王平

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建晉江，362200）

　　摘　要：本文簡述390H型發(fā)電機(jī)的密封系統(tǒng)，淺析其進(jìn)入潤滑油的原因及其造成的危害，提出了防止發(fā)電機(jī)進(jìn)入潤滑油的防范措施。

　　關(guān)鍵詞：油氫壓差；全氫冷卻；水氫氫冷卻；氫氣純度；氫氣濕度；油泥；腐蝕

　　0　引言

　　390H型發(fā)電機(jī)，引進(jìn)GE公司技術(shù)，由國內(nèi)制造，采用全氫冷卻方式。全氫冷卻發(fā)電機(jī)和水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)相比，氫氣密封更為困難，且較易進(jìn)入潤滑油。390H發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)氫氣壓力0.414MPa（氫溫40℃時(shí)），電力行業(yè)規(guī)定油氫壓差0.0345MPa。和300MW水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)相比，水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)氫氣壓力0.31MPa，油氫壓差0.085MPa。可以看出全氫冷發(fā)電機(jī)定子堂內(nèi)氫氣壓力較高，而油氫壓差反而較低，所以全氫冷發(fā)電機(jī)的密封比水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)的更為困難，全氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)更容易進(jìn)入潤滑油。GE公司TIL文件規(guī)定390H發(fā)電機(jī)油氫壓差正常范圍在0.038MPa以上，對上限定值沒有規(guī)定。使用390H發(fā)電機(jī)的電廠為了控制發(fā)電機(jī)氫氣泄漏量不超過規(guī)定值，往往采用提高發(fā)電機(jī)油氫壓差的辦法來控制氫氣泄漏量。由于油氫壓差過高，潤滑油比較容易進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，對發(fā)電機(jī)造成危害。本文簡述了390H發(fā)電機(jī)密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，進(jìn)入潤滑油的原因和防范措施，簡要說明了發(fā)電機(jī)定子進(jìn)入潤滑油后造成的危害。不言而喻，要采取一切措施防止發(fā)電機(jī)定子進(jìn)入潤滑油。

　　1　390H發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)

　　1.1發(fā)電機(jī)密封系統(tǒng)簡介

　　發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)由密封油控制裝置、油氫分離器、密封油回油擴(kuò)容器及浮子閥、軸承回油擴(kuò)容器、氫氣分離器、密封組件等組成，其中密封油控制裝置和密封組件對氫氣密封起到關(guān)鍵性的作用。密封油控制裝置的主要部件是一個(gè)儀表盤和一個(gè)油氫壓差調(diào)節(jié)閥。油氫差壓調(diào)節(jié)閥為隔膜閥，其上部位連接發(fā)電機(jī)氫氣壓力，下部位連接密封油油壓，通過螺母設(shè)定恒定的油氫差壓值。油氫差壓閥根據(jù)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力的變化，自動調(diào)整進(jìn)入發(fā)電機(jī)密封組件的密封油油壓，維持油氫差壓的穩(wěn)定，使密封油油壓略高于發(fā)電機(jī)的氫氣壓力。油氫壓差調(diào)節(jié)閥出口油壓力和發(fā)電機(jī)氫氣壓力之差稱為油氫壓差。

　　1.2發(fā)電機(jī)密封系統(tǒng)工作原理

　　整個(gè)發(fā)電機(jī)是一個(gè)密封的腔室，在前后軸端各設(shè)置了一個(gè)如圖1所示的雙層密封環(huán)，俗稱密封瓦，每個(gè)軸的密封瓦分為上密封瓦和下密封瓦，密封瓦和發(fā)電機(jī)軸之間有密封齒，密封齒與發(fā)電機(jī)軸頸有約0.076～0.381mm左右的徑向密封間隙。密封油從兩層密封環(huán)的中間進(jìn)入，從兩端流出，一端與發(fā)電機(jī)定子內(nèi)的高壓氫氣接觸，此處回油間隙較小，外加一個(gè)油擋也可減小密封油流量，充入高于氫氣壓力38.5～49.0kPa的密封油，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力在運(yùn)行中有一定的變化量，因此要求跟蹤這一變化情況，始終保持密封油壓力略高于發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣壓力，防止氫氣外漏；另一端與外界空氣接觸，回油間隙較大，因此大量的密封油從空氣側(cè)回油。由于大氣壓力基本恒定，而密封油壓力隨著發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力越高，空氣側(cè)回油的壓差就越大，空氣側(cè)的回油量增加，整個(gè)密封油系統(tǒng)的密封油流量也隨著增大。

