大型氢冷发电机组密封油系统故障分析及应对策略

大型氢冷发电机组密封油系统故障分析及应对策略

抄 勇 曹阳 郑运 陈二强 陈靖

（1河南省电力公司电力科学研究院，河南 郑州 450052；

2华润电力登封有限公司，河南 登封 452473； 3中广核工程有限公司，广东 深圳 518124）

【摘要】鉴于近年来大容量高参数氢冷发电机的广泛应用，发电机密封油系统愈显重要。本文综述了当前大型氢冷发电机组密封油系统常遇故障分析及应对策略。 【关键词】大型发电机组 密封油 故障分析 应对策略

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Fault Analysis and Handling Tactics of Large-scale Hydrogen-cooling

Generator Sealing Oil System

Chao Yong1, Cao Yang2, Zheng Yun2, Chen Erqiang1, Chen Jing3

( 1HAEPC Electric Power Research Institute, Zhengzhou, Henan, P.R.C, 450052 2Huarun Electric Dengfeng Power Generation Co. Ltd., Dengfeng, Henan, P.R.C, 452473 3China Nuclear Power Engineering Co. Ltd., Shenzhen, Guangdong, P.R.C, 518124)

[Abstract] Along with the widespread application of large-volume & high-parameter hydrogen-cooling Generator in recent years, the sealing oil system of Generator is getting more and more important. So the article as following states comprehensively the analysis and handling tactics of often-happened fault and problems on the sealing oil system of large-scale Generator used currently.

[Key Words] Large-scale Generator unit, Sealing Oil, Fault Analysis, Handling Tactics 前言

近些年来，大容量高参数氢冷发电机广泛应用，发电机密封油系统愈显重要。密封油系统根据密封瓦型式通常分为两类，一类是盘式，中等容量发电机采用这种型式，这里不再赘述；另一类是环式，分为单流、双流及三流环三种型式。目前单流环及双流环应用普遍。本文综述了当前大型氢冷发电机组单流及双流环式密封油系统常遇故障分析及应对策略。

1 两种型式密封油系统简要介绍

单流环式供油系统只有1套，不分氢空侧。正常运行时，汽轮机来润滑油进入密封油真空箱，经密封油泵升压由差压阀调节至合适压力，再经滤网过滤后进入发电机密封瓦。空侧回油进入空气析出箱，氢侧回油进入膨胀箱后向下流入浮子油箱，再依靠压差流入空气析出箱。

双流环式油系统 氢、空侧油系统各自独立，油压相等，油流分开，

油量无交换。发电机运行中密封油压高于氢压，该差值由差压阀调节实现。空氢侧油压由平衡阀调节。双流环式油系统无真空净油装置，对平衡阀和差压阀质量要求高，既保证空氢侧油压平衡，又维持油氢间稳定差压。

两种型式密封油系统如前所述，各有优缺点，单流环式结构简单，有油水分离装置，能将油中水分除去后进入密封瓦，起到降低氢气湿度的作用，但漏氢量较大。双流环式结构稍复杂，要求平衡阀和差压阀质量可靠，否则会增高机内氢气湿度，其漏氢量较少。 2 发电机密封油系统常遇故障例举

表1 近年来河南电网大型氢冷发电机组密封油系统常遇故障

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 电厂/机组容量 某电厂2×630MW 某电厂2×390MW 某电厂2×630MW 某电厂2×600MW 某电厂2×600MW 某电厂2×1030MW 某电厂2×350MW 某电厂2×600MW 厂家/冷却方式 东电/水、氢、氢 上电气/水、氢、氢 东电/水、氢、氢 东电/水、氢、氢 东电/水、氢、氢 哈电/水、氢、氢 上电/氢 哈电/水、氢、氢 密封型式 单流环 单流环 单流环 单流环 单流环 单流环 双流环 双流环 发生故障例举 密封油膨胀箱满油 发电机氢气压力迅速下降 汽轮机冲转期间发电机轴端漏氢 密封油泵出口压力低 真空油箱真空低 发电机进油A 发电机进油B 发电机进油B

