雙流環(huán)式發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)故障分析

謝 高，李 強(qiáng)，董益華，應(yīng)光耀

（1.神華國華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082；2.湖南華潤電力鯉魚江有限公司，湖南 郴州423401；3.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

大型火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)多采用氫冷方式，為了密封發(fā)電機(jī)中的氫氣設(shè)置了密封油系統(tǒng)，以防止外界空氣進(jìn)入和內(nèi)部氫氣泄漏。在國內(nèi)主流機(jī)型中，雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)常見于上汽和哈汽的300 MW和600 MW機(jī)組，從這些機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況來看，主要存在發(fā)電機(jī)進(jìn)油和氫氣純度下降等問題，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 密封油系統(tǒng)存在的問題

1.1 系統(tǒng)運(yùn)行原理

雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)有著相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，系統(tǒng)向密封瓦提供空側(cè)和氫側(cè)2路獨(dú)立循環(huán)的密封油源，通過各自的油路分別將油通入密封瓦上的2個(gè)環(huán)狀配油槽。

空側(cè)密封瓦回油與支持瓦潤滑油回油一起排至空側(cè)密封油箱，大部分油通過U形管依靠重力作用自動(dòng)溢流到潤滑油回油管路，另一部分油作為空側(cè)密封油源在空側(cè)油路中循環(huán)，空側(cè)油路的低壓備用油源取自主機(jī)潤滑油，其管路往往配置手動(dòng)旁路閥。

氫側(cè)密封瓦回油流入消泡箱，再經(jīng)直管溢流裝置流至氫側(cè)密封油箱，氫側(cè)密封油箱通過2個(gè)浮球閥和上下4個(gè)頂針來控制油位，補(bǔ)油來自空側(cè)密封油泵出口，排油至空側(cè)密封油箱。

差壓閥維持空側(cè)密封油壓略高于發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力約0.084 MPa，平衡閥則維持密封瓦氫側(cè)與空側(cè)的油壓基本相等，通過差壓閥與平衡閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，達(dá)到防止外界空氣進(jìn)入和內(nèi)部氫氣漏出的目的。

1.2 故障案例1

某臺(tái)亞臨界600 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)采用氫冷方式和典型的雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)。機(jī)組小修結(jié)束后進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)工作，當(dāng)日15：36起，數(shù)次啟停潤滑油泵配合進(jìn)行轉(zhuǎn)子調(diào)整工作。20：50發(fā)現(xiàn)主機(jī)油箱油位大幅下降，進(jìn)而確認(rèn)發(fā)電機(jī)進(jìn)油，緊急停運(yùn)正在運(yùn)行的潤滑油泵，通過檢漏計(jì)從發(fā)電機(jī)放出約9 m3的油。

圖1 雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)

進(jìn)油過程如下：第1次潤滑油泵啟動(dòng)期間，出于即將恢復(fù)密封油系統(tǒng)的考慮，操作人員順便打開密封油低壓備用油源旁路手動(dòng)閥進(jìn)行充油，充油結(jié)束時(shí)關(guān)閉該閥門不到位，殘留了約兩圈的開度。同時(shí)，密封油系統(tǒng)尚有未終結(jié)的工作票，其隔離措施中氫側(cè)密封油箱上下4個(gè)頂針的位置恰使油箱處于強(qiáng)補(bǔ)禁排狀態(tài)。在隨后的潤滑油泵啟動(dòng)期間，密封油在潤滑油壓作用下灌進(jìn)消泡箱，再進(jìn)一步進(jìn)入發(fā)電機(jī)，而在此過程中，消泡箱及檢漏計(jì)高報(bào)警均未能引起操作員足夠的警惕和注意，錯(cuò)失了第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)進(jìn)油的機(jī)會(huì)。發(fā)電機(jī)進(jìn)油將影響定子線圈的絕緣性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致絕緣擊穿，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

1.3 故障案例2

某臺(tái)亞臨界300 MW機(jī)組，也采用氫冷方式和雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)。機(jī)組正常運(yùn)行期間4～5 d因氫壓下降而補(bǔ)氫1次，氫氣純度均能維持在96%以上，運(yùn)行一段時(shí)間后氫氣純度明顯下降。為維持正常氫氣純度加大了補(bǔ)氫頻次，平均2 d就得補(bǔ)氫1次，大大增加了制氫壓力，而氫氣純度下降還會(huì)降低冷卻效率，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，勵(lì)端空氫差壓表晃動(dòng)異常，可見勵(lì)端空氫側(cè)竄流明顯，對(duì)勵(lì)端平衡閥進(jìn)行調(diào)整，無明顯效果，氫側(cè)密封油箱補(bǔ)排油管路也明顯發(fā)燙，說明密封油回油流量變化較大。

2 故障原因分析

2.1 發(fā)電機(jī)進(jìn)油

對(duì)進(jìn)油位置進(jìn)行分析，圖1所示“唯一的漏油點(diǎn)”是密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)的唯一路徑：供油量大于排油量引起消泡箱油位上升，消泡箱高報(bào)警信號(hào)發(fā)出后未能及時(shí)處理，油位繼續(xù)上升，密封油從迷宮檔油板和轉(zhuǎn)軸之間的間隙進(jìn)入發(fā)電機(jī)。對(duì)進(jìn)油原因進(jìn)行分析，主要可歸納為以下幾點(diǎn)。

（1）安全意識(shí)不夠，關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)視不到位。運(yùn)行人員對(duì)密封油系統(tǒng)原理認(rèn)識(shí)不深，閥門操作有誤，補(bǔ)排氫操作速度過快，設(shè)備退出順序及調(diào)整不符合要求。