圖1 發(fā)電機(jī)氫氣密封的機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　2　發(fā)電機(jī)進(jìn)油原因淺析

　　2.1油氫壓差偏高

　　油氫壓差設(shè)定值偏高或者因?yàn)椴僮魇姑芊庥蛪毫Χ虝r(shí)突然升高，使密封油進(jìn)入發(fā)電機(jī)。由于GE公司TIL文件未規(guī)定油氫壓差上限值，所以值班員往往會抬高油氫壓差值，以控制發(fā)電機(jī)的氫氣泄漏量。值班員操作不當(dāng)也會引起油氫壓差短時(shí)偏高。密封油系統(tǒng)投運(yùn)過程中，油氫差壓閥前后手動門開啟過快，油氫差壓閥跟蹤滯后，會使油氫差壓閥后油壓力突升；油氫差壓閥隔離檢修，進(jìn)行油氫差壓閥主路、旁路切換時(shí)，主、旁路閥門開啟程度調(diào)整配合不當(dāng)，也會使油壓力突升。

　　2.2發(fā)電機(jī)氣體置換操作方式

　　檢修前進(jìn)行發(fā)電機(jī)氫氣置換，如果定子膛內(nèi)氣體壓力下降過快，油氫壓差閥跟蹤滯后，潤滑油就會進(jìn)入發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)檢修后進(jìn)行氣體置換，如果先投發(fā)電機(jī)密封油，然后在通入置換氣體，那么在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)沒有壓力的這段時(shí)間可能就會進(jìn)入潤滑油。

　　2.3回油浮球閥卡澀

　　密封瓦氫氣側(cè)的油回到密封油回油擴(kuò)容器，在回油擴(kuò)容器內(nèi)氫氣被分離出來排出，從回油擴(kuò)容器出來的油則繼續(xù)流到回油浮球閥進(jìn)一步分離出氫氣排到廠房外。如果回油浮球閥卡澀，導(dǎo)致回油不暢，氫側(cè)回油擴(kuò)容器的油位異常升高，會引起發(fā)電機(jī)進(jìn)油。

　　2.4其它原因

　　密封瓦與大軸的間隙過大，密封齒缺損或者變形，相同的油氫差壓，進(jìn)入密封瓦氫側(cè)的油量增加，也會使?jié)櫥瓦M(jìn)入發(fā)電機(jī)。油氫差壓閥控制失靈，或者跟蹤發(fā)電機(jī)氫壓的變化反應(yīng)不靈敏，也會使發(fā)電機(jī)進(jìn)油。

　　有的電廠對發(fā)電機(jī)進(jìn)油可能不太注意，往往認(rèn)為把油污清除干凈就可以了，而不去考慮發(fā)電機(jī)進(jìn)油后所產(chǎn)生的危害。現(xiàn)就對發(fā)電機(jī)進(jìn)油產(chǎn)生的危害作具體說明，在說明之前有必要簡述一下潤滑油的腐蝕機(jī)理。

　　3　潤滑油的腐蝕機(jī)理

　　所謂腐蝕是指潤滑油中所含的侵蝕性物質(zhì)和金屬零部件、絕緣材料等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的損壞。