3 发电机密封油系统常遇故障分析及应对策略

3.1 密封油膨胀箱满油、氢气压力迅速下降、汽轮机冲转期间发电机轴端漏氢

现象1：主油箱油位呈现下降趋势，就地确认主油箱油位缓慢下降，全面检查排除润滑油系统无外部漏油，检查密封油真空油箱油位正常。发现浮子油箱油位不正常升高，此时密封油膨胀箱高油位报警，立即开启浮子油箱旁路阀调整油位，主油箱油位逐渐恢复，密封油膨胀箱高油位报警消失。联系维护人员用橡皮锤振打后，浮子油箱油位逐渐稳定。缓慢关闭其旁路门，观察油位调节正常。 现象2：监盘发现发电机氢压迅速下降，检查发现浮子油箱油位不正常降低，油位计已经看不到油位，回油管有气流声音，立即关小浮子油箱底部回油总门，使浮子油箱油位逐渐恢复正常，此时回油管内气流声音消失，发电机内氢压稳定。联系维护人员用橡皮锤振打后，浮子油箱油位逐渐稳定。缓慢开启油箱底部回油总门，观察油位调节正常。

现象3：汽轮机冲转至1700r/min左右正在过临界区期间，就地人员汇报发电机轴端有火花、弧光现象，判断发电机漏氢，与此同时监盘发现密封油泵跳闸、备用泵联启后亦跳闸，果断联系热工解除低油位跳泵逻辑，启动油泵，同时派人就地手动调节差压阀的旁路阀，并联系维护人员检查振打浮子油箱，使得油位正常。由于应对策略正确及时，机组得以正常安全启动。

原因分析：密封油浮子阀卡涩是密封油系统常遇故障，多台机组机组多次出现。浮子油箱油位控制比较精密，在很小范围内波动，时间久了，浮子阀阀芯或调节机构局部磨损，造成油位调节呈非线性特性或阀芯磨损不能关闭严密，工况变化幅度大时调整不过来。经验表明，汽轮机冲转或惰走过程中、氢压变化大时易出现浮子阀卡涩，需特别注意。另外，由于冲转过程中密封油供油量的增大，

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会使母管油压降得很低，有时联启备油泵，此时倘若发生回油不畅，势必造成真空油箱油位极低导致跳泵，带来更大的危险和损失。浮子油箱油位升高另因是浮子阀球体漏，油进入内，不能真实反应/调节油位。

应对策略：补氢、排氢、氢气置换操作和汽轮机冲转、停机惰走过程中，经常检查浮子油箱油位和主油箱油位变化趋势，发现异常及时处理；定期通过节流浮子油箱进出口门，使油位升降，让浮子阀在较大范围动作，人为活动浮子阀，避免浮子卡涩和局部磨损；启动冲转过程中，派专人到就地手动调节密封油压，防止意外发生；大小修中，定期检查浮子阀球体和各部调节机构活动情况，认真排查处理。

3.2 真空油箱真空低、密封油泵出口压力低

现象1：真空油箱正常运行高于-95kPa，利于油中汽水析出。运行发现低真空报警，就地观察真空油箱真空低于-90kPa。真空泵油位正常，真空破坏阀严密关闭，真空泵声音沉闷，排查发现真空泵出口管道油水分离器水位高造成管道水堵，导致焖泵。立即放尽分离器，运行声音逐渐正常，真空恢复。 现象2：机组带负荷运行期间，A密封油泵运行，低油压报警，备用B油泵联启，低油压消失。检查就地油泵运行正常，试着启动A油泵停B油泵后，低油压信号再次发出，备用B油泵再次联启。怀疑A油泵故障，切换为B油泵后，系统正常。

原因分析：造成真空油箱真空低的原因不外乎①真空泵本身故障；②真空破坏门关闭不严或内漏；③分离器水位高造成管道水堵，真空泵打焖泵。这种情况较少见，在氢气除湿装置异常造成湿度过大时出现。真空油箱分离水分较多，如检查不到位，放水不及时，就会出现此类故障。推广到其它排烟、排气系统，如主油箱排烟风机出力低，轴加风机出力低等，同比注意。造成密封油泵出口压力低的原因有三点，油位低可排除，泵体内部故障亦可排除，联想曾遇过凝泵机械密封水压低造成凝泵出力下降现象，密封油泵亦处高真空下工作，机械密封如有轻微漏气势必造成出力下降。决定，对A油泵机械密封处涂抹黄油，再次启动A油泵后，油压恢复正常，低油压信号未再发出。 应对策略：制定制度，对真空泵出口管道油水分离器定期检查、及时放水；调节真空油箱真空在90～95kPa，不宜太高，以免油泵机械密封轻微泄漏时影响机组安全运行；自真空泵入口管道至大机真空泵增加一路同等口径管子，这样多一套调节手段也可救急使用；检查记录运行油泵的出口压力和真空油箱真空的对应关系利于日后判断分析；更换高质量的机械密封。 3.3 发电机进油A（单流环系统）