（2）氫側(cè)密封油回油量偏大，導(dǎo)致靜壓回油管路不暢，密封瓦與轉(zhuǎn)軸間隙過大、密封油溫度偏高、密封油壓偏高等均容易造成這種情況。另外，當(dāng)氫壓較低時(shí)，氫側(cè)回油壓差小，氫側(cè)密封油箱將經(jīng)常保持在滿油的油位，使得發(fā)電機(jī)更容易出現(xiàn)進(jìn)油的危險(xiǎn)。

（3）差壓閥和平衡閥跟蹤不良或因油質(zhì)原因卡澀，引起密封油量大幅變動(dòng)，油位控制不住導(dǎo)致進(jìn)油。另外，當(dāng)氫側(cè)密封油箱自動(dòng)補(bǔ)排油裝置卡澀失靈時(shí)，也容易發(fā)生因滿油而溢入發(fā)電機(jī)的事故。

2.2 氫氣純度下降

在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，氫氣純度下降主要是由于空氫側(cè)竄油和密封油流量變大引起。

空氫側(cè)油壓難以保持絕對(duì)平衡，當(dāng)空側(cè)油壓高時(shí)，空側(cè)油竄到氫側(cè)，將油中攜帶的空氣釋放至發(fā)電機(jī)內(nèi)。當(dāng)氫側(cè)油壓高時(shí)，氫側(cè)油竄到空側(cè)，氫側(cè)油箱油位降低，自動(dòng)補(bǔ)油閥打開，使含空氣量較高的空側(cè)油補(bǔ)充到氫側(cè)油箱，最終將空氣釋放到發(fā)電機(jī)內(nèi)，降低了氫氣純度。

當(dāng)密封瓦與轉(zhuǎn)軸間隙增大、密封油溫度升高等原因?qū)е旅芊庥土髁看蟠笤黾訒r(shí)，空氫側(cè)密封油的交換量成倍增加，空側(cè)密封油中攜帶的空氣通過交換進(jìn)人氫側(cè)密封油中，再通過氫側(cè)密封油進(jìn)入到發(fā)電機(jī)氫氣中，同樣降低了氫氣純度。

3 改進(jìn)措施

3.1 對(duì)密封油系統(tǒng)的改進(jìn)

（1）氫側(cè)回油不暢極易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)油，建議加裝圖1所示“改造管路”（平衡閥前至空側(cè)密封油箱），由手動(dòng)閥控制油量，這樣在氫側(cè)油箱回油不暢時(shí)，先關(guān)閉排油浮球閥上頂針使之處于禁止排油狀態(tài)，然后開啟此手動(dòng)閥至一定位置，通過氫側(cè)密封油泵將氫側(cè)密封油箱內(nèi)油輸至空側(cè)密封油箱，使氫側(cè)密封油箱油位恢復(fù)正常。

（2）加強(qiáng)熱工信號(hào)監(jiān)視，建議在氫側(cè)密封油箱補(bǔ)排油管路上視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況加裝油溫或壁溫測(cè)點(diǎn)（圖1所示T1與T2），正常運(yùn)行時(shí)補(bǔ)排油管路是微熱的，若溫度升高明顯或很高，說明氫側(cè)密封油箱加大了補(bǔ)油或排油，那么空氫側(cè)密封油可能存在著較大的不平衡，可根據(jù)此情況進(jìn)一步調(diào)整平衡閥。

3.2 提高運(yùn)行維護(hù)水平

（1）了解系統(tǒng)運(yùn)行中各參數(shù)變化的規(guī)律及其相關(guān)影響，加強(qiáng)監(jiān)視和巡查，制定完善的操作卡并嚴(yán)格執(zhí)行，嚴(yán)防誤操作，尤其關(guān)注氫側(cè)密封油箱上下4個(gè)頂針的開關(guān)狀態(tài)。

（2）提高檢修質(zhì)量，確保管路安裝正確，尤其是差壓閥、平衡閥等引壓管和密封瓦間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，解體檢查差壓閥和平衡閥以防卡澀，檢查確認(rèn)氫側(cè)密封油箱浮球閥動(dòng)作正常。

（3）系統(tǒng)投停和運(yùn)行過程中加強(qiáng)油質(zhì)監(jiān)督，確保油質(zhì)符合規(guī)程要求，防止因細(xì)小硬質(zhì)顆?？ㄗ〔顗洪y和平衡閥等情況的發(fā)生。

（4）保證液位報(bào)警裝置能起到有效報(bào)警作用，關(guān)注差壓閥和平衡閥的靈敏度和跟蹤性能。

（5）系統(tǒng)補(bǔ)排氫應(yīng)緩慢，避免壓力變化過快導(dǎo)致差壓閥、平衡閥、氫側(cè)密封油箱油位不能及時(shí)調(diào)整。

（6）系統(tǒng)運(yùn)行期間控制合理的密封油壓和油溫，注意氫側(cè)密封油箱油位的變化情況。

（7）發(fā)電機(jī)不充氫時(shí)，可打開機(jī)座下的排污閥，這樣發(fā)電機(jī)即使進(jìn)油也可以及時(shí)排出，并加強(qiáng)就地巡檢。

4 結(jié)語

雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)容易發(fā)生發(fā)電機(jī)進(jìn)油和氫氣純度下降問題，造成安全上的隱患和冷卻效率的下降，在問題案例分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其原因進(jìn)行了歸納并給出了改進(jìn)措施，只有不斷提高運(yùn)行維護(hù)水平才能保證機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

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