660MW發(fā)電機氫氣純度降低原因分析及處理

韋源

【摘?要】現(xiàn)代大型機組基本使用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯和其他構(gòu)件為氫氣表面冷卻。氫氣系統(tǒng)由發(fā)電機定子外殼、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路構(gòu)成全封閉氣密結(jié)構(gòu)，氫氣由裝在轉(zhuǎn)子兩端的漿式風扇強制循環(huán)，并通過設(shè)置在定子機座四角的氫氣冷卻器進行冷卻，具有效率高，冷卻效果好，安全可靠等優(yōu)勢。同時為維持發(fā)電機內(nèi)部氫氣不外泄，必須設(shè)置密封油系統(tǒng)對發(fā)電機動（轉(zhuǎn)子）靜（軸瓦）部分進行密封。原理是通過對密封瓦通入一定壓強的密封油，使密封瓦內(nèi)密封油壓強大于發(fā)電機內(nèi)部氫氣壓強，以防止氫氣自密封瓦動靜間隙處外泄，期間密封油會自密封瓦兩側(cè)外泄，其中一部分會流入發(fā)動機內(nèi)部并與氫氣接觸。

【關(guān)鍵詞】660MW;發(fā)電機;氫氣純度

一、660MW發(fā)電機氫氣純度降低的危害

氫氣作為一種極易爆炸的危險品，如果氫氣中含氧量大于3%，遇明火即會發(fā)生爆炸。發(fā)電機在運轉(zhuǎn)過程中可能出現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子放電現(xiàn)象，若發(fā)電機內(nèi)內(nèi)氫氣純度降低，則存在氫爆的可能，嚴重威脅設(shè)備安全。發(fā)電機氫氣純度降低，可能造成發(fā)電機繞組絕緣下降，嚴重威脅發(fā)電機的安全。從經(jīng)濟角度來看，氫氣純度越高，混合氣體的密度就越小，通風摩擦損耗就越小。當機殼內(nèi)壓力不變時，氫氣純度每降低1%，通風摩擦損耗增加11%，氫氣純度降低冷卻效果下降對機組運行不利。正常發(fā)電機制造廠家要求氫氣純度在95%--98%之間。所以運行中必須嚴格監(jiān)視，及時調(diào)整，確保純度合格。

二、660MW發(fā)電機氫氣純度降低的原因分析

某660MW發(fā)電機機運行時，機內(nèi)氫氣純度緩慢降低至95.10%，遠低于發(fā)電機制造廠家設(shè)計≥98%要求，需要對其純度下降原因進行分析，并采取針對性解決方案。

1、原因分析

在660MW發(fā)電機運行時，機內(nèi)氫氣純度低至98%，即可認為氫氣純度不足，針對這一問題，一般來說運行人員應(yīng)進行排補氫操作。排污時首先應(yīng)確認氫氣系統(tǒng)和附屬設(shè)備沒有動火工作，隨后緩慢操作排氫門，防控靜電問題招致的爆炸起火事故，待氫壓降低至0.38-0.4MPa時，關(guān)閉排氫門，并重新充入合格氫氣，反復操作多次后，即可恢復氫氣純度在合格范圍。但通過排補氫操作發(fā)現(xiàn)故障仍然存在，氫氣純度仍持續(xù)降低。隨后運行人員對各系統(tǒng)進行排查后發(fā)現(xiàn)密封油真空泵油水分離器內(nèi)部積水較多，密封油真空油箱真空下降至-76kPa，隨即對密封油真空泵進行換油，真空泵出力提升，密封油真空油箱真空恢復至-84kPa。在密封油真空油箱真空上升后，發(fā)電機內(nèi)氫氣純度緩慢上升至95.7%，進一步分析認為密封油油源汽輪機潤滑油油質(zhì)可能劣化。對汽輪機潤滑油油質(zhì)進行化驗后，發(fā)現(xiàn)汽輪機潤滑油中水分含量超出標準要求。

在確定汽輪機潤滑油油質(zhì)問題后，對汽輪機潤滑油箱底部排污，放出約150L水，確認有水、汽進入潤滑油系統(tǒng)內(nèi)導致油質(zhì)含水率超標。在對汽輪機潤滑油A、B冷卻器分別解體檢查后未發(fā)現(xiàn)冷卻水漏入潤滑油系統(tǒng)，后對各汽輪機軸承箱檢查中發(fā)現(xiàn)汽輪機中壓缸端部有少量蒸汽逸出，檢查#2軸承箱，發(fā)現(xiàn)觀察窗上有少量水跡，基于此認為汽輪機中壓缸軸封片磨損較多，導致軸封間隙增大，部分軸封蒸汽逸出，由于#2軸承箱內(nèi)處于微負壓狀態(tài)，部分外逸蒸汽被吸入軸承箱內(nèi)，進入汽輪機潤滑油。

