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浅谈全国百万级汽轮发电机组控制发电机漏氢量的几项要点

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：杨永富

[导读] 摘要：百万级汽轮发电机线的发电机由定子和转子两部分组成。

        中国能源建设集团天津电力建设有限公司天津市 300180
        摘要：百万级汽轮发电机线的发电机由定子和转子两部分组成。定子是发出电力的电枢，转子是磁极。定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。发电机漏氢量的大小直接影响机组的安全运行，这个指标是汽轮发电机组运行的主要技术指标之一，所以对发电机组漏氢量的控制很重要，本文即对发电机漏气量控制的几项要点进行阐述。
        关键词：发电机；氢气；漏氢量；控制
        1．引言
        某电厂4×1000MW超超临界机组发电机是由上海汽轮发电机有限责任公司和德国SIEMENS公司联合设计制造的无刷励磁式发电机。采用无垫铁式安装，冷却方式采用水氢氢冷方式，即定子线圈、定子引线直接水冷，定子出线氢内冷，转子线圈直接氢冷，定子铁芯氢冷，发电机采用密闭循环通风冷却，机座内部的氢气由装于转子汽端的轴流式风扇驱动，并通过设置在定子机座汽轮机端的氢气冷却器进行冷却，氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦以及氢气管路构成全封闭气密结构。汽轮发电机型号THDF 125/67，额定容量1056MVA，额定功率950MW，最大连续功率1000MW，额定转速3000r/min，转子长13747mm重88000KG。
        发电机漏氢途径很多，归纳起来分两大类：其一是漏到大气中，其二是密封油和定子水系统带走。前者可以通过检漏找到漏点加以消除，如发电机端盖、定子上的所有法兰孔、气体管路系统、出线盒、机座冷却器等处的漏氢；后者大部分是通过密封瓦进入密封油系统，通过定子绕组线圈进入内冷水系统中。由于以上几点在安装中必须严把质量关。
        2．发电机安装
        发电机本体安装过程中必须严格按照制造厂图纸、说明书和国家相关的规范及德国SIEMENS公司厂家代表的指导进行，确保安装质量。
        2.1氢气冷却器端罩及冷却器安装
        发电机定子机座和氢气冷却器端罩分两部分发到现场，到现场后要进行冷却器端罩的安装，法兰面用O形圈密封，连接螺栓均匀交叉扳紧，持续增加扳紧力矩，直至达到规定的扳紧力矩2000牛米，紧固螺栓后法兰结合面的外圈进行气密焊接。安装好的冷却器端罩（包括机座与端罩的焊缝），必须进行泄漏试验。成功的泄漏试验可验证O形圈已安装到位且密封焊缝不存在渗漏。冷却器安装前要注意进行冷却器的气密压力试验，只有合格的冷却器才能进行安装，此冷却器为立式冷却器，安装时注意调平冷却器不要破坏内侧的橡胶衬垫，冷却器端罩凹槽上部、下部的空气密封盖凹槽内嵌入O型密封圈并用粘结剂粘好，拧紧螺栓。
        2.2发电机定子绕组水路试验
        该试验必须使用干燥清洁的氮气进行，主要检查定子端部接头、绝缘引水管、汇水管、过渡引线及排水管等处有无渗漏现象。
        2.3转子气密试验
        合格的转子气密试验是保证氢气不会通过转子线圈沿转子内部渗漏到机外。
        2.4出线盒安装
        发电机机座放置到基础后，将出线盒用螺栓连接在励端底部法兰面。法兰面由圆形橡皮垫和连接面外部的焊接保证气密。以十字交叉方式均匀扳紧螺栓，并逐步增加力矩，一直到规定的最大扳紧力矩700牛米。然后再检查所有螺栓是否已达到规定的力矩。出线盒安装后，为保证没有泄漏产生，法兰面外部进行气密焊接。焊接后，必须进行泄漏试验。成功的泄漏试验可验证O形圈的完好性并已安装到位且密封焊缝不存在渗漏。
        2.5发电机端盖的安装
        在穿转子前先进行端盖的试装，主要检查水平、垂直中分面的间隙，在把紧1/3螺栓状态下0.03mm塞尺不入，此时注意端盖与密封瓦座接合面不存在错口的现象，如果存在应修平保证上下表面的平面度。转子穿装完毕端盖内部工作完成后进行端盖的安装，安装时必须保证轴承端盖的气密性，使用手动注胶枪使TEROSTAT-33型密封胶通过注胶接头和自封接头进入端盖轴承的圆周凹槽和对合面处凹槽，注胶时确保没有空气混入其中。注胶方法与普通国产机组存在差别，此机组注胶是选用最下边的注胶孔注胶，利用TEROSTAT-33型密封胶良好的流动性注满整个注胶孔，并依次对冒出密封胶的接口安装自封式接头。
        2.6氢气轴密封安装
        密封瓦及密封瓦支座用来确保氢冷发电机的密封性。在轴承箱内，朝向发电机内部，用螺栓把密封瓦支座固定在端盖法兰面上。发电机运转时，密封瓦支座用来承载浸在密封油中的密封瓦，以保证定子、转子之间的密封度，必须给与足够的重视。安装时下半轴瓦必须拆出，以方便安装轴密封。工具安装环装配在端盖轴承上，方便抬高转子，这些环利用起重螺丝提升支架（见下图）。旋转起重螺丝抬高转子。
        因考虑以后需安装密封瓦支座与定子的绝缘，须将绝缘板粘贴到抬高支架上，使转子与机座绝缘。本机采用单流环式油密封，密封瓦汽侧励侧都是一路进油，一个密封油泵供油来保证汽、励两侧供油压力相等，利用密封油供油装置上的差压阀来控制密封油压力高于氢气压力在0.07-0.10MPa之间的一个数值上，防止氢气外泄。防止密封瓦在运行中出现卡涩的现象设立了密封瓦的浮动油，保证密封瓦在轴颈上随意的径向浮动。
        密封瓦发到现场后必须用PT实验的方法检查是否有损坏，只有实验合格得密封瓦才能用于现场安装。用涂色法检查密封瓦座及密封瓦水平结合面的接触面积应大于80%，且均匀分布，装配时注意平整不允许有错口的出现，用0.03mm塞尺检查应塞不进。密封瓦座各垂直结合面应光洁，各油路畅通无杂物。密封瓦的两端面是相互平行的，这就是密封瓦的安装面，必须保证平行度避免被污染，油孔和环形油室内必须清洁、畅通，无锈皮、铁屑及杂物。密封瓦与转子轴颈的间隙为0.34-0.36mm，密封瓦与密封瓦座的轴向间隙为0.21-0.24mm，只有间隙合格的密封瓦才能用于安装。在所有螺栓把紧后密封瓦在座内无卡涩且其绝缘性，保证一次成功来减少安装时随之的危险系数。
        2.7密封油系统安装
        密封油系统向密封瓦提供压力油源，防止发电机内压力气体沿转轴逸出，密封油系统正常运行与否直接关系到发电机的严密性。密封油系统采用集装式，设备简单便于操作和维护，统一规划布置得管道、阀门及整个系统连接完毕后要进行系统油冲洗，只有冲洗合格的油（NAS7以上）才能进入密封瓦。

