摘要：发电机气密性试验是检验发电机本体及其辅助系统的严密性的大型重要试验，是发电机充氢前必须进行的试验，其试验结果合格与否直接关系到机组的安全运行。然而该试验涉及范围大、边界广、影响因素多等特点，结果不易合格，通过分析某核能发电机气密性试验不合格原因，制定了试验处理措施，并提出了改进建议。研究结果为后续机组的气密性试验提供了良好的经验反馈。
关键词：核能发电机；气密性试验；安全；改进
某1150MW核能发电机为大型四级半转速（1500r/min）同步发电机。该发电机的冷却型式采用“水氢氢”冷却方式，即：发电机定子线圈采用水内冷却，定子铁心及端部构件采用氢气外冷却，转子线圈采用氢气内冷却。机座内部的氢气由装于转子两端的轴流式风扇驱动，在发电机内进行密闭循环。由于运行期间发电机内需充入氢气，因此发电机的严密性是否合格关系到机组安全运行。气密性试验不合格，运行期间氢气泄漏量将增大，导致补氢操作频繁，容易造成设备损坏，且氢气泄漏容易引起氢气爆炸，导致重要设备损坏，产生极大危害。因此，发电机的严密性的重要性不言而喻，而发电机气密性试验正是解决这一问题。然而，发电机气密性试验涉及范围大、边界广，影响因素多，试验结果不易合格，往往耗时较长。通过分析某核能发电机气密性试验过程中遇到的问题，并制定了相应的处理措施，为后续机组提供了良好的经验反馈。
1.发电机气密性试验介绍
1.1气密性试验计算方法及合格标准
发电机安装完成后，需在额定运行压力3bar下以空气为介质进行气密性试验，按下式厂家推荐公式计算泄漏压降（0℃下）[1]：
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式中，△P──24小时泄漏压降，（mbar）；
Pi──试验开始时机内气体压力（表压），（mbar）；
Pf──试验结束时机内气体压力（表压），（mbar）；
Patmi──试验开始时当地大气绝对压力，（mbar）；
Patmf──试验结束时当地大气绝对压力，（mbar）；
Ti──试验开始时机内气体平均温度，（℃）；
Tf──试验结束时机内气体平均温度，（℃）；
D──试验连续进行的时间，（小时）。
合格标准：24小时后的泄漏值应小于20mbar。
1.2发电机气密性试验内容
发电机气密性试验一般在发电机交接验收、大修后和必要时进行，其范围主要包括发电机本体及发电机定子冷却水系统、发电机氢气供应系统、发电机氢气冷却系统、发电机密封油系统等辅助系统。通过氢气供应系统向发电机内充入干燥的压缩空气，利用肥皂水或检漏液对各密封部件进行检漏、消缺。当所有漏点处理完成后，进行整体气密性试验，计算整体泄漏量。
发电机安装完成后，安装单位和调试单位均进行了发电机气密性试验，泄漏量小于标准值。运行单位进行发电机气密性试验时，泄流量大于标准值，结果为74mbar。
2.原因分析
发电机气密性试验结果不合格说明发电机及其辅助系统内的压缩空气泄漏。其泄漏的方式主要有两种情况：第一，发电机本体及其辅助系统存在漏点，压缩空气通过这些漏点泄漏到大气中。常见的泄漏部件有发电机人孔、出线绝缘套管、测温元件接线柱板、氢气冷却器、端盖、氢油水系统内的阀门和法兰。由于安装单位和调试单位已进行过气密性试验，且结果合格，因此，发电机本体及其辅助系统基本无大的泄漏点，而对于小漏点，通过肥皂水无法检测出来。因此需向发电机内一并充入氦气和空气，通过氦气检漏仪进行检漏，以检测出漏点位置并进行处理。第二，发电机内的压缩空气溶解在密封油中，通过密封油带走，导致气密性试验不合格。本发电机采用单流环油密封结构，密封油进入密封瓦经中间油孔沿轴向间隙流向空侧和氢侧。密封油回油分为两路，空侧回油和支持轴承润滑油汇流，氢侧回油经浮子油箱流向扩容油箱，扩容并经排烟风机析出气体后与润滑油回油汇合流向润滑油系统主油箱。
3.处理措施及改进建议
3.1处理措施
3.1.1发电机本体及其辅助系统的漏点及处理
向发电机内一并充入压缩空气和氦气，对发电机本体及其辅助系统进行氦气检测，常见部位如下：发电机人孔、出线绝缘套管、测温元件接线柱板、氢气冷却器、端盖、氢油水系统内的阀门和法兰。
3.1.1.1发电机本体的漏点及处理
通过氦气检漏仪检测，发现发电机本体一处焊缝泄漏，此焊缝为厂家发货时的成品焊缝。由于安装和调试单位前期已进行过气密性试验，因此发电机本体其他部分均未发现漏点，通过对该焊缝进行补焊，缺陷消除。
3.1.1.2发电机辅助系统的漏点及处理
在发电机氢气供应系统排大气管线的出口处进行检测，发现低浓度氦素，通过进一步拆解各接头分部检测，确认了相关阀门内漏。主要包括安全阀内漏、绝缘过热监测仪电磁阀内漏和排气截止阀内漏。安全阀是因为在氢气置换期间起跳后密封不严，后经更换和多次研磨处理，在压力平台试验泄漏率满足要求，但无法完全密闭；电磁阀由于结构原因，不易完全消除，厂家反馈多个电厂此阀门均存在少量泄漏；截止阀主要是由于密封面磨损导致，进行更换处理。