现象：机组运行中膨胀箱高油位报警，发电机底部油水探测器有油，主油箱油位降低，发电机进油。

首先放油，同时降低膨胀箱油位，防止发电机绝缘水平降低。采取从发电机底部油水探测器和膨胀箱油水探测器处放油，专人监视，直到放出氢气为止。

原因分析：放油过程中，检查浮子油箱油位稳定，测温仪测量浮子油箱顶部至膨胀箱稳压平衡管温度高达55℃，与油温相同。正常情况下该平衡管内流动为氢气，温度应为等同氢温43℃。此现象证

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明平衡管充满油，浮子油箱析出氢气无法正常返回膨胀箱，在浮子油箱内积聚憋压，导致膨胀箱油无法流入浮子油箱。发生该现象的原因是膨胀箱油位高过平衡管口侵入气空间。当油位放至正常后检查平衡管温度逐渐下降，恢复平衡功能，使膨胀箱油能顺畅流入浮子油箱。但是，系统稳定运行一段时间后，在浮子阀箱油位稳定的情况下，膨胀箱高油位再报警，油水探测器能放出油来。

调用历史曲线，发现发电机两端密封油压力大修前后发生了变化。大修前，汽端油压比励端低2kPa，大修后，汽端油压比励端低5kPa。而发电机密封瓦进油是根母管。因此怀疑汽端进油量大，氢侧回油至膨胀箱油量也相应大，膨胀箱中间隔板两侧压力和油位不一致，汽端压力低而油位高。理论讲，如使隔板两端压力平衡，膨胀箱汽端油位应比励端高340mm（按压差3kPa、油密度880kg/m3计算），但膨胀箱汽端无高油位报警测点，只当膨胀箱汽端满油，通过顶部平衡管进入励端，励端油位升高发出报警，同时将浮子油箱顶部至膨胀箱压力平衡管堵塞，致使回油不畅，加剧油位上升。

联系检修人员获悉，大修中，调整过密封瓦间隙，使得汽端密封瓦间隙增大，进油量增加。空侧回油回到主油箱，属无压回油，不可能造成回油困难；氢侧回油复杂，属有压回油，如平衡管堵，致使回油不畅、膨胀箱油位升高。另因设计原因，膨胀箱汽端未设计高油位报警测点，致使高油位时无法发现，延误战机。密封油是汽机中较为复杂系统，测点设计少，不便于分析处理问题。如果机组运行稳定一般没有问题，倘若发生问题不易解决。

应对策略：将膨胀箱汽端底部放油门后加装短管，直接引到空气析出箱，通过放油门将膨胀箱汽端油位调整平衡，既不低至漏氢，也不高至满油。摸索调整，终于平衡，暂时解决了问题，日后利用停机机会调整密封瓦间隙，再次启动后，汽励端密封油差压回到原始；膨胀箱汽端增设高油位报警测点，监视油位异常；

3.4 发电机进油B（双流环系统）

现象：发电机底部油水探测器发现油，主油箱油位降低，发电机进油。

原因分析：造成发电机进油可能是氢侧回油箱油位控制不当，满油溢入发电机，也可能密封瓦配油槽处油压过高进入发电机。所以氢侧回油箱液位控制及密封油压力调整是两个重要环节。密封油差压阀保持空侧油压大于氢压0.084MPa，油压随氢压而变。停机或排氢后，极易造成发电机进油事故。

首先掌握氢侧油箱补排油原理，氢侧油箱装有2个浮球阀，1个连接空侧油路中滤网出口，是油箱补油阀。另1个连接空侧油泵进口，是油箱排油阀。正常情况，2个浮球阀通过浮球实现液位自调。当失去自动控制时，可通过浮球阀的上、下手轮实现补、排油阀的强开/强关。氢压较低时，氢侧油箱在某一液位，浮球位置相同，可是排油差压 (大约为氢压减去空侧油泵进口油压)较低，使得排油量很少甚至无法排出，补油差压 (大约为空侧油滤网出口油压减去氢压)较高，使得补油量增大，导致氢侧油箱保持较高油位。因此，氢压低时，可致氢侧油箱高/满油位，甚至消泡箱满油，危及发电机存。发电机氢压0.4MPa，氢侧油箱上部与发电机连通，压力等于氢压。空侧油压始终保持大于氢压0.084MPa。氢侧油箱油位下降时，空侧压力油随时对其进行补油，保持正常油位；当氢侧油箱油

