600MW超临界机组发电机氢气纯度下降原因分析及对策

600MW超临界机组发电机氢气纯度下降华能沁北发电有限责任公司河南省济源市459000
摘要：氢内冷汽轮发电机氢气纯度直接影响了机组安全经济性运行，影响氢
气纯度的因素很多，本文主要通过对密封油系统和密封瓦结构的分析，排查氢气
纯度下降的原因，并总结针对性的对策，对于大容量火电机组运行中查找氢纯度
下降有很好的借鉴意义。

关键词:发电机、双流环密封油、密封瓦、氢气纯度
1、引言
对于绝大数氢冷机组而言，氢气纯度不合格，将会直接影响机组的安全。

如
果氢气纯度下降至爆炸范围内，在一定的条件下可能会引起发电机内氢气爆炸；
氢气纯度不合格将导致冷却效率降低，造成机内构件局部过热；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等危害，因此针对运行中氢气纯度下
降的影响对于机组安全运行有较强的实际意义。

2、设备概况
QB厂600MW 超临界机组发电机为哈尔滨电机厂生产，型号为QFSN-600-
2YHG同步交流发电机。

冷却方式水氢氢，即定子绕组为水内冷，定、转子铁芯及
转子绕组为氢气冷却。

密封油系统采用双流环式密封瓦，密封油系统是为QFSN-650-2型汽轮发电机设置的辅助系统，它向发电机机汽、励端密封瓦提供连续不
断的密封油，密封发电机内的氢气，防止向外泄露。

该密封油系统为集装式，与
发电机的双流环密封瓦相对应。

在密封瓦内设有两个供油槽，形成独立的氢侧和
空侧的密封油系统。

主要由3台空侧密封油泵（其中一台为直流），3台氢侧密
封油泵（其中一台为直流），空、氢侧各两台冷却器、过滤器，一个空侧回油箱，一个氢侧回油箱，压差阀、平衡阀等部件组成。

3、氢气纯度下降原因分析
图1：双流环密封油系统图
按照双流密封油结构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。

但实际运行中由于设备结构等方面很难控制空侧密封油和氢
侧密封油压力的平衡。

氢气纯度下降原因分析：
3.1密封瓦处油窜流
在运行过程中发电机机内的氢气与密封油系统中的氢侧密封油相接触，氢侧
密封油中若溶解有大量的空气，将会严重污染机内氢气。

所以发电机氢侧密封油
空气含量的增加是机内氢气纯度下降过快的主要原因。

正常情况下密封瓦中的空
侧和氢侧密封油具有几乎相同的压力，但实际运行中由于设备结构等方面很难控
制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。

若空侧密封油压高于氢侧密封油压，则含有大量空气的空侧密封油向氢侧密
封油窜油，此时窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部份空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。

同时空侧向
氢侧窜油也一定程度的排挤了氢侧油，使氢侧的进油减少，这将加大油污染。

若氢侧密封油压高于空侧密封油压，则氢侧密封油向空侧密封窜油，此时将
使回到氢侧密封油箱中的油量减少油位降低，为了保证系统安全运行，将自动向
氢侧密封油箱中补油。

这样就将含有大量空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。

因此，无论空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，还是氢侧密封油压力大于
空侧密封油压力，都将使从轴承回油来的空侧密封油夹带的油烟、水气等通过与
氢侧密封油交换而进入氢侧密封油系统，再通过密封油内油档被发电机吸入发电
机内，造成发电机内氢气污染，氢气纯度下降，补氢量增大。

图2：密封瓦结构示意图
3.2氢侧油箱中的自动补排油阀故障
氢侧油箱中的自动补排油阀故障导致在氢侧油箱中的空侧和氢侧油大量交换，使含有大量空气的空侧回油进入氢侧油箱，一方面在氢侧油箱中直接析出空气而
直接进入发电机；另一方面其作为氢侧油在密封瓦中析出空气进入发电机。

