汽輪機主油箱。在汽輪機運行中，由于汽封和軸承箱油擋距離很近，而汽輪機的軸承箱為防止在油擋處滲油和油煙溢出，通常在主油箱排煙風機的作用下保持微負壓狀態。這樣由于軸封供汽調整不當等原因，極易使潤滑油中含水量增加，通過軸承回油管路進入到空側密封油箱，從而導致密封油中含有較多水分。當含有水分較多的密封油通過密封瓦與氫氣接觸時，油中分離出來的水汽會進入到發電機內，造成氫氣濕度上升，導致氫氣純度下降。

　　3.密封油系統空氫側竄油

　　由于空側密封油和氫側密封油是二個相對獨立的系統，空側密封油來自發電機軸承潤滑用油，其回油與發電機軸承潤滑油混合后回到主油箱;氫側密封油系統設有一個單獨的油箱，密封油箱的補油來自空側，排油也是去空側油系統。理論上講，要求二個油系統是獨立的，運行中不允許空、氫側二路油相互串流，以防止空側油對氫側油質的污染。在正常的情況下，發電機密封裝置內密封瓦中的空側和氫側密封油具有相同的壓力，空側和氫側密封油各自保持相對獨立的狀態進行循環。但在實際運行中由于閥門內漏、管道布置不當造成流體阻力壓降不等，平衡閥、差壓閥質量不佳，油中雜質造成平衡閥、差壓閥運作不靈活或卡澀。若密封油系統的平衡閥跟蹤不好，或是由于平衡閥空側、氫側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的密封油壓是平衡的，而實際上在密封瓦處的空側、氫側密封油壓力則存在一定的壓差，致使油密封裝置中的空側與氫側密封油在密封瓦中的壓力不平衡。若空側密封油壓高于氫側密封油壓，則含有大量空氣的空側密封油向氫側密封油竄油，此時竄到氫側的空側密封油將隨氫側密封油一起回到發電機的氫側回油腔(即消泡箱)，然后經氫側回油管，返回到氫側密封油箱中，將空側密封油內所含的空氣帶入發電機內。若氫側密封油壓高于空側密封油壓，則氫側密封油向空側密封竄油，此時將使氫側密封油箱中的密封油量減少，油位降低，系統為了保證安全運行，將自動向氫側密封油箱中補油，這樣就將含有大量空氣的空側密封油補進了氫側密封油箱，使氫側密封油中的空氣含量增加。如果系統中上述現象是連續的，那么補油也將是連續的。由于空側密封油直接取自主油箱，而潤滑油由于汽輪機汽封漏汽的原因，含有較多空氣和水分，當含有空氣和水分較多的油通過密封瓦與氫氣接觸時，油中分離出來的氣或汽會進入到發電機內，造成氫氣純度下降、濕度上升。而濕度在額定氫壓下若大于4g/m3，容易造成端部凝露，導致絕緣水平下降從而發展成端部閃絡事故，具有極大的危害性。

　　4.密封瓦間隙超出設計值

　　發電機密封油系統較為復雜，密封油系統在安裝和運行中，由于油系統中較大雜質進入密封瓦和發電機轉子軸頸中間。使軸頸和密封瓦磨損導致間隙變大，這樣密封油流量增加使得空、氫側相互竄油，大量含有空氣或者水分的密封油與機內氫氣混合使氫氣純度下降。或者因油中較大顆粒使烏金與軸頸表面粗糙度下降，軸瓦與軸頸之間油膜形成不良產生大量油煙。因為密封油壓高于機內氫氣壓力，油煙在壓力作用下與發電機內的氫氣混合，導致氫氣純度下降。

　　發電機軸與密封瓦之間間隙對竄流量的影響如下式所示：

　　Q=πd△p/c3/(12µl)

　　其中，Q—密封油間的竄流量。

　　△p—空、氫側密封油微差壓

　　d—轉子軸徑

　　c—中間環和軸間的間隙

　　µ—透平油的動力粘度

　　l—中間環長度

　　由上式可見，密封油間的竄油量與密封瓦中間環與軸的間隙成3次方關系，間隙越小，氫氣越容易密封，空、氫側密封油間的竄流量也會越小。但密封瓦與發電機軸之間的間隙是一個比較難協調的矛盾，由于密封瓦運行時是浮動在軸上的，如配合間隙太小，極容易引起發電機兩側軸承振動及密封瓦的磨損，而且容易因為摩擦導致軸系振動。如配合間隙太大，會引起空氫側油竄流量的增加，影響氫氣純度，更會由于空側密封油流量大，流阻小，空側油直接通過中間間隙流至氫側油處，造成氫側油的虛假油壓。此時雖然空、氫側密封油微差壓計上顯示空、氫側密封油已達到較好的平衡，但實際上密封瓦中間環的竄流量還是很大。

