徐偉明

（中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司 杭州市 452218）

上汽-西門子發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)方法探討

徐偉明

（中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司 杭州市 452218）

發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響整個(gè)電廠的發(fā)電效益，因此發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)的結(jié)果是很重要的。本次主要探討發(fā)電機(jī)的發(fā)展史、發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)理論介紹以及發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的計(jì)算三部分，其中發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)理論介紹和發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的計(jì)算探討重點(diǎn)。在發(fā)電機(jī)的氣密性試驗(yàn)理論介紹的這一部分談到了從氣密的檢漏、氣密的要求和氣密的理論公式；而在發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的計(jì)算這部分里，則是針對現(xiàn)在所在工地（廣西欽州國投電廠二期擴(kuò)建工程）的真實(shí)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

發(fā)電機(jī)；氣密性試驗(yàn)；檢漏；計(jì)算

1 緒論

1.1 氫冷發(fā)電機(jī)簡介

在社會(huì)發(fā)展的早期，科學(xué)并不發(fā)達(dá)，那時(shí)發(fā)電機(jī)大多都是采用空氣來進(jìn)行給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻，用空氣進(jìn)行冷卻有很多的缺點(diǎn)，如：空氣的導(dǎo)熱能力小、摩擦損失大等，所以在機(jī)組容量增大的同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，需要更多的空氣來進(jìn)行散熱，要讓空氣可以達(dá)到一定的量，就必須增加發(fā)電機(jī)本體的體積，機(jī)組變大對安裝帶來很大不便，也是對安裝空間的浪費(fèi)。

20世紀(jì)中期以后，人們采用了氫外冷技術(shù)，氫氣和空氣對比起來，有了很多的有點(diǎn)，如：氫氣輕、熱容量大和摩擦損失小等諸多優(yōu)點(diǎn)。直到20世紀(jì)50年代末期，人類在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子繞組上采用直接冷卻技術(shù)，與此同時(shí)使得氫氣的壓力增加到了0.5MPa，單機(jī)容量從200MW提高到1000～1200MW以上。從此，發(fā)電機(jī)的冷卻技術(shù)基本成型。

本工地為廣西欽州國投電廠二期擴(kuò)建工程，在建地發(fā)電機(jī)是（2×1000MW）4號機(jī)組，發(fā)電機(jī)布置于15.5m層汽機(jī)運(yùn)行平臺(tái)上，由上海發(fā)電機(jī)廠制造供貨，型號為THDF-125/67型水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定容量1109MVA，額定功率為1020MW，額定功率因數(shù)為0.92，絕緣等級為F級。發(fā)電機(jī)總體上可分為定子（包括定子機(jī)座、定子鐵芯、定子線圈、總進(jìn)出水管、主出線、測溫元件），轉(zhuǎn)子（包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子繞組），底板，軸承及端蓋，機(jī)座冷卻器端罩及冷卻器、密封瓦及支座、單級風(fēng)扇。

1.2 氫冷發(fā)電機(jī)原理

氫冷發(fā)電機(jī)的單級風(fēng)扇隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氫氣會(huì)在單級風(fēng)扇的驅(qū)使下，在發(fā)電機(jī)內(nèi)會(huì)以閉式循環(huán)的方式循環(huán)流動(dòng)，從而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯得到冷卻（水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)）。氫氣帶走的熱量會(huì)在其流經(jīng)氫氣冷卻器時(shí)得到冷卻，本機(jī)組氫氣冷卻器共兩臺(tái)，位于發(fā)電機(jī)前部，氫氣冷卻器內(nèi)部的冷卻水來自閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

由于氫氣常溫下氫氣與氧氣或空氣混合時(shí)遇見明火會(huì)發(fā)生爆炸，后果相當(dāng)嚴(yán)重，因此發(fā)電機(jī)對氫氣純度的要求相當(dāng)嚴(yán)格（氫氣不低于96％，氧氣不高于2％）。

在進(jìn)行氫冷發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)后要對發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣與空氣進(jìn)行置換，本工地為避免氫氣和空氣直接接觸而引發(fā)爆炸，采取使用二氧化碳作為過渡。先充入二氧化碳驅(qū)趕發(fā)電機(jī)內(nèi)部及相關(guān)管路內(nèi)部的空氣，用純度分析儀確認(rèn)氧氣含量不高于2％，方可充入氫氣，將二氧化碳置換出發(fā)電機(jī)，由于在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)部分氫氣會(huì)溶解于密封油中，從而帶入排煙管路，所以在機(jī)組運(yùn)行后要定時(shí)給發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫。

