發(fā)電機(jī)漏氫原因分析與防范措施

年泓昌，董治國(guó)，蘇鵬飛，張勇杰

(1. 山西神頭第二發(fā)電廠，山西朔州 036011；2. 中國(guó)電力山西神頭發(fā)電有限責(zé)任公司，山西朔州 036011)

發(fā)電機(jī)漏氫原因分析與防范措施

年泓昌1，董治國(guó)1，蘇鵬飛2，張勇杰1

(1. 山西神頭第二發(fā)電廠，山西朔州 036011；2. 中國(guó)電力山西神頭發(fā)電有限責(zé)任公司，山西朔州 036011)

指出氫冷發(fā)電機(jī)漏氫方式一般為從機(jī)殼結(jié)合面、氫氣管道和閥門、密封油系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子部分、定子冷卻水系統(tǒng)及氫氣冷卻器漏氫等幾種。當(dāng)發(fā)生漏氫時(shí)就需從多方面入手，綜合分析查找，準(zhǔn)確排除判斷，以便早采取處理措施。結(jié)合山西省神頭二電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)曾發(fā)生的漏氫案例，分析判斷出發(fā)電機(jī)定子內(nèi)漏的故障，查找出定子繞組20號(hào)上層線棒在R角往勵(lì)側(cè)延伸30 cm直線部分、汽側(cè)繞組端部位置46號(hào)槽上層線棒漏氫。分析了其產(chǎn)生漏氫原因，論述了處理情況，提出了防止漏氫的具體的措施和建議，以供同行參考借鑒。

發(fā)電機(jī)；漏氫；分析；結(jié)合面；線棒

0 引言

漏氫是氫冷發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中普遍存在的現(xiàn)象[1]，漏氫量是發(fā)電機(jī)運(yùn)行的主要指標(biāo)之一。若氫氣大量泄漏會(huì)導(dǎo)致氫壓下降，影響發(fā)電機(jī)的冷卻效果，從而限制發(fā)電機(jī)正常負(fù)荷。嚴(yán)重漏氫可造成發(fā)電機(jī)周圍著火，甚至引起氫氣爆炸，造成發(fā)電機(jī)損壞乃至機(jī)組停機(jī)[2]。

山西省神頭第二發(fā)電廠2×500 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)為捷制2H670960/1VH型汽輪發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)采用為水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水內(nèi)冷，定子繞組端部接頭采用“水電分開(kāi)”結(jié)構(gòu)。定子鐵心及結(jié)構(gòu)件為氫氣表面冷卻。轉(zhuǎn)子繞組為氣隙取氣槽底通風(fēng)式氫內(nèi)冷，氫氣由轉(zhuǎn)子兩端的風(fēng)扇強(qiáng)制循環(huán)，并通過(guò)設(shè)置在發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)兩端的一組氫氣冷卻器進(jìn)行冷卻。氫氣系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦、以及氫干燥器和氫氣管路構(gòu)成全封閉的氣密結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

1 發(fā)電機(jī)漏氫的途徑及原因

發(fā)電機(jī)漏氫的主要途徑有外漏和內(nèi)漏兩種。外漏是直接漏到大氣中，內(nèi)漏是漏到發(fā)電機(jī)密封油和定子冷卻水系統(tǒng)中[3]。外漏可以通過(guò)檢漏方法找到漏點(diǎn)加以消除，如發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)、汽側(cè)端蓋與機(jī)座結(jié)合面、出線套管與發(fā)電機(jī)機(jī)座結(jié)合面、氫冷器機(jī)本體結(jié)合面、氫氣管路系統(tǒng)、氫干燥器、測(cè)溫元件接線柱等處的漏氫。內(nèi)漏如氫氣通過(guò)密封瓦漏入密封油系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子導(dǎo)電螺釘與通風(fēng)管路的密封絕緣老化等處泄露。內(nèi)漏基本屬于“暗漏”，漏點(diǎn)位置不明確，檢查處理較為復(fù)雜，且處理時(shí)間較長(zhǎng)，影響到發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣和使用壽命，威脅發(fā)電機(jī)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。靜態(tài)泄漏點(diǎn)可以通過(guò)用測(cè)氫儀或用肥皂水檢測(cè)法找到漏點(diǎn)，而動(dòng)態(tài)泄漏點(diǎn)不明，檢測(cè)和處理比較復(fù)雜。因此應(yīng)通過(guò)提高安裝、檢修精度盡量避免此種現(xiàn)象的發(fā)生。

表1 發(fā)電機(jī)主要參數(shù)

2 案例分析

2.1 事件經(jīng)過(guò)