        1 工具安装环；2 圆板；3 起重螺栓；4 抬高支架；5 绝缘板
        2.8发电机气体管道安装
        气体管道走向统一规划布置，保证美观性。气体管道法兰密封垫采用厂家统一要求的聚四氟乙烯垫片，法兰焊接时要先将法兰螺栓紧固，避免焊接变形出现张口而密封不严。气体管道阀门在现场全部进行1.25倍的水压试验，保证严密性。气体系统管道安装完毕后，单独进行气密性试验。
        2.9发电机整套气密试验
        发电机安全运行的基本要求是没有非正常的气体从发电机和供气装置泄漏出去而危及周围（操作人员）和设备。因此，在试运转前、检修以后、运转过程中出现意外的非正常泄漏时，需必须做一次泄漏试验。
        试验前确认发电机本体及辅助系统安装完成后且辅助系统均在投入运行的情况下进行，试验采用风压形式，介质为干燥清洁的压缩空气，其相对湿度不应大于50％。试验压力与发电机运行压力相等0.5MPa。使用压力等级0.6MPa的压力表及一块大气压力表。试验时间48h。气密试验期间，真空泵不得投用。
        在气密试验过程中用肥皂水进行找漏，严禁使用任何腐蚀性液体进行找漏，同时严禁用任何导电液体对绝缘部件及有绝缘要求的部件进行找漏。试验过程中如出现泄漏现象，一定要泄压处理，严禁带压处理。当采用此方法不能发现新的漏点时，再采用氟里昂检漏，用卤素检漏仪检漏前，被检容器内必须充有氟利昂气体，其数量配比为70g/m3（发电机容积）。冲入干燥的压缩空气至0.1MPa在冲入氟利昂，冲入量可用磅秤控制，在冲入干燥的压缩空气至规定的气密试验值，同时用卤素检漏仪检漏。整套气密试验尽量模拟运行状态，油水系统调试完毕。
        发电机整套气密试验计算公式如下：

