摘要：300MW氢冷发电机普遍存在漏氢量大的问题，给机组的安全和经济运行带来了负面影响。本文依据某发电厂东方电机厂生产的QFSN-300型汽轮发电机组漏氢情况的现状，分析了漏氢的部位、原因以及漏氢存在的影响，介绍了防范漏氢的措施。并根据多次查找漏氢的现场经验，简单总结了测氢仪表的使用、查找漏氢的方法以及查找路线，介绍了漏氢率和漏氢量的计算方法，以供大家在实际工作中借鉴和利用。
关键词：发电机 氢气 泄漏 查找 漏氢量 漏氢率
一 概述：
在电力生产中，当发电机运转把机械能转变成电能时，不可避免的会产生能量损耗。当电流通过线圈时，由线圈本身电阻所产生的损耗叫铜损；由铁芯中磁场变化所产生的损耗叫铁损；由通风和轴承部分的摩擦所引起的损耗叫机械损耗。最终这三种损耗都将转化为热能，使发电机的定子和转子等部件发热，如不把这些热量及时排走，将会使发电机绝缘材料因超温而老化和损坏，严重影响着发电机的安全运行，所以为保证发电机各部件在允许的温度范围内，将这部分热量导出，往往对发电机进行强制冷却。常用的冷却方式有空冷却、水冷却、氢冷却。由于氢气热传导率是空气的7倍，而且流动性强，氢气冷却效率较空冷和水冷都高，所以电厂发电机组采用了水氢氢冷却方式。某发电厂发电机为东方电机厂生产的QFSN-300型汽轮发电机，采用定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯和端部结构氢外冷的冷却方式，即所谓的“水氢氢”方式，运行额定氢压0.3MPa表压力。轴端密封结构为双流环式密封瓦油系统，通过轴颈与密封瓦之间的油流阻止氢气外逸。在瓦的氢气侧与空气侧各自有独立的油路，双流的两路密封油经过密封支座上各自的油道，然后从轴颈表面分别流向氢侧与空侧。平衡阀使两路油压维持均衡，严格控制了两路油的互相串流，从而大大减少了氢气的流失和空气对机内氢气的污染，使氢气的消耗最小。
二 氢冷发电机在泄漏方面的现状及影响：
发电厂氢气系统运行中经常会出现一些问题，诸如纯度降低、湿度增大、漏氢等情况。其中纯度降低可以通过排氢-补氢、调节空氢侧密封油压等手段进行防止和处理；湿度增大可以通过调节轴封蒸汽压力避免油系统进水以及加强冷凝式氢气干燥器的运行管理等手段进行防止和处理。然而由于氢气系统复杂庞大、管道多、设备多、阀门多、连接法兰多、密封结合面多，所以发生漏氢的情况相应增多，处理漏氢的难度相应增加，反复堵漏的情况相应增加。机组长期漏氢，给机组的安全和经济运行带来了负面影响；有的机组多次查漏、多次堵漏，但是效果不明显，甚至于需安排停机处理。
三 漏氢量大的危害有：
1、浪费大量氢气，不经济。
2、氢气能自燃，有引起火灾的危险，对发电机以及其它设备构成严重威。
3、漏出来的氢气跟周围空气混合，易形成具有爆炸性的危险气体，当浓度达到爆炸极限(4%～76%)时容易爆炸。
4、频繁补氢，增加了氢站值班人员和集控人员的操作强度。由于漏氢的存在，给机房内或氢系统周围设备的动火工作带来了困难。
5、如果漏入主油箱的氢气量较大，在排烟风机和隔氢防爆风机工作失常或者退出运行时，容易发生爆炸，引起油系统着火。
6、如果漏氢严重，运行中无法处理，需停机处理，一方面降低了等效可用系数、增加了不必要的停机，另一方面可能需要多次中间介质置换，浪费大量的氢气和氮气。
7、机组漏氢造成氢压长期偏低，使得发电机冷却效果差，发电机铁芯、绕组温度升高，发电机出风温度升高，发电机的损耗增加，效率降低。
四 氢冷发电机漏氢的主要部位和原因：
1、发电机两侧端盖与本体端部开有密封槽，加胶条或注液态密封胶进行密封时，有时液态密封胶未能注满密封槽内；有时密封胶过热变质；有时因为结合面加工质量差，结合面不平度大，致使密封胶流入发电机内，使结合面无法起到密封作用而漏氢。
2、由于发电机端盖刚度差，结合面不平度大，运行中热胀冷缩使发电机端盖变形严重造成漏氢。
3、发电机定子出线罩法兰与出线套管台板结合面采用螺栓连接，如果用液态密封胶封氢，由于定子端部漏磁感应产生的环流引起杂散损耗，使出线罩和台板发热，促使液态密封胶干结老化，膨胀系数不均，致使充氢后结合面变形，造成漏氢，失去密封作用。
4、发电机定子引出线套管的瓷瓶与法兰由于运行中不断受到振动而松脱，引起漏氢。
5、定子绕组接头、内冷引水管接头裂纹或螺丝松动，造成漏氢；运行中氢压高于定子绕组内冷水压，当定子绕组空芯铜线渗漏时造成漏氢。
6、密封油脏，造成密封瓦与轴颈间的间隙增大，和密封瓦座结合面不严而漏氢。