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位升高时，排油阀打开，排入空侧油箱，即使空侧油箱位置高于氢侧油箱，因氢侧油箱压力等于氢压，空侧油箱压力约为大气压，在此压差作用下油很容易排入空侧，保持油位正常。

停机后如氢压降至零，氢侧油箱压力随发电机压力降至大气压，空侧油箱位置高于氢侧油箱，油将无法压入空侧，反而造成空侧油反流入氢侧油系统，以达到油位平衡，使氢侧油位达到空侧油位标高，此时因排油阀全开，空氢侧密封油连通。空侧油箱安装在消泡箱下约1m处，因此即使氢侧油箱满油，消泡箱也不会满油，如果油位高于空侧油箱时，油还会压回空侧，所以发电机不会进油。

发电机进油唯一路径是消泡箱满油后从轴端挡油板窜入发电机，因此消泡箱油位正常，至关重要。消泡箱满油原因无非是供油大于排油：（1）如发电机氢压降低，油氢差压阀调节品质差，压差增大，使密封油向发动机内侧供油量增多，氢侧油回油量增多，增多到大于向空侧油溢流量时（靠静压溢流流速较慢），即造成消泡箱满油。此时即便停止空侧油泵，因低压备用油源压力0.2MPa，如备用差压阀调节性能不好，亦可造成发电机进油；（2）排油量小，例如强制关闭氢侧油箱排油门，油不能排走，造成消泡箱满油。有时为可见氢侧油箱油位，强制关闭补、排油门，即使停运所有密封油泵，仅保持润滑油系统运行亦能造成消泡箱满油，因此排油阀强制手轮除非特殊情况不要关闭。 应对策略：发电机未充压时，氢侧油箱满油很正常，此时只能保持消泡箱油位正常。随氢压升高，氢侧油箱油位缓慢降至正常并保持。但发电机不充压时将氢侧油箱油位降至正常并维持运行则很难做到。改造：在氢侧供油管路氢侧平衡阀前加装一根Φ25mm管路至空侧油箱，用手动阀控制油量，以实现上述功能。正常运行中，关闭此手动门，发电机排氢后，可稍开此手动门，排一部分油入空侧，以平衡轴端空侧油向氢侧偶然窜入的油量，氢侧油量减少时补油阀会自动补油，保持油位正常。

如氢侧油箱油位已高至看不见时，若想降油位至正常，必须开启此手动门，同时关闭氢侧油箱排油阀强制关闭手轮。当油位降至正常油位稍低时止。记住必须恢复开启补、排油阀强制手轮。

密封油压自动控制失灵，导致密封瓦处高油压直入发电机，往往出现在长时间正常运行后的退氢过程。正常运行时，内氢稳定，空侧差压调节阀开度基本不变，氢侧平衡阀同理，差压阀与平衡阀因此可能出现卡涩。正常运行氢压为额定0.4MPa，空侧油压0.484MPa，氢侧油压与空侧基本相同。 发电机降氢压过程中，空侧差压阀缓慢开大降低油压，氢侧平衡阀缓慢关小使氢侧油压随降。例如氢压由0.4MPa降至0.05MPa，若空侧差压阀卡涩，空、氢侧油压仍为0.484MPa，此时氢侧油压与氢压相差过高(0.434MPa)，油从氢侧配油槽直接冲刷到档油板而入发电机。若只氢侧平衡阀卡涩，空侧油压降为0.134MPa，氢侧油压仍为0.484MPa，同样可因油氢差压高导致氢侧油入发电机。

因此，对于双流环油系统，要保持差压阀、平衡阀工作可靠；保证氢侧油箱补、排油阀的强制手轮为打开状态；调节保持氢侧油压稍高于空侧；保证消泡箱液位高报警可靠；保证发电机油水探测器报警可靠。

4 结束语

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目前，大容量高参数氢冷发电机的正常运行直接影响到电网的安全与稳定，盘点众多影响因素，密封油系统常遇故障位列其中。

作者：抄 勇（1971～），男，汉，河南郑州，高级工程师，毕业于武汉水利电力大学热动系，现河南省电力公司电力科学研究院工程调试所汽机主管，工程调试项目经理，从事火电工程调试及技术管理工作。

联系方式：抄勇，13838127115，河南省郑州市嵩山南路85号，河南省电力公司电力科学研究院，450052。

cysuma@126.com。 6

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f5ph.html