        式中：
        VGen = 空气总泄漏 m3（s.t.p.）/24h*
        0.2694 = 273K/1013.25mbar
        Z = 试验时间 h
        VG = 发电机容积 m3
        P1 = 开始试验时的系统压力 mbar
        P2 = 结束试验时的系统压力 mbar
        PB1 = 开始试验时的大气压力 mbar
        PB2 = 结束试验时的大气压力 mbar
        T1 = 开始试验时机内气体温度 ℃
        T1 = 结束试验时机内气体温度 ℃
        *s.t.p.= 标准温度和标准压力 0℃和1.013bar
        试验时间48小时，漏气量小于1.5m3（s.t.p.）*/24h，即可确认氢系统是可靠密闭的。此泄漏量为受控和非受控两部分的综合。从泄漏总量中减去受控泄漏可以得出非受控气体的损失。
        通过增压试验可以确定真空油箱的空气损失，两个试验同时进行，这就是真空泵试验期间停运的原因。真空泵的隔离阀、旁路阀也同时关闭。增压试验应从初始压力为零（0kPa）开始。从密封油中逸出的空气将会导致油箱中的压力增加。压力上升到0.1bar（10kPa）时进行测算。
        气体损失按下列公式来确定：

        式中：
        VVB = 密封油箱中的气体损失 m3 /24h
        P = 试验期间（Z）真空油箱中的增压（mbar）
        Z = 试验待续时间（h）
        T = 试验期间真空油箱中的空气温度（℃）
        V = 真空油箱中的自由容积（m3）
        3．实施效果
        项目开工前先后编制了《发电机漏氢量创优质量计划》、《发电机本体安装作业指导书》、《发电机转子穿装作业指导书》、《发电机密封油系统安装作业指导书》、《发电机气体系统及管道安装作业指导书》、《发电机气密试验作业指导书》等技术文件，并在安装前组织详细的技术交底，由于公司人员少、新人多，要在短期内适应安装需要，技术培训工作尤其重要，公司先后多次在基层班组向新参加工作人员传授基础理论，同时利用大量时间跟随着有经验的老师傅在现场进行实践学习，取得了良好的效果，使员工工作前有一个明确的目标及实践经验。在日常工作中加强质量监督和过程控制，与相关方（设计院、制造厂、业主、监理）沟通，以便在工程项目中执行各有关方商定执行的施工质量规程规范、验收和接收准则及各项管理制度。对所有验收项目均按优良标准进行验收，严格遵守《火电施工质量检验及评定标准》。发电机在168小时运行期间漏氢量为9.7 m3 /24h，始终低于优良值10 m3 /24h，实现了发电机漏氢量创优质量计划。
        参考文献：
        [1]GB/T 19001-2000 质量管理体系要求
        [2]电综（1998）145号火电施工质量检验及评定标准（汽机篇）
        [3]国电电源[2001]116号火电施工质量检验及评定标准（管道篇）
        [4]建质（1996）111号火电施工质量检验及评定标准（焊接篇）
        [5]上海汽轮发电机有限公司（2006）1000MW级水氢冷汽轮发电机安装导则
        [6]上海汽轮发电机有限公司（2006）发电机氢油水系统操作和维护手册