7、密封油瓦间隙增大或密封瓦损坏，造成氢侧油压下降较快，以致密封不住氢气。
8、密封油运行中不断吸收氢气，且吸收量随着油压的升高和回油量的增加而增多，密封瓦的空侧回油、密封油箱的排油和发电机主轴承的回油均直接进入汽轮机主油箱，也都会带走一部分的氢，尤其是氢侧油压高于空侧油压时。
9、大小修后发电机风压试验不合格，氢气系统存在漏点并未消除，但机组投入运行。
10、发电机定、转子本体的运行温度长期较高，氢冷系统的严密性受到损坏。
11、系统阀门误操作；氢系统阀门不严，引起氢气泄漏；补氢气阀阀芯脱落；与氢气系统相连的其他设备漏氢。
12、密封油油压调整不当或差压阀、平衡阀跟踪失灵。密封油箱油位调整不当，油箱无油位造成大量跑氢。
13、电气设备结合面及汽机氢系统连接法兰间的密封胶条质量不合格，易损坏或密封效果不好。14、氢气冷却器上下法兰与机壳如果结合面不平、密封垫过薄时局部出现间隙引起漏氢；氢气冷却器个别铜管发生泄漏，氢压大于水压使得氢气漏至冷却水中。
15、氢气本身渗透性强，较其它气体容易发生泄漏。
五 氢冷发电机漏氢的防范措施：
1、为了保证机组正常运行，发电机应建立氢油系统的定期检测维护制度，如正常运行中的抽查性检查、异常运行时的重点检查、检修前的摸底性检查和检修时的一般性检查，并包括维修试验和化验周期，并定期进行机组漏氢量实测计算，用以考核漏氢水平。
2、对国产300MW汽轮发电机的漏氢薄弱环节（定子外壳结合面、引出线套管、出线罩、出线台板结合面、氢系统、阀门等），通过大修进行改造消除。密封瓦与密封瓦座的组装，应严格注意检修质量。
3、做好查漏、堵漏工作，应重视大小修后的气密性试验，一般先从分部打风压试验做起，直到整体风压试验。氢冷发电机的气密性试验有两种：一种是为了查找泄漏点，称为查漏试验。查漏试验主要在大修和事故处理时进行。另一种是为了测量泄漏程度（静止状态下充压缩空气）或漏氢水平（运行状态下充额定氢压）。
4、应加强漏氢检测仪的检查和维护，保证其投入可靠。
5、补氢时加强联系和检查，防止氢压过高；负荷变化时注意及时调整风温、冷却水温，防止由于温度剧烈变化引起局部冷热不均，从而造成设备变形或密封垫损坏。
6、 发现漏氢量超标，应进行分析，且认真细致地进行查漏工工作。采用手摸（漏氢较大时），涂肥皂水（漏氢较小时）或利用专门仪器（漏氢测量仪）等设法找到漏氢处，并及时消除。
7、利用大小修时机，对氢系统采用丁氰橡胶的密封垫、条、棒进行更换，可采用效果较好对温度变化适应性强、密封效果较好的氟橡胶。
六 氢气泄漏时如何查找：
1、根据发电机补氢次数、间隔时间、补氢量的大小以及氢压下降趋势，初步判断机组是否存在漏氢。机组还可通过CRT上漏氢率参数进行判断，还可参考漏氢检测柜中相应部位的漏氢检测指针和闪光报警进行判断。
2、如果判断机组已经存在漏氢现象，应该进行详细的查找。查找前确认测氢仪良好，打开测氢仪开关，正反方向调节测氢仪旋扭，检查仪器能够正常发出强度大小不等的声光报警。然后将测氢仪旋扭调节至红色报警灯刚刚消失，报警声音为轻微的嘟嘟音时，把测氢仪软管探头伸向需要查找的部位进行仔细的检查。如果存在泄漏，则测氢仪会根据泄漏量大小发出强度不等的声光报警。由于该类测氢仪表存在灵敏度高、准确度不高的特点，可对大致漏氢部位进行初步确定以及定性检测，需要进一步找出具体漏点和确定漏氢量大小，可用数字型测氢仪。
3、查找漏氢应该全面细致，不能存在死角。对管道、阀门、连接兰盘、检修人孔、测温兰盘等进行详细认真的检查。
4、通知化学对主油箱排烟风机、隔氢防爆风机处油烟进行跟踪化验，检查油烟中含氢量，判断是否为密封瓦故障、发电机上下内端盖或密封棒裂缝、密封油压力调整不正常。
5、分析近期密封油箱补排油次数，监视密封油箱压力和油位，如果是密封油压低或密封油箱无油，应该及时进行调整。
6、对氢气冷却器进行放空气，用测氢仪检测放空气门处是否报警，从而判断是否为氢气冷却器个别铜管发生泄漏。
7、对定冷水箱及定冷水管进行放空气，用测氢仪检测放空气门处是否报警，从而断是否判为定子绕组空芯铜线发生泄漏。
七 发电机大修后气密性试验漏氢量计算：
论文作者:曹振武
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
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