2、原因判定

通過對上述檢查過程進行分析，認為造成發(fā)電機氫氣純度下降的原因如下：

直接原因：潤滑油凈化裝置維護不到位，長期無法投運，導致油質(zhì)下降。

原汽輪機潤滑油系統(tǒng)配套有油凈化裝置，在正常運行情況下定期投入該裝置，可有效清除潤滑油中水分，可維持油質(zhì)在正常水平內(nèi)，不發(fā)生劣化情況。由于該油凈化裝置設(shè)備陳舊，故障頻發(fā)，不能維持正常運行，長期未投入使用。

間接原因：中壓缸軸封片磨損，軸封蒸汽泄漏量增大，#2軸承箱中壓缸側(cè)油擋磨損增大，導致軸封蒸汽漏進潤滑油系統(tǒng)量增加。

軸封片是用來密封汽缸端部軸封蒸汽，防止軸封蒸汽泄露的機械結(jié)構(gòu)，在汽輪機長期運行情況下，隨著機組振動和轉(zhuǎn)子軸向運動過程中，不可避免的會發(fā)生磨損情況。在軸封片磨損逐漸增多，軸封間隙也逐漸增大，軸封蒸汽便會產(chǎn)生泄露并逐漸增大。

軸承箱油擋是用來密封軸承箱與汽輪機轉(zhuǎn)子之間動靜間隙的機械結(jié)構(gòu)，其作用是為防止軸承箱內(nèi)飛濺的潤滑油通過軸承箱與汽輪機轉(zhuǎn)子之間動靜間隙漏出，造成潤滑油的損耗。正常情況下軸承箱內(nèi)未微負壓狀態(tài)，所以油擋外側(cè)會有少量氣體漏入軸承箱內(nèi)，與潤滑油混合、溶解，并回到潤滑油箱。

為排出汽輪機潤滑油因高溫產(chǎn)生的油氣和潤滑油內(nèi)溶解的部分氣體，一般潤滑油箱均設(shè)置有排煙風機，致使?jié)櫥拖?、潤滑油回油系統(tǒng)及各軸承箱內(nèi)均處于微負壓狀態(tài)。正常運行情況下，軸承箱外部分空氣及少量蒸汽漏入潤滑油系統(tǒng)，可分別由潤滑油排煙風機以及油凈化裝置去除，以保證潤滑油品質(zhì)。

由于該機組中壓缸軸封片和軸承箱油擋磨損較大，且油凈化裝置未能正常投入，導致潤滑油內(nèi)水分含量超標。而水分超標的潤滑油進入密封油系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，并與氫氣接觸，發(fā)電機內(nèi)氫氣，最終導致發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降。

三、660MW發(fā)電機氫氣純度降低的處理方案

第一，由于該潤滑油凈化裝置已無法投入運行，且設(shè)備老舊、性能不足，維修價值不大。決定增設(shè)外置大型真空濾油機進行潤滑油連續(xù)過濾操作。

第二，對于中壓缸軸封片磨損增大，在機組運行中時，可在維持機組真空不降低的情況下，嘗試降低軸封蒸汽壓力，減少中壓缸軸封蒸汽泄漏量。待機組停運后，可擇機對中壓缸軸封片進行更換，并對其他汽缸軸封片進行全面檢查，發(fā)生異常磨損一并更換。

第三，對于軸承箱油擋磨問題，在機組運行中時，可通過關(guān)小汽輪機潤滑油箱排煙風機進口閥門的方法，適當降低潤滑油系統(tǒng)及軸承箱內(nèi)負壓水平，減少外部氣體及軸封蒸汽漏入軸承箱內(nèi)，進入潤滑油。待機組停運后，可采用耐磨損的材料，對軸承箱油擋進行更換。

在采用外置大型真空濾油機對潤滑油進行連續(xù)過濾、適當降低軸封蒸汽壓力和降低汽輪機潤滑油箱負壓的各項操作后，該機組發(fā)電機內(nèi)氫氣純度緩慢上升至97.80%，接近設(shè)計要求。后期仍加強對各相關(guān)系統(tǒng)監(jiān)視調(diào)整，控制發(fā)電機內(nèi)氫氣純度≥96%以上可長期維持機組正常運行。

總結(jié)：

綜上所述，660MW發(fā)電機氫氣系統(tǒng)中的氫氣純度低于98.00%時，不僅會導致發(fā)電機繞組絕緣老化及金屬部件腐蝕速度加快，而且會增加發(fā)電機通風損耗及轉(zhuǎn)子磨損損耗，影響發(fā)電機運行安全性、經(jīng)濟性。而氫氣純度下降原因可能與潤滑油凈化裝置維護不到位，致使油質(zhì)下降、軸封片或軸承箱油擋過度磨損致軸封蒸汽漏進潤滑油系統(tǒng)量增加有關(guān)。針對上述原因，運行人員可以在油凈化裝置定期投運基礎(chǔ)上，增加對潤滑油油質(zhì)化驗和油質(zhì)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潤滑油油質(zhì)劣化，并及時采取有效措施干預(yù)，維護機組的安全、經(jīng)濟運行。

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（作者單位：國能南寧發(fā)電有限公司）