对发电机密封油系统进行检查，发现密封油回油箱排气阀所在管道存在砂眼，发电机汽端下方管线焊缝泄漏。通过对砂眼和焊缝进行补焊处理，泄漏缺陷消除。
使用盲板对定子冷却水系统进出口管道进行隔离，仅保留水箱与发电机内部相连。发电机充3bar压缩空气状态下，观察24小时，水箱内压力未上涨，说明发电机内气体向定子冷却水系统泄漏可能性较小。
执行发电机气密性试验期间，氢气冷却器水侧进出口阀门关闭，管道内未充水。通过逐一开启氢气冷却器水侧排气阀，使用检漏仪检测，氦气浓度与本底一致，说明发电机内气体未渗透入氢气冷却器，排除发电机向氢气冷却器泄漏。
3.1.2压缩空气通过溶解在密封油中泄漏的验证及处理
3.1.2.1压缩空气通过溶解在密封油中泄漏的验证
关于泄漏量与气体溶解度的关系，厂家建议当发电机内额定氢压在3bar及以下时，一般不考虑气体溶解量对泄漏的影响，但由于本发电机密封油流量出现异常，每次气密性试验时变化较大，流量甚至超出设计范围。为了验证压缩空气通过溶解在密封油中泄漏，试验时对密封油的温度进行了控制。当温度较低时，密封油流量变小，泄漏量变小；当温度较高时，密封油流量变大，泄漏量变大。从而说明压缩空气确实可以通过溶解在密封油中泄漏。因此需解决密封油流量过大的问题才能确保气密性试验合格。
3.1.2.2压缩空气通过溶解在密封油中泄漏的处理
密封油流量越大，溶解量越多，泄漏量也越大。因此密封油流量需处于设计范围内。本发电机在进行气密性试验时，密封油流量超出设计范围，造成泄漏量增大。通过对密封瓦进行检查维修来解决密封油流量偏大的问题，从而使发电机气密性试验合格。
首先，解体密封瓦，发现发电机汽端和励端密封瓦有部分磨损，励端氢侧密封瓦外观良好且间隙数据合格，保留使用，其余密封瓦使用备件进行更换。回装密封瓦后进行验证，密封油流量仍较大，气密性试验结果为31mbar，不合格。试验过程中，励端密封瓦过渡环与密封瓦座间有汽泡漏出。
因此，对励端密封瓦过渡环与密封瓦座间漏点进行处理，更换密封瓦座与过渡环间密封胶条，对绝缘板不平整部分涂抹密封胶。同时将上次未更换的励端氢侧密封瓦进行更换，同时鉴于密封瓦流量较大，回装过程中将励端密封瓦间隙调整到靠近下限位置。密封油流量有所减小，气密性试验结果为21mbar，不合格，但比上次结果有所降低。试验过程中，励端密封瓦座中分面位置有密封油泄漏，且漏量较大。
对励端密封瓦座中分面高点进行研磨，借鉴前期机组经验并经厂家同意，对中分面位置涂抹密封胶。密封油流量进一步减小，气密性试验结果为16.7mbar，结果合格。
3.2改进建议
运行单位通过氦气检漏发现了部分外漏点，主要为焊缝和阀门内漏等不常见不易发现的漏点。因此，后续进行气密性试验时需关注焊缝和阀门内漏。
通过对比安装单位和调试单位进行气密试验时的条件和运行单位进行气密试验时的条件，主要有两点区别：第一，前者为冬季进行试验，后者为夏季进行试验。第二，前者进行试验时，密封油流量较低；后者进行试验时，密封油流量较高，超出设计值。综上所述，两者的差别在于密封油温度和密封油流量。温度越低，密封油流量越低，黏度越大，溶解率越小[2]，泄漏量越小；而运行期间氢气的溶解率较低，因此，进行气密性试验时，可以适当降低密封油温度，降低空气溶解量对试验的影响，这样更能反映氢气的泄漏率。当出现密封油流量较高，超出设计值时，需对密封瓦进行检查维修，使密封油流量回到设计值范围内。
4.结论
发电机气密性试验涉及的范围多，边界大等特点，因此检漏难度较大。对于试验初期，可通过肥皂水对常见部位进行检漏。
当漏点处理完成后，气密性试验仍不合格，则需通过氦气检漏对微小漏点进行检查处理，特别是发电机本体和管道焊缝及阀门内漏等不常见部位。
对于额定氢压不超过3bar的发电机，在试验时，在设计要求范围内应尽可能地降低密封油温度，以减小空气在密封油中的溶解量，这是由于溶解到密封油中的氢气在工作温度范围的溶解率低于空气[3]，降低密封油温度，可以减少空气的溶解量对泄漏量的影响，更加准确地反映出氢气的泄漏量，也更容易使发电机气密性试验合格。
参考文献
[1]东方电机股份有限公司.氢气系统运行规程.东方电机股份有限公司[M]，2013:26-27.
[2]梁学斌等.氢冷发电机单油环密封油系统改进[J]. 热力发电，2017(10):106-110.
[3]谢尉扬.氢冷发电机气密性试验计算方法及标准[J]. 浙江电力，2011(6):36-38.
论文作者:刘自垒,姜洋
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/8