2 氣密性試驗(yàn)

2.1 泄漏實(shí)驗(yàn)

發(fā)電機(jī)在整套啟動(dòng)前要先進(jìn)行系統(tǒng)檢漏，要保證沒有非正常的氣體從發(fā)電機(jī)、供氣裝置和管路泄露到外部，系統(tǒng)檢漏是保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的基本要求。

2.1.1 發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的途徑

發(fā)電機(jī)泄露分為兩類：外漏和內(nèi)漏。外漏：氫氣直接漏入大氣，查漏方式可以通過肥皂水、測氫儀等等。內(nèi)漏：氫氣漏入其他系統(tǒng)或由于閥門關(guān)閉不嚴(yán)而漏出，由于位置不明確，所以檢測查漏非常困難。

2.1.2 發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的地點(diǎn)、主要原因和檢測辦法

（1）發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的地點(diǎn)

①法蘭連接處；

②對接處；

③螺紋連接處；

④焊縫處；

⑤……

（2）發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)漏氫的主要原因

①外部漏氫原因：

a.法蘭螺栓未擰緊，接觸面有毛刺、不平整；

b.端蓋水平結(jié)合面不好；

c.定子引出線套筒法蘭松動(dòng)；

d.發(fā)電機(jī)機(jī)殼或氫管路焊縫接口不好，存在沙眼；

e.氫管路法蘭接觸面不好或墊片質(zhì)量不佳；

f.氫管路閥門密封不嚴(yán)。

②內(nèi)部漏氫原因：

a.氫氣冷卻器銅管破損；

b.氫管路排污或排空閥門關(guān)閉不嚴(yán)；

c.密封瓦安裝不合格，與軸徑徑向間隙超標(biāo)；

e.差壓閥控制精度不足。

（3）發(fā)電機(jī)泄漏的檢測方法

①肥皂水檢漏：向發(fā)電機(jī)內(nèi)充入干燥潔凈的空氣，升壓至0.1MPa，就可以對氫系統(tǒng)管路各焊口焊縫、各閥門法蘭連接處、發(fā)電機(jī)機(jī)殼焊縫、端蓋接合面、氫氣冷卻器安裝面、發(fā)電機(jī)各人孔門、密封瓦座安裝面噴肥皂水檢查，如確認(rèn)不漏，繼續(xù)升壓至5.0MPa，在此過程中不間斷用肥皂水對可能泄漏點(diǎn)進(jìn)行查漏。

②氟利昂檢漏：先向發(fā)電機(jī)內(nèi)充入干燥清潔壓縮空氣，壓力至

0.1MPa，然后充入3kg左右的氟利昂氣體，逐漸充壓縮空氣達(dá)到0.5MPa，在此充壓過程中要監(jiān)視差壓調(diào)節(jié)伐的自動(dòng)跟蹤情況，差壓過大會(huì)造成發(fā)電機(jī)靜子內(nèi)部進(jìn)油，差壓過小起不了密封作用；在此期間可用鹵素檢測儀檢測發(fā)電機(jī)端蓋把合面、氫氣冷卻器安裝面、發(fā)電機(jī)各人孔門、密封瓦座安裝面等處。

③氫氣檢測儀檢漏：當(dāng)機(jī)組運(yùn)行充氫期間，對可能會(huì)泄漏的地方用氫氣檢測儀進(jìn)行查漏。

2.2 氣密性試驗(yàn)要求

發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)要求如下：

（1）整套系統(tǒng)檢漏工作結(jié)束；

（2）密封油系統(tǒng)沖洗合格；

（3）油氫差壓調(diào)節(jié)閥工作正常，調(diào)整油氫差壓80～120kPa；

（4）試驗(yàn)要用經(jīng)過凈化、除油和干燥處理后的壓縮空氣；

（5）試驗(yàn)壓力為額定工作壓力（本工地為0.5MPa）；

（6）記錄數(shù)據(jù)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部空氣達(dá)到要求后開始，并系統(tǒng)內(nèi)部溫度相對穩(wěn)定，試驗(yàn)時(shí)間24h；

