发电机密封油系统运行故障分析林享

发电机密封油系统运行故障分析林享

林享郝元

（福建福清核电有限公司福建福清350318）

摘要：该文从简述发电机密封油系统的主要运行方式及重要设备结构出发，扩展至发电机密封油系统在重要设备及系统调试运行过程中出现的一些典型故障如：浮子油箱液位故障、发电机进油、漏气量大、密封油泵振动大等问题进行故障分析和处理，并提出技术改造和故障防范策略。

关键词：密封瓦；浮子阀故障；发电机进油

1.概述：

福清核电采用东方汽轮机厂生产的1000MW汽轮发电机组，其发电机采用水-氢-氢方式进行冷却，由于发电机定子铁芯及转子部件采用氢气冷却，为防止氢气外漏或空气污染氢气，特在发电机轴端设置密封瓦及其供油系统，以保证密封发电机内部氢气不外泄和空气不进入发电机。

本文主要针对发电机密封油系统在重要设备及系统调试运行过程中出现的一些典型故障，如浮子油箱液位故障、发电机进油、漏气量大、密封油泵振动大等问题进行故障分析和处理，并提出技术改造和故障防范策略。

2.密封油系统运行原理分析

2.1系统运行原理

发电机密封油系统GHE负责为发电机转动的轴和静止的机壳部分之间的环形间隙提供压力密封油，以防止发电机内部氢气的外泄,并通过防止大气污染使氢冷却剂纯度得以保持。

图1系统工艺流程

系统有五种运行方式：

（1）正常运行时，主密封油泵运行，油源来自润滑油系统，该工况下密封油系统冷源为润滑油系统板式换热器，因此启动密封油系统必须先启动润滑油系统，其循环方式如下：

（2）主密封油故障或失去交流电源，油源来自润滑油系统，该工况下密封油系统冷源为润滑油系统板式换热器，因此启动密封油系统必须先启动润滑油系统，此工况下密封油未经净化就供应至密封瓦，长期运行会造成发电机内部气体恶化，其循环方式如下：

（3）系统启动初期密封油系统三台密封油泵均不启动或事故工况下所有密封油泵失效（润滑油系统已启动），可依靠润滑油系统向密封瓦提供最高120kpa的密封油，可保证80kpa以内的发电机气体不外漏，因此在事故工况下，发生三台密封油泵不可用事故，应及时进行紧急排氢操作将发电机内部氢压降低至80kpa以下，其循环方式如下：

（4）事故工况下失去润滑油供油，主密封油泵可用时，密封油系统可以维持自循环1小时，为运行人员提供时间进行紧急排氢操作，但是若正常运行工况，误关闭润滑油向密封油系统供油阀门，人为导致系统失去润滑油维持自循环运行，系统失去冷源运行超1小时，导致密封油泵过热过载造成密封油断油事故，运行阶段应得到高度重视，避免事故发生，其循环方式如下：

（5）事故工况下失去润滑油供油，主密封油泵不可用时，交流润滑油泵可用或事故直流油泵可用，密封油系统可以维持自循环1小时，为运行人员提供时间进行紧急排氢操作，其循环方式如下：

2.2重要设备结构分析

密封瓦结构及安装不当对发电机气密性影响

我厂采用东方电气引进的阿尔斯通百万千万级技术的汽轮发电机组，密封油压力为0.35Mpa.g，油氢压差控制为范围40~60kpa。本系统密封瓦为单流环式密封瓦，其结构见图2。密封油进入密封瓦后分成以下两路：含空气的一路与轴承座润滑油混合，并通过回油虹吸管返回主润滑油箱；另一路含氢的润滑油流入氢侧回油管，氢侧密封油中所聚集的氢气大部分被泄放到回油管中的扩容管。

图2密封瓦结构

发电机整体气密性发电机启动运行重点关注问题，对机组安全稳定运行有至关重要性。因此密封瓦的安装严密性，对发电机整体气密性的影响至关重要。

下面以励端密封瓦为例进行结构说明，图3为8瓦端盖中分面密封结构示意图，其中红色代表密封油，蓝色代表端盖中分面密封胶，绿色代表橡胶条。发电机轴端密封中，径向密封依靠有2条密封胶条、大端盖处注入密封胶，轴向密封依靠密封瓦室内密封油、中分面处密封油槽、密封胶。密封瓦室结构见图4。