　　潤滑油具有腐蝕性是因?yàn)樵谥迫『唾A存的過程中混入了水份，氧氣，無機(jī)物，機(jī)械雜質(zhì)等物質(zhì)。氧氣進(jìn)入潤滑油就會受到氧化作用的影響產(chǎn)生新的物質(zhì)，比如脂肪酸，它就具有腐蝕性。潤滑油中的基本組分（烷烴、環(huán)烷烴）對金屬、絕緣材料等是沒有腐蝕的，對金屬、絕緣材料有腐蝕作用的是潤滑油中的酸類物質(zhì)（水溶性無機(jī)酸類、油溶性有機(jī)酸類、水溶性低分子有機(jī)酸類等）。成品潤滑油本身不含無機(jī)酸，引起金屬、絕緣材料腐蝕的無機(jī)酸，一是來自潤滑油加工過程中未除盡的酸類物質(zhì)，二是在使用、貯存、運(yùn)輸過程中混入的。無機(jī)酸可以直接和金屬作用生成相應(yīng)的無機(jī)酸鹽，造成化學(xué)腐蝕。有機(jī)酸包括油溶性的高分子有機(jī)酸和水溶性低分子有機(jī)酸類兩種、在加工過程中，潤滑油基礎(chǔ)油中所含的有機(jī)酸類絕大部分都已被除去，引起金屬、絕緣材料腐蝕的有機(jī)酸類，主要是潤滑油使用過程中產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物，比如低分子有機(jī)酸。低分子有機(jī)酸在有水份存在的情況下對金屬、絕緣材料的腐蝕作用十分強(qiáng)烈，其腐蝕性隨分子量的增大而減弱。潤滑油的腐蝕性用腐蝕度來表示。

　　潤滑油中的腐蝕性物質(zhì)以及氧化產(chǎn)物對發(fā)電機(jī)零件的腐蝕程度，用潤滑油的腐蝕度加以評定。腐蝕度是通過腐蝕度試驗(yàn)得到的，測定原理是利用粘附在金屬表面的潤滑油薄膜，間斷地與空氣接觸發(fā)生氧化并引起對金屬的腐蝕。測定時(shí)，試驗(yàn)油的溫度保持在140℃，將已知重量的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的金屬片，以15次/min浸入試驗(yàn)油的速度連續(xù)試驗(yàn)50h，Z后測出金屬片減輕的重量，以g/m²表示，這個(gè)Z后減輕的金屬重量就是該試驗(yàn)潤滑油的腐蝕度。

　　4　390H發(fā)電機(jī)進(jìn)入潤滑油的危害淺析

　　4.1使發(fā)電機(jī)的氫氣純度降低

　　沿大軸漏入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的潤滑油，混入氫氣后形成油氫混合物，然后被高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子甩出形成霧化狀態(tài)的油霧。霧化程度不高的油氫混合物附著在發(fā)電機(jī)端部的繞組、氫氣冷卻器、端蓋等部件上，然后凝集流入發(fā)電機(jī)底部；霧化程度較高的油氫混合物跟隨發(fā)電機(jī)膛內(nèi)的氫氣彌漫于發(fā)電機(jī)內(nèi)部，使發(fā)電機(jī)膛內(nèi)的氫氣純度降低。電力行業(yè)規(guī)定：“一般要求發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度保持在96%以上，低于此值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行排污”。一般情況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)膛內(nèi)的氫氣壓力不變時(shí)，氫氣純度每降低1%，其通風(fēng)摩擦損耗大約增加11%，從而降低發(fā)電機(jī)的效率。發(fā)電機(jī)損耗增加，產(chǎn)生的熱量隨之增加。霧狀的油氫混合物跟隨氫氣走過一段距離后，可能有部分或者全部潤滑油從氫氣中分離出來。只要發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)不變、漏油的狀態(tài)也不變，那么就會在發(fā)電機(jī)的某個(gè)局部形成一個(gè)氫氣純度比較低的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的散熱條件變差，出現(xiàn)熱量滯留累積，Z終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)局部過熱。發(fā)電機(jī)局部過熱會引起發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣或鐵芯絕緣老化甚至擊穿。

　　4.2使發(fā)電機(jī)的氫氣濕度超標(biāo)