2011年7月1日，2號(hào)發(fā)電機(jī)發(fā)生漏氫故障，漏氫部位不明，漏氫量12 m3/d ，高于漏氫量合格標(biāo)準(zhǔn)。2號(hào)發(fā)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常，無(wú)其他缺陷。7月2日14時(shí)39分，2號(hào)機(jī)組停運(yùn)轉(zhuǎn)入臨修，16時(shí)0分，電氣運(yùn)行人員將發(fā)電機(jī)氫壓降為低氫壓運(yùn)行方式(由高氫壓401 kPa排氫至低氫壓187 kPa)，氫水差壓降至5 kPa。20時(shí)0分，運(yùn)行人員正常進(jìn)行發(fā)電機(jī)底部集水器排水檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)并放出集水器少量積水，通知廠部值班和電氣部，廠部決定對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)排氫做進(jìn)一步檢查。

圖1 汽側(cè)定子繞組端部20號(hào)槽上層線棒漏水位置

2.2 檢查過(guò)程

7月3日15時(shí)，發(fā)電機(jī)開(kāi)始排氫，發(fā)電機(jī)二氧化碳置換合格后接干壓縮空氣吹掃。18時(shí)，開(kāi)始做水壓試驗(yàn)(壓力0.5 MPa)。檢修人員從底部人孔進(jìn)入檢查，發(fā)現(xiàn)汽側(cè)定子繞組端部位置20號(hào)槽上層線棒(見(jiàn)圖1)在R角往勵(lì)側(cè)延伸30 cm直線部分有一滲漏點(diǎn)。由于漏點(diǎn)所處位置狹窄無(wú)法施工，決定抽出轉(zhuǎn)子后處理。7月9日，2號(hào)發(fā)電機(jī)定子繞組20號(hào)上層線棒更換后水壓試驗(yàn)0.6 MPa，檢查20號(hào)棒并頭套及引線焊口未見(jiàn)滲漏，進(jìn)而全面檢查定子繞組未發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)。10日1時(shí)0分，繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)汽側(cè)繞組端部位置46號(hào)槽上層線棒(見(jiàn)圖2)有很輕微水跡。擦拭干凈后仔細(xì)觀察確認(rèn)存在滲漏點(diǎn)。立即清除線棒表面絕緣材料，未能找到滲漏位置，決定更換該根線棒。

圖2 汽側(cè)定子繞組端部46號(hào)上層槽線棒位置

2.3 原因分析

1) 2號(hào)發(fā)電機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于機(jī)組在電網(wǎng)調(diào)峰中負(fù)荷經(jīng)常突然大幅度變化，定子線棒電流和槽內(nèi)橫向磁場(chǎng)使槽內(nèi)線棒產(chǎn)生徑向電磁力，會(huì)引起發(fā)電機(jī)瞬間劇烈振動(dòng)，發(fā)電機(jī)繞組線棒熱脹冷縮，定子端部繞組結(jié)構(gòu)的固有頻率與電磁振動(dòng)的頻率相等或相近時(shí)將產(chǎn)生共振等原因[3]，將汽側(cè)定子繞組端部綁繩磨損崩開(kāi)，造成端口部固定壓板墊塊松動(dòng)。運(yùn)行中發(fā)電機(jī)振動(dòng)可使墊塊快速運(yùn)動(dòng)摩擦線棒絕緣層，最終導(dǎo)致將線棒磨破20號(hào)槽上層線棒磨損見(jiàn)圖3。

2) 定子內(nèi)冷卻水鐵磁物質(zhì)殘?jiān)赡苓z留在線棒內(nèi)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)， 該鐵磁物質(zhì)在強(qiáng)大的磁場(chǎng)作用下把定子線棒“啄”出小孔(即產(chǎn)生“電擊蟲(chóng)”的作用)。發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水由此孔洞溢出，溢出的水長(zhǎng)時(shí)間滯留在絕緣層，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下使水質(zhì)變壞，對(duì)空心銅線產(chǎn)生腐蝕作用形成砂眼。

圖3 20號(hào)槽上層線棒磨損

3) 制造廠制造質(zhì)量存在遺留缺陷。如制造廠生產(chǎn)采購(gòu)定子線棒的原材料紫銅有裂紋或劃痕等先天性損傷。長(zhǎng)期在槽內(nèi)振動(dòng)而使其開(kāi)裂。

2.4 處理情況

1) 將2號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出，根據(jù)磨損部位和程度，確定無(wú)法補(bǔ)焊。決定更換有滲漏的20號(hào)、46號(hào)槽上層線棒。

2) 定子線棒拆除。定子線棒接頭絕緣盒拆除，定子線棒接頭并頭片焊開(kāi)，線棒槽楔及墊塊退出，拔出上層線棒，清理定子槽。

3) 新定子線棒嵌入定子槽內(nèi)。嵌入上層線棒，定子端部固定綁扎，打緊槽楔，清理、整形、裝連接板。

4) 定子線棒接頭并頭片焊接。

5) 定子接頭絕緣盒內(nèi)部絕緣泥的灌注與安裝。絕緣盒安裝完畢后，用絕緣漆將絕緣盒以及線棒、鐵心涂刷一遍。將兩側(cè)端部綁繩、端部?jī)?nèi)撐環(huán)拉緊楔、墊塊和絕緣盒等所有部件進(jìn)行全面細(xì)致的檢查和處理。

