300MW氢冷发电机出线套管漏氢分析和治理

300MW 氢冷发电机出线套管漏氢分析和
治理
摘要：氢冷发电机漏氢是影响机组安全运行的重大隐患,《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》对防止漏氢提出了具体要求。

由于发电机出线套管运行中有很高的电压,出线套管部位的漏氢缺陷很难提前发现,发电机出线套管漏氢,造成封闭母线爆炸的恶性事故时有发生,运行中只有通过在线检氢装置来监视、判断出线套管是否漏氢,一旦发现漏氢往往只有停机处理。

机组大修时,使用单位只有通过发电机整体气密试验来判断是否存在泄漏,而此时已临近大修结束,一旦发现泄漏,处理工作往往造成大修延期。

因此采取措施彻底根治出线套管部位漏氢缺陷是发电厂急需解决的技术问题。

关键词：发电机出线套管漏氢密封治理措施
一、引言
发电机在正常运行状态下，机内氢压不能保持额定植，影响发电机的冷却能力，即影响发电机的出力。

氢气消耗过大，导致制氢站补给困难。

发电机周围氢气弥漫，周围存在着励磁电刷火花、摩擦静电、机械撞击火花以及动火作业等许多引燃因素，对于氢冷发电机而言，一旦在某一个薄弱环节或节点出现漏氢，在一定条件下存在引燃因素，将会引发氢爆、火灾，轻则在发电机本体周围发生气体爆炸，烧毁各种可燃设备；重则火源直接引燃发电机内部氢气，引发内部爆炸，后果不堪设想。

本文着重介绍发电机定子出线套管法兰的漏氢原因分析及治理措施。

二、问题的提出
氢冷式发电机处于运行状态时，其内部的氢气气压为0.3 MPa左右，高于外部空气压力，所以氢气容易从任何一个细小缝隙、沙眼泄漏出来。

氢气泄漏后在
空气中扩散将减小它的危害性，但如果在空气不流通的情况下氢气聚集某一位置，当其浓度达到一定值时，极易引发火灾和爆炸，给安全生产带来严重的事故后果。

张家口发电厂有8台机300MW东方电机厂生产的水氢氢发电机组，自1991年8月到2001年12月陆续投产以来，历经了近30年的运行时间。

尤其近几年发电机组经常出现出线套管漏氢问题，有许多次都必须停机处理，更换新的密封垫及密封垫圈。

然而有的机组再更换完密封垫后没多久再次出线漏氢情况，消耗了大量的人力物力和时间，同时还降低了机组的产能，危害了生产的安全性。

三、漏氢情况经过及应急措施
1、2015年6号机组A级检修，6号发电机在大修工作中更换了出线侧及中性点侧6支套管的密封垫和密封圈。

2、2016年某月，发电机漏氢光字报警。

就地检查发现B相出线封母筒内有氢气且含量较高（超过4%），打开封母筒呼吸器排氢。

次日，继续测量封母内仍然含有氢气（超过4%），确定发电机B相出线套管漏氢。

3、速启动应急措施：①控制每次发电机补氢压力不超过0.290MPa，防止过高压力致使漏点扩大。

②尽量减少漏点附近（汽机房6.5米发电机出线封母）的工作票办理，尤其是动火工作票。

如必须办理工作票，请在开工前测量空气中氢气含量。

③同时在发电机出线及中性点周围用警戒线设置安全围栏，并在警戒线上粘帖“漏氢区域，严禁烟火，请勿靠近”警示标志。

并告知在汽机房6.5米区域作业的保洁人员:不要进入围栏内作业，完成清洁工作后立即离开，不要在6.5米平台处逗留。

④点检人员每天两次测量6号发电机励磁碳刷隔音罩内和6瓦处氢气含量。

4、2016年某月，6号机组停备，处理6号发电机B相出线套管漏氢。

四、漏氢原因分析
1、套管密封结构（图一）：套管密封件由一个密封垫和O型密封圈对整支套管的三个位置起密封作用：第一处：由密封垫对套管瓷瓶与1号密封兰盘平面
进行密封；第二处：由O型密封圈外圈对1号密封兰盘内斜面进行密封；第三处：由O型密封圈内圈对导电杆伸出1号密封兰盘处密封。