图4密封瓦室结构

从上述结构及安装调试阶段经验总结分析，密封瓦密封问题容易出现故障如下，应在我厂后续机组安装大修及大修后启动中得到重视：1、密封瓦安装不合格，瓦块刮伤、有污垢等。2、过渡环胶条质量不合格、安装不合格、螺栓力矩不平衡、力矩过小，密封胶粘度不够，压力不足。3、密封胶注胶压力过大，造成过渡环上密封胶条挤压变形，影响密封效果，密封胶注胶压力过小，密封油压力过高对密封胶条挤压变形，影响密封效果。4、端盖与发电机端罩结合面平整度不合格，间隙过大；端盖、过渡环，密封瓦室中分面平整度不合格；5、密封胶渗入到油槽，堵塞油路，造成密封瓦室、过渡环中分面未充满油，密封不够。6、密封瓦固定弹簧销钉固定存在缺陷，导致密封瓦不能与大轴密切配合，导致正常运行时氢气泄漏。

通过对福清核电1~3号机组运行阶段经验总结，运行阶段密封瓦间隙对密封油流量与发电机泄漏率呈正相关关系，福清核电1号机组盘车状态密封油流量约为1m3/h，发电机泄漏率若为20mbar，东方电气对发电机整体气密性的验收标准为24h，泄漏率不超20mbar。在机组功率运行，转速1500rpm时，密封油流量约7m3/h，发电机泄漏率则为36mbar，泄漏率随机组密封油流量增加而增加。若在机组启动盘车阶段，若密封瓦由于磨瓦、密封瓦支撑弹簧固定销缺陷、安装间隙不正确、密封瓦安装顺序错误等原因会导致密封瓦在盘车状态流量超过设计流量1m3/h，则会导致发电机整体气密性不合，反之也可通过流量异常判断密封瓦存在故障。

3.运行故障分析

3.1、密封油主油泵101PO冷态启动时振动超标

3.1.1问题描述及潜在后果风险：

GHE101PO启动时，噪音很大，泵出口处旁通阀101VH振动剧烈带动泵本体振动远超正常运行限值。

根据福清核电《非QSR设备振动测量》要求GHE101PO振动验收标准为：速度(RMS)≤1.8mm/s。但现场实际测量结果见表1，振动测点见图6：

图6振动测点简图

泵出口旁通阀振动剧烈，既影响主油泵本体的安全运行，又导致密封油系统供油压力波动，影响密封油系统的密封效果。泵体超出振动标准运行，存在损坏风险。

3.1.2原因分析：

GHE101PO为螺杆泵，该类型泵特点是在输出流量过小时，会使输出压力明显升高。为了便于运行过程中自动调节泵出口压力维持在恒定值，主油泵出口旁通阀GHE102VH采用弹簧式结构，可以根据贯穿密封油通流油路的控制杆来选择自动压力控制或者手动压力控制，阀体结构见图7。在启动101PO时将102VH置于自动位置，此时出口旁通阀就相当于一个安全阀。当密封油真空油箱001CW冷态时启动101PO，由于油温过低（油温：21℃），101PO出口流量偏少，出口压力升高，导致出口旁通阀开启泄压；压力快速降低又使出口旁通阀关闭结果又使压力回升，如此反复形成101PO出口旁通阀剧烈振动，密封油系统压力波动（参考电厂宁德核电在密封油系统冷态启动时也有类似情况出现）。

在发电机低转速、低气压工况下比如气密性试验、气体置换阶段、发电机转子盘车阶段密封瓦所需油量较少（远低于密封油泵的铭牌流量），此时如果密封油温度过低，最容易引起泵输出压力波动。

3.1.3处理措施及优化改进：

在冷态启动主密封油泵101PO时可将出口旁通阀102VH置于纯手动位置，避免弹簧反复动作，用101PO本身小循环加热系统密封油。经实践验证，102VH置于纯手动位置后，泵体振动恢复振动要求标准，均小于1.8mm/s。