（7）氣密試驗(yàn)期間，真空泵不得投用，打開排空閥門即可；

（8）試驗(yàn)所得漏氫量VGen＜1.5m3/d，則氫系統(tǒng)是可靠的。

2.3 氣密性試驗(yàn)計(jì)算公式

2.3.1 計(jì)算公式

式中：VGen——總氣體泄露量m3d；

VG——發(fā)電機(jī)容量m3；

t——漏氣測試持續(xù)時(shí)間h；

pe1——漏氣測試開始時(shí)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力mbar；

pe2——漏氣測試結(jié)束時(shí)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力mbar；

pamb1——漏氣測試開始時(shí)外部大氣壓力mbar；

pamb2——漏氣測試結(jié)束時(shí)外部大氣壓力mbar；

T1——漏氣測試開始時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度（平均溫度）℃；

T2——漏氣測試結(jié)束時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度（平均溫度）℃。

本工地采用壓力上升法測量氣體經(jīng)過密封油油箱的控制氣體泄露量VD：

式中：VD——密封油油箱的控制氣體泄露量m3/d；

VT——密封油真空油箱容量m3；

t——漏氣測試持續(xù)時(shí)間h；

p1——測量開始時(shí)密封油油箱的壓力mbar；

p2——測量結(jié)束時(shí)密封油油箱的壓力mbar；

T——密封油油箱內(nèi)空氣的溫度℃。

2.3.2 密封油油箱的控制氣體泄露量VD測量方法介紹

本工地采用壓力上升法測量密封油油腔的泄漏量。

在測量時(shí)，要保持真空泵處于關(guān)閉狀態(tài)，真空油泵的旁路閥也應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。氣初始壓力p1=0bar（相對值），測量時(shí)僅需過壓0.1mbar，以此來防止壓力過高，使油位下降過多，油位過低會(huì)導(dǎo)致油腔真空空間過大，從而測量值發(fā)生錯(cuò)誤，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致液位檢測裝置動(dòng)作，交流油泵關(guān)閉。

3 氣密性試驗(yàn)計(jì)算

3.1 氣密性試驗(yàn)基本參數(shù)

已知：

發(fā)電機(jī)容量：VG=100m3；

密封油真空油箱容量：VT=2.12m3；

標(biāo)準(zhǔn)溫度：0℃；

標(biāo)準(zhǔn)壓力：1.013kPa=1.013bar；

試驗(yàn)壓力：0.5MPa。

3.2 氣密性試驗(yàn)計(jì)算過程

（1）發(fā)電機(jī)內(nèi)部空氣泄露量

記錄原始數(shù)據(jù)：2016年5月29日8：00和5月30日8：00；

大氣壓力為欽州市當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?/p>

表1 發(fā)電機(jī)內(nèi)部空氣泄露量原始數(shù)據(jù)

由此可知：t=24（h），pe1=4923.58（mbar），pe2=4862.00mbar，T1=34.471（℃），T1=34.330℃，pamb1=1001（mbar），pamb1=1002mbar。

代入公式1得：

（2）密封油油箱的控制氣體泄露量VD

經(jīng)2016年5月30日上午對密封油真空油箱的控制氣體進(jìn)行秒表式測量，對其隨機(jī)記錄十組數(shù)據(jù)，如表2。

表2 密封油油箱的控制氣體泄露量VD測量數(shù)據(jù)

此時(shí)密封油的油溫：46℃，并可計(jì)算出密封油油箱的控制氣體壓力每上升0.1mbar時(shí)所用的平均時(shí)間為3.5s，因此：

代入公式2得：

（3）最終漏氣量

將（1）、（2）代入公式 3得：

最終漏氣量=VGen-VD=5.073-4.425=0.648m3/d

由于0.648m3/d＜1.5m3/d，因此氫系統(tǒng)確認(rèn)是可靠的。

4 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)的漏氫是汽輪發(fā)電機(jī)安裝的一項(xiàng)重要指標(biāo)，發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)是檢測發(fā)電機(jī)漏氫大小的唯一途徑。以上介紹了發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)的方法和計(jì)算，從中可以看出，整套氣密性試驗(yàn)和發(fā)電機(jī)內(nèi)部鐵芯溫度、密封油的溫度、試驗(yàn)時(shí)的大氣壓、密封瓦的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)的，以及空氣與氫氣的溶解率的不同，表明了發(fā)電機(jī)氣密性試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)安裝過程中是至關(guān)重要的，它可以檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)本體及氫油水系統(tǒng)管路安裝的質(zhì)量好壞。

TM311

A

1004-7344（2016）23-0069-02

2016-7-26