图一、发电机出线套管密封结构图
2、密封结构存在的问题：密封垫、密封圈及1、2号密封兰盘全部由带螺纹的锁紧兰盘通过螺纹旋转压紧密封，密封垫与密封圈受到的压力相同。

然而实际情况却是密封垫在达到最佳密封效果所需要的力要小于O型密封圈达到密封效果的力。

所以为了保证O型密封圈的密封效果就必须用大于密封垫压力的力矩锁紧，从而导致密封垫外外溢，密封面积减少，弱化了密封效果。

1号密封兰盘密封面宽度约为45mm，实际拆下的密封垫压接面最大宽度约为25mm。

3、由于1号密封兰盘是铝制兰盘，硬度较低，经过多次除胶、打磨，内圈直径变大，导致O型密封圈内圈对导电杆伸出1号密封兰盘处密封接触面积减小，密封强度变弱。

本次检修中更换了1号密封兰盘备件，为了进一步增加导电杆出密封的接触面，对备件兰盘车削掉0.3mm。

4、导电杆有纵向划痕，与密封圈表面形成漏氢通道，导致套管漏氢。

5、瓷套管尾端的密封结构采用的是密封平垫与O型密封圈结构，由于二者的热膨胀系数不一致，在机组运行工况变化时（如机组停机）也可能会引套管漏氢。

五、漏氢治理方法
1、将1号密封兰盘上的同心双圆V型槽改造为单圆凹槽，将原密封垫改为截面与凹槽尺寸相适应的T型垫圈，安装时将T型垫圈镶嵌在凹槽内，从而保证在锁紧的时候密封垫不外溢，达到更好的密封效果。

T型密封垫圈彻底解决了装配中密封垫外溢而造成的密封面积及密封强度不够的问题。

同时因为将原密封垫改为T型密封圈，T型密封圈与O型密封圈二者的热膨胀系数基本一致，在机组运行工况变化时（如机组停机）引起套管漏氢的几率降低。

图二、密封垫及1号密封兰盘改造前剖面图
图三、T型密封垫及1号密封兰盘改造后剖面图
2、对导电杆表面的纵向划痕，使用细砂纸仔细的打磨，将划痕处形成的凹槽打平，便于与密封圈表面接触，防止因为划痕凹槽形成漏氢通道，导致套管漏氢
3、由于1号密封兰盘是铝制兰盘，硬度较低，经过多次除胶、打磨，内圈直径变大，导致O型密封圈内圈对导电杆伸出1号密封兰盘处密封接触面积减小，密封强度变弱。

将1号密封兰盘车削掉0.3mm，增加了O型密封圈的压缩量，进一步增加导电杆处密封的接触面。

4、进行发电机整体气密试验，机内气压0.3 MPa，密封油压0.38 MPa，温度为38℃，用肥皂水初步检查套管部分的密封情况，没有出现漏氢现象，经过24小时气密试验，测得机内气压为0.299 MPa，密封油压0.38 MPa，温度为37℃，气密试验优。

机组可以投入运行，运行24小时内，每隔八小时进行一次漏氢检测，没有发现漏氢现象。

六结论
通过对发电机套管漏氢现象的分析，结合实践经验，对出线套管密封部件的改造，彻底消除了发电机出线套管漏氢的情况，至今6号机发电机B相套管未出现漏氢情况。

参考文献：
[1].QFSN-300-2-20型汽轮发电机出厂文件，东方电机厂
[2].邵维廉。

“火力发电厂危险点分析及预控措施”，中国电力出版社，2002.
[3].李伟清。

“汽轮发电机故障检查分析及预防”，中国电力出版社，2002.。