　　5.氫側油管路供油不足

　　氫側油管比空側油管徑要小的多，氫側油管很容易發生節流造成氫側油供油不足，密封瓦氫側油腔內油壓無法正常建立，使得中間密封環空、氫側密封油壓無法達到平衡，從而使空側密封油向氫側密封油中竄流。節流嚴重時會使進入氫側密封瓦形成油膜的油過少，會破壞油膜的形成，從而直接造成氫氣與空側油相接觸形成氣體交換，導致氫氣污染。

　　不同的節流點表現出來的現象是不同的，由于空、氫側密封油微差壓管路取樣點是取在發電機端蓋處的，在取樣點前出現節流時，表現在調節氫側油母管壓力時空、氫側密封油微差壓計上反映遲鈍。當取樣點后有節流時，調節氫側密封油壓，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油泵壓力會大大高于空側油泵壓力。

　　6.氫側密封油箱內部浮球閥故障

　　密封油系統中的自動補排油的浮球閥卡澀，所導致的浮球閥不能正常開啟或關閉，或因浮球閥的浮球內漏后進油，不能正常浮起造成浮球閥不能正常開啟或關閉，這樣將導致密封油系統中自動補排油的功能失常。若排油閥出現故障，則氫側密封油箱內部排油閥處于常排狀態，則系統為了氫側密封油箱油位的穩定，就會不斷地將含有大量空氣的空側密封油補人氫側密封油箱，此時補油閥也將進行連續的補油。若補油閥出現故障，則氫側密封油箱內部補油閥處于常補狀態，此時，系統就會不斷地將含有大量空氣的空側密封油補人氫側密封油箱，使氫側密封油中的空氣含量增加，排油閥也將進行連續的排油。若補排油閥都失去了正常的功能，則此時發電機密封油系統中的氫側密封油箱則處于一個連續補排油的動態平衡狀態，將大量含有空氣的空側密封油補進了氫側密封油箱，使氫側密封油中的空氣含量增加。如圖2所示。

　　圖2 氫側密封油箱結構圖

　　7.密封油溫度對氫氣純度的影響

　　密封油溫度對氫氣純度的影響主要表現在兩方面：一是密封油溫度的改變使密封瓦與軸之間的間隙改變，從而使油的竄流量改變;二是因油溫的升高導致油中所溶的氣體量減少而釋放出多余的氣體。油溫的提高使得油的動力粘度下降，油的流動性變好，當空、氫側壓差稍微變大時，就會增加兩者的竄流量。運行中密封油溫應保持在37℃～43℃之間為宜，一般不超45℃，同時，確保發電機冷氫溫度在40℃左右。

　　四、結論

　　發電機氫氣純度下降的問題是一個老問題，也是各電廠經常會遇到的問題，雖然現在行業內的專業人員技術水平已很高，其對涉及到氫純度的問題都已從各個方面分析得很到位，但是氫純度下降較快的問題還是困擾著一些生產運行的相關人員。目前的解決方法多是暫時性的，可能經過幾個月運行或一兩次機組的調停后又會發現氫純度下降較快的問題再次出現了。但是無論是什么原因，最后都是由于空、氫側油的交換造成的。因而，檢查、更換有缺陷的平衡閥，加粗平衡閥引壓信號管，現場調節密封油系統平衡閥，提高精度，減少竄油量是比較有效的。在安裝、檢修工作中，密封瓦間隙及油檔間隙要作為檢查的重點。一定要按廠家設計標準調整合格，嚴格把好質量關。經調整、處理仍達不到標準的，要堅決更換。密封瓦安裝時，兩半密封瓦中分面接觸一定要良好無縫隙，密封支座中分面螺栓緊固后撥動密封瓦應靈活無卡澀。通過密封瓦間隙和油檔間隙的控制減少密封油進油量。還要保證壓差閥、平衡閥具有良好的調節性能和快速的跟蹤性能。該措施是防止發電機內進油和氫氣純度的關鍵，而油質的優劣則是影響壓差閥、平衡閥正常工作的關鍵之關鍵。切實搞好透平油的潔凈工作。該措施對于提高平衡閥、差壓閥的控制精度，防止密封瓦及軸頸的磨損，延長密封瓦的使用壽命是極