图7旁通阀结构

在系统需要密封油流量较低或者冷态启动系统时，要特别关注泵出口旁通阀的振动，防止旁通阀内弹簧来回动作引起密封油油压波动，从而影响密封效果。运行阶段，为避免在油温较低情况下启动主密封油泵造成泵体振动，可提前对润滑油系统进行预热，保证润滑油系统油温满足要求后，对真空油箱进行热油置换，置换油温要求高于35℃，可避免主密封油泵振动。

3.2、发电机内部进油

3.3.1问题描述及潜在后果及风险：

发电机内部充压至300kpa气密性实验后，在排气泄压阶段发现GRV漏液监测装置GRV001LN读数上升，发电机内部进油。由于发现及时，GRV001LN液位上升有限，密封油并没有进入发电机内部，对发电机绝缘影响不大。

原因分析：

3.3.2主要原因：

现场L210管线和L205管线标高位置关系不对，L210应该高于L205，现场检查管线发现L210在L205下方。这样，如果密封油回油U形管满油，密封油就会从L205流至L210，进入发电机漏液监测装置，布局见图1。

次要原因：发电机排气泄压速度过快，导致密封油回油不畅，从密封瓦进入发电机漏液监测装置。3.3.3采取措施及优化改进：

提出设计变更要求安装单位改管线，恢复L210管线和L205管线的正确相对标高。对相应管线标高进行纠正后密封油系统运行稳定，漏油现象得到有效解决。

系统EESR时应该仔细核对关键管线的相对标高，发现与流程图不一致要设计确认。发电机泄压过程中应严格控制泄压速率，严防发电机进油。

经过对福清核电一二号机组调试运行过程中出现的发电机进油事例原因分析和总结，现发电机进油的主要原因有三种：密封油差压阀大幅波动或密封油系统油氢压差整定值偏大，导致发电机进油；密封油回油系统形成汽堵或密封油系统回油管路存在异物造成管道部分堵塞，回油不畅，导致发电机进油；运行调试人员在发电机进行气体置换、机组启停和排补氢过程中操作不当，排气速率控制不当，造成油氢差压波动巨大导致发电机进油。

针对发电机进油原因的分析和总结，在发电机低气压工况时（发电机内部压力低于100kpa），使用密封油泵向密封瓦供油，密封油压过大导致油氢差压过大，易导致发电机进油，建议使用润滑油支路直接供油至密封瓦来提供密封油，润滑油压力小，油氢差压大约维持在40kpa，以保证密封瓦供油的稳定性，当机组处于正常功率运行，油氢差压应根据厂家要求控制在40~60kpa，在不超出厂家要求的范围内尽量控制在一个较小的差压值可有效避免发电机进油。压差阀是保证发电机密封油系统安全可靠运行的重要设备。压差阀出现动作异常或设备故障时，运行人员除采取相应措施进行处理外，还应及时通知维护人员进行处理。保证发电机底部检漏计报警可靠，报警后能及时发现处理。严格执行巡回检查制度，对发电机氢、油系统加强巡检，发现漏液及时排油，并保存排油样品便于化学分析油份是否含水，以判断发电机进油或其它综合故障的可能性。

4.结束

发电机密封油系统的作用是向发电机密封瓦提供压力略高于氢压的密封油，以防止发电机内的氢气从发电机轴伸出处向外泄漏。对该系统的运行方式、重要设备的学习对系统调试运行具有重要指导意义。同时针对典型故障：发电机进油、浮子阀故障、漏气量大、密封油泵振动大等问题进行深层次剖析，为运行机组安全运行，后续相同设计路线的机组设计改进提供了宝贵的经验。

参考文献

[1]徐乐，浅谈汽轮发电机组的密封油系统故障与对策，江苏徐州：江苏徐矿综合利用发电有限公司，2014：1-2

[2]谢尉扬，发电机密封油系统及其运行，浙江：浙江省电力建设有限公司，2010:1-2