　　潤滑油里的水分會使發(fā)電機(jī)膛內(nèi)的氫氣濕度超標(biāo)，氫氣濕度超標(biāo)有3個(gè)方面的危害：

　　（1）氫氣濕度超標(biāo)造成發(fā)電機(jī)定子線圈端部短路事故。氫氣濕度越高，氫氣中的水分越多，氣體的介電強(qiáng)度就越低，定子繞組受潮，絕緣電阻降低，從而降低了絕緣表面的放電電壓，發(fā)電機(jī)端部引線的瓷絕緣套管容易發(fā)生沿面閃絡(luò)造成端部短路事故。在電力行業(yè)，類似的事故是發(fā)生過的。

　　（2）氫氣濕度超標(biāo)造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。氫氣濕度高，將對其接觸的金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，而應(yīng)力腐蝕與金屬氫脆相互起到催化作用，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的腐蝕加劇，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。據(jù)有關(guān)資料介紹，對非18Cr18Mn材料的護(hù)環(huán)，氫氣相對濕度在50%以上是，對其應(yīng)力腐蝕將急劇加速；即使是采用18Cr18Mn材料的護(hù)環(huán)，氫氣相對濕度在80％以上時(shí)，同樣會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。由于應(yīng)力腐蝕使護(hù)環(huán)產(chǎn)生裂紋，同時(shí)絕緣瓦松動，引起絕緣瓦與護(hù)環(huán)端部轉(zhuǎn)子線圈摩擦，有可能引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈接地或短路。

　　（3）影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。由于氫氣中濕度大，水分高，使氣體密度增大，增加了發(fā)電機(jī)通風(fēng)損耗，降低了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。

　　4.3產(chǎn)生油泥賭賽發(fā)電機(jī)冷卻通道

　　油霧跟隨氫氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子繞組、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組的通風(fēng)道（或通風(fēng)孔）中，沉積為油泥賭賽冷卻通道，影響發(fā)電機(jī)的通風(fēng)和散熱。嚴(yán)重時(shí)會引起定子繞組、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組的通風(fēng)道賭賽，出現(xiàn)局部過熱，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)局部絕緣事故。油泥是一種比較穩(wěn)定的油水乳狀體與多種雜質(zhì)的凝聚物。390H發(fā)電機(jī)在制造的時(shí)候難免會在一些衛(wèi)生死角留有灰塵和制造垃圾，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中會因?yàn)槲⒄穸鸾^緣材料和鐵芯產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生絕緣粉末，電力行業(yè)俗稱“黃粉”。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，帶黏性的油霧在氫氣帶動下卷走發(fā)電機(jī)內(nèi)部的部分灰塵、制造垃圾和絕緣黃粉，Z終形成黑色的凝聚物-油泥。

　　發(fā)電機(jī)的黑色油泥屬于低溫沉積物，390H發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)定子線棒溫度在60℃左右，處于低溫運(yùn)行狀態(tài)。和轉(zhuǎn)子相比，發(fā)電機(jī)定子線棒、鐵芯的冷卻通道被黑色油泥堵塞的可能性要大得多，因?yàn)檗D(zhuǎn)子在運(yùn)行中處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，沉積的油泥會被高速甩出。

　　4.4腐蝕發(fā)電機(jī)絕緣材料和端部部件

　　潤滑油附著在發(fā)電機(jī)定子端部繞組、絕緣墊條、波紋板、密封圈等表面上，會對定子繞組環(huán)氧云母帶，定子線棒的絕緣墊條、側(cè)面波紋板，定子端部密封條等部件產(chǎn)生溶解侵蝕作用，這種溶解侵蝕作用是一個(gè)漫長的腐蝕過程，這些部件長期受到潤滑油的侵蝕，慢慢地也會降低甚至失去它應(yīng)有的作用。390H發(fā)電機(jī)端部的密封圈受到潤滑油腐蝕后，它的伸縮性就會變差，密封圈的直徑會變大，出現(xiàn)局部隆起現(xiàn)象，密封性變差。

