摘要：氢内冷发电机氢气系统运行状况的优劣直接影响机组运行的安全，是发电机组运行的主要技术指标之一。本文针对目前国产300MW水氢冷发电机组在运行过程中，机内氢气纯度下降过快的问题进行了系统的分析和论述，有效地降低了发电机运行中的补氢量，保证了发电机氢气系统的稳定运行。
关键词：氢冷发电机组；密封油；氢气纯度
氢气作为理想的冷却介质，在现代大型汽轮发电机被普遍应用。如果机组运行中氢气纯度不合格，将会造成机内出现局部过热的现象。有害气体的存在还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀，直接影响机组的安全。
1 设备概况
北京京能高安屯燃气热电有限责任公司燃气-蒸汽联合循环机组，采用1套845MW级燃气蒸汽联合循环“二拖一”多轴布置机组。
发电机运行氢气压力为0.31MPa，发电机内氢气纯度必须保持在96％以上，氢气的纯度的调节范围为96％～98％，含氧量不得超过1.2％。正常运行时，发电机内的氢压高于水压35kPa；发电机密封油油压保持高于机内氢压。若密封油油压不能维持时，必须排放机内氢气减压，以保持与密封油油压的规定压差值。发电机油氢差压56kPa～84kPa。
2 密封油系统及工作原理
密封油的作用为防止发电机内的氢气不会通过轴端向外泄漏以维持机内的氢压。在发电机的两端设置了油密封装置，通过供油及控制装置，为密封瓦提供氢侧、空侧密封油。密封油系统原理图1所示。
密封油系统采用双流环设计，空侧密封油由两台空侧交流密封油泵（一运一备）及一台直流密封油泵提供，氢侧密封油由两台氢侧交流密封油泵（一运一备）提供。
图1发电机密封油原理
3 故障情况
1号发电机投产后自2015年6月起，氢气纯度每天下降大于0.5%，补氢量高于50m3，最大时日补氢量70m3。在正常情况下，因发电机氢压下降而补充的氢气量足以弥补在这期间发生的氢气纯度的下降。我厂因纯度下降造成的补氢量远远超标。
4 氢纯度下降快的原因分析
4.1运行中很难保证空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡
按照双流双环密封瓦设计原理来讲，只有维持密封瓦内空侧密封油与氢侧密封油压力基本相等，减少空、氢侧密封油的交换，才能防止空侧油系统中夹带的空气等进入氢侧密封油系统，但实际运行中却很难保证空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。
造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡主要有两个原因，其一是氢侧密封油系统的平衡阀调节精度差。目前平衡阀要求的精度为±50毫米水柱（±490Pa）[1]，在运行中，由于平衡阀活塞和油缸之间间隙较小，稍有杂质可能造成活塞的运动阻力增大，甚至卡死，致使平衡阀调节精度变差。其二是空、氢侧密封油压力的测量误差。机组运行中只有维持密封瓦与转轴之间的油压平衡，才能减少空、氢侧密封油的互相窜动，但由于设备结构原因和现有技术水平的限制，目前只能测量密封瓦上的空、氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号，因此必然造成测量误差，平衡阀不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，从而引起发电机补氢量增大。
4.2氢侧密封油箱自动补排油阀故障造成漏流
为实现氢侧密封油箱自动补排油功能，氢侧油箱上设有补油浮球阀和排油浮球阀各一个，用来维持氢侧油箱油位的相对稳定[2]。如果油箱上补油浮球阀或排油浮球阀故障造成漏流，浮球阀为了维持油位稳定，油箱内就会不断进行空、氢侧油的持续交换，造成氢侧密封油的快速污染，从而直接影响到发电机内氢气纯度劣化速度[3]。
4.3发电机密封油温度控制过高
密封油的粘度随油温的升高而降低，在同样的流通面积内，要维持一定的密封油压力，当密封油温度高时，就需要较大流量的密封油。发电机制造厂一般规定氢冷发电机空、氢侧密封油温度正常值在27-49℃之间。机组运行中一般维持在42℃左右，油温在42℃时的粘度比27℃时小，要维持一定的密封油压，则需要较大的密封油流量[4]。因此密封油温度过高将导致密封油流量增大，同样会引起发电机内氢气纯度下降。
5 排查及治理
5.1检查氢侧密封油箱补、排油阀是否存在漏流
通过对氢侧密封油箱补、排油管道进行测温检查，发现氢侧密封油箱自动补、排油管道温度较高，说明管道中确实都有油流动，补、排油阀存在漏流，密封油箱内部空侧油和氢侧油正在进行置换。为尽量降低氢侧油箱内密封油的交换量，缓慢关闭密封油箱补油门，经长时间观察，密封油箱油位稳定。
通过调整，虽然降低了油箱内空氢侧密封油的交换量，但经测温发现氢侧油箱的排油管道还是温度较高，说明油箱正常运行中还是有排油，充分证明密封瓦处空、氢侧确实存在窜油现象，并且是密封瓦处空侧油压较氢侧油压高。为降低两者之间的窜油量，首先将密封油温度下调至35度；其次，精细调整氢侧密封油平衡阀旁路门，适当提高氢侧供油压力，使其尽量实现密封瓦处空氢侧油压的平衡。经过调整后长时间的观察，氢侧密封油箱排油管道温度已大为降低，证明排油量已大为减少。
5.2检查发电机密封油温度控制是否存在过高现象
通过检查发现，发电机密封油温度运行中控制42℃，温度稳定，不存在油温控制过高现象。
6结论
发电机密封油中氢侧油被品质较差的空侧油大量置换，引起氢侧油质劣化，进而造成发电机氢气污染是造成氢纯度劣化快的重要原因。机组运行中出现发电机氢纯度下降快现象，通过对密封油系统进行综合、精细的调整，氢气纯度劣化能够得到有效缓解，能够降低发电机氢纯度的下降速度，减少发电机提纯氢气用量。
参考文献：
[1]马昭武.发电机氢气纯度下降过快的分析与处理[J].湖北电力.2009年09期.
[2]俞文英.发电机密封油系统防进油措施分析[J].电力安全技术，2002，12.
[3]张修波，姚德全，韩德才.氢冷汽轮发电机氢气纯度下降过快的原因[J].东北电力技术，2002，（4）.
[4]马保会，倪涛，张学良.330MW汽轮发电机组密封油系统故障分析及处理[J].华电技术，2010，12.
论文作者:成涛,杨鑫,杨承佐,库国亮,牛兴伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/9
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