6) 整體水壓(0.6 MPa)試驗(yàn)合格。全面檢查定子繞組未發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)。每隔1 h全面檢查一次，未見(jiàn)滲漏點(diǎn)。發(fā)電機(jī)整機(jī)電氣試驗(yàn)合格。

3 漏氫防范措施

1) 加強(qiáng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行氫氣系統(tǒng)的監(jiān)督，建立全面測(cè)氫，排查漏氫點(diǎn)的定期工作制度，發(fā)電機(jī)運(yùn)行中應(yīng)保持額定氫壓(400 kPa)，當(dāng)氫壓異常下降并且補(bǔ)氫量和補(bǔ)氫次數(shù)增加時(shí)，應(yīng)查找漏點(diǎn)。不得用降低氫壓的方法作為減少漏氫的手段。

2) 建立月度漏氫量計(jì)算的定期工作制度，漏氫量偏大時(shí)要及時(shí)分析查找原因。

3) 在機(jī)組運(yùn)行期間要監(jiān)視氫水差壓，確保氫壓大于水壓，保證氫水差壓在0.04 MPa以上，并定期打開(kāi)定子冷卻水管放空氣門檢測(cè)其漏氫量，防止水漏入發(fā)電機(jī)內(nèi)。

4) 發(fā)電機(jī)氫冷器氫泄漏時(shí)應(yīng)在停機(jī)后進(jìn)行分管子查漏。如少量管子漏則進(jìn)行堵管，大量管子漏則應(yīng)考慮更換氫冷器，其他組氫冷器考慮做防腐處理。對(duì)密封瓦和瓦座裝配的間隙嚴(yán)格把關(guān)，控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

5) 重新修訂檢修工藝規(guī)程。水系統(tǒng)禁止使用石棉墊和藍(lán)膠。拆卸水系統(tǒng)管道必須落實(shí)好監(jiān)護(hù)工作，防止異物掉入機(jī)內(nèi)。

6) 制定發(fā)電機(jī)反沖洗規(guī)定。堅(jiān)持“凡停必沖”原則。利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)繞組進(jìn)行正反沖洗，確保繞組內(nèi)部無(wú)堵塞、無(wú)異物。

7) 嚴(yán)格執(zhí)行發(fā)電機(jī)大修后氣密性試驗(yàn)、氫氣冷卻器氣密(水壓)試驗(yàn)和回裝后的整體氣密試驗(yàn)，以保證發(fā)電機(jī)漏氫率(量)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，將所有造成系統(tǒng)泄漏的現(xiàn)象在此階段消除，不合格嚴(yán)禁機(jī)組啟動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

氫冷發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)涉及到制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行和檢修等環(huán)節(jié)。若想從根本上控制漏氫量的大小，就需在各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。制造過(guò)程中做好設(shè)備監(jiān)造，嚴(yán)格控制定子繞組水路和轉(zhuǎn)子的嚴(yán)密性等關(guān)鍵部件；安裝調(diào)試階段嚴(yán)格執(zhí)行安裝調(diào)試工藝標(biāo)準(zhǔn)、做好氣密性試驗(yàn)；投入生產(chǎn)運(yùn)行后要注意調(diào)整密封油壓，保持密封瓦氫壓、油壓平衡，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)氫氣泄露情況；檢修人員要結(jié)合發(fā)電機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)和存在問(wèn)題，加大技改和檢修精度和力度，不斷探索應(yīng)用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)手段和防治措施，通過(guò)對(duì)漏氫的監(jiān)測(cè)和處理，防止事故擴(kuò)大[2]，保障機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 劉興華，張春. 發(fā)電機(jī)漏氫分析與處理[J]. 寧夏電力 ， 2011(3)：29-31.

[2] 孔令軍，岳嘯鳴. 氫冷發(fā)電機(jī)漏氫分析及防范措施[J]. 河北電力技術(shù) 2011(12)：35-37.

[3] 李偉清. 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)故障檢查分析及預(yù)防[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2002.

年泓昌，男，1977年生，大學(xué)，工程師、 電氣工程師 ，山西省神頭第二發(fā)電廠工作電氣部工作。

蘇鵬飛，男，1978年生，大學(xué)，工程師。山西省神頭發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電部工作。

董治國(guó)，男，1978年生，大學(xué)，工程師。山西省神頭第二發(fā)電廠工作。

張勇杰， 男，1984年生，大學(xué)，助理工程師，山西省神頭第二發(fā)電廠工作電氣部工作。