　　5　發(fā)電機(jī)進(jìn)油的防范措施

　　5.1確定合理的油氫壓差上限值

　　GE公司TIL文件規(guī)定390H發(fā)電機(jī)油氫壓差正常范圍在0.038MPa以上，但是對0.038MPa以上的上限定值沒有規(guī)定。油氫壓差的上限值需要根據(jù)390H發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況由燃?xì)怆姀S自己確定，每臺發(fā)電機(jī)的合適油氫壓差的上限值可能會各不相同。為摸索并確定390H發(fā)電機(jī)油氫壓差的上限值，在發(fā)電機(jī)檢修前和檢修后，建議用戶對每臺發(fā)電機(jī)的油氫差壓、密封油總流量、氫側(cè)回油量以及進(jìn)油檢查情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對比，制作統(tǒng)計(jì)表，根據(jù)統(tǒng)計(jì)表調(diào)整油氫壓差的上限值。經(jīng)過多次調(diào)整和檢查發(fā)電機(jī)的進(jìn)油情況，Z終確定合適的發(fā)電機(jī)油氫壓差上限值。

　　5.2調(diào)整密封油系統(tǒng)的投退操作方式

　　在發(fā)電機(jī)氣體置換，密封油投退的操作過程中，避免在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)沒有氣壓（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的情況下投密封油，應(yīng)該始終保證在投密封油前，發(fā)電機(jī)膛內(nèi)有高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓接近額定氫壓的氣體壓力。發(fā)電機(jī)檢修前置換氫氣，Z后氫氣置換成空氣后，保持發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)有一定壓力的壓縮空氣，然后停運(yùn)密封油系統(tǒng)，讓膛內(nèi)壓縮空氣自由外泄降壓。發(fā)電機(jī)檢修后發(fā)電機(jī)定子堂內(nèi)置換成CO₂，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)沖到有一定壓力的CO₂氣體后，在有微量CO₂氣體外泄的情況下投入發(fā)電機(jī)密封油把CO₂氣體封住，然后再沖入氫氣把CO₂置換掉。這種操作置換方式，在置換過程中會有少量的空氣和CO₂從發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)泄漏出來，但是可以保證在置換過程中，潤滑油不會因?yàn)椴僮鞯脑蜻M(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部。

　　5.3做好發(fā)電機(jī)密封系統(tǒng)的點(diǎn)檢定修工作

　　定期檢查發(fā)電機(jī)密封環(huán)、測量密封間隙，保證發(fā)電機(jī)密封環(huán)的完好性和密封間隙在合格范圍內(nèi)。定期檢查密封系統(tǒng)的油氫壓差控制閥、回油浮球閥、各種信號探測器等部件，保證發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)所有部件的完好性和工作的靈敏性。只有保證了發(fā)電機(jī)密封系統(tǒng)的完好性和工作的可靠性，才能有效的防止?jié)櫥瓦M(jìn)入發(fā)電機(jī)。

　　6　結(jié)語

　　全氫冷卻390H發(fā)電機(jī)在氫氣密封的環(huán)節(jié)不如水氫氫冷卻的發(fā)電機(jī)已有的多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，比較容易進(jìn)入潤滑油。使用390H發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠為了控制氫氣泄漏量不超標(biāo)，往往毫無顧忌地提高油氫壓差，這可能也是發(fā)電機(jī)進(jìn)入潤滑油的主要原因。抬高390H發(fā)電機(jī)油氫壓差的思想根源，可能就在于GE公司只對油氫壓差下限值作了規(guī)定，但對0.038MPa以上的上限定值并未作規(guī)定和說明。油氫壓差的上限定值多少為合適，這可能要靠國內(nèi)使用390H發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠長時(shí)間地摸索與總結(jié)，在實(shí)踐中不斷試用油氫壓差的多個(gè)上限值并每次檢查發(fā)電機(jī)內(nèi)部的進(jìn)油情況，Z終確定合適的油氫壓差上限值。

　　潤滑油進(jìn)入發(fā)電機(jī)造成的傷害是非常嚴(yán)重的，會引起發(fā)電機(jī)端部繞組短路，定子繞組局部過熱，轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)開裂，定子鐵芯局部過熱損壞等事故，這些事故分別是《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求及編制釋義》第10.2、10.6、10.8、10.10條規(guī)定需要注意防止的，所以要采取一切措施防止?jié)櫥瓦M(jìn)入全氫冷發(fā)電機(jī)。

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