浮球阀因各种原因不能正常开启或关闭，这样将导致密封油系统中自动补排
油的功能失常。

有以下三种情况：
a．排油阀出现故障处于常排状态，则系统为了氢侧密封油箱油位的稳定，
就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，此时补油阀将进行
连续补油。

b．补油阀出现故障，处于常补状态，系统就会不断地将含有大量空气的空
侧密封油补入氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加，此时排油阀将进
行连续排油。

c．补排油阀都失去了正常的功能，此时发电机密封油系统中的氢侧密封油
箱则处于一个连续补排油的动态平衡状态，将大量含有空气的空侧密封油补进了
氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。

3.3差压阀工作不正常
大型机组要求差压阀具有良好、灵敏的跟踪性能和富余的调节范围。

维持油
氢差压的任务是由差压阀来完成的。

如果差压阀工作不正常将可能出现密封油直
接进入发电机内的现象。

同时由于差压阀工作的不正常会引起平衡阀也做出相应
的跟踪调整从而加速了空、氢侧的窜油。

3.4平衡阀工作失常
目前平衡阀要求的精度为±50毫米水柱（±490Pa），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，不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，使空、氢
侧密封油之间的窜流增大，进而造成氢气污染、增大补氢量增大。

3.5发电机密封油含水超标
从系统设置可以知道，发电机密封油系统首次启动时其油来自汽轮机润滑油
系统。

而在正常运行中，密封油和大机轴承的回油是在一起的，只不过是一部份
进入密封油而另一部份进入大机油箱。

在汽轮机运行中，由于各种原因使油中含
水过高，在密封瓦处蒸发形成水蒸汽进入发电机使氢气纯度下降。

3.6补油方式不合理
现在的补油方式在补油的过程中会将含有大量空气的空侧密封油补进氢侧密
封油箱，使氢侧密封油的含空气量增加。

我们的氢侧补油直接由空侧油泵出口或
备用油源补入。

这种未经过油气分离的油直接补入氢侧油箱将直接导致氢气纯度
的下降。

3.7空侧密封油排烟风机故障或者出力不够
排烟风机主要作用是抽出空侧油中的空气和氢气，若排烟风机故障或者出力
不足，导致空侧油中的空气不能有效的被抽出，将增大氢气污染概率。

3.8密封瓦与发电机转子间隙增大
从密封瓦与转轴间沿转轴的轴向流向空侧和氢侧的油流称为轴向流动，当空、氢侧密封油压差保持一定时，空、氢侧密封油的交换量与密封瓦的间隙的成正比。

间隙变大，交换量增加，空侧密封油中携带的空气、水分等通过交换进入氢侧密
封油中，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机氢气中污染氢气，降低氢
气纯度。

4、氢气纯度下降对策
4.1保持密封油油氢差压。

保持油氢差压在0.084MPa，防止空气漏入和氢气
外漏。

4.2密封油平衡阀。

加强平衡阀日常维护，尽量保证汽端和励端平衡阀差压
为0pa,防止因平衡阀引起的空氢侧窜流。

4.3控制密封油温度。

加强对密封油温度日常调整，保证冷油器、滤网可靠
正常的工作。

保证油温在合理的工作范围内。

4.4密封油排烟风机。

保证密封油排烟风机正常可靠的运行，定期对排烟口
氢气含量的测量，并做密封油油质。

增加对密封油油质化验的频次，保证油质清
洁在合理的范畴内。

4.5氢气干燥器。

日常加强对氢气干燥器系统检查与维护，加强系统排污。

4.6氢气和密封油系统维护。

加强对氢气压力及纯度的监视，发现漏氢量不
正常，立即查找原因并处理，并利用机组检修期间对密封油系统及部件的检查维护。

5、结语
综上所述，导致发电机氢气纯度的下降原因有些是可控的，有些是不可控的，可控的就要求我们运行中严密监视，加强分析，做好预想，现场加强巡检，发现
问题及时处理，方能保证机组安全稳定的运行。

参考文献：
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