单流环发电机密封油系统调试问题分析与处理

单流环发电机密封油系统调试问题分析与处理

刘自垒

中国核电工程有限公司华东分公司，浙江海盐 314300

摘要：对发电机密封油系统在调试过程中遇到的典型问题，如浮子油箱浮球阀故障、汽轮机升速降速期间油氢压差阀调节不佳、真空油箱真空度低、密封油流量表显示为零、电源切换试验期间事故交流密封油泵损坏等问题进行分析，并提出改进和预防措施，为后续同类机组进行调试提供借鉴。

关键词：发电机；密封油；调试

0 引言

某核能发电厂发电机组由东方电机股份有限公司制造，该机组引进ALSTOM技术生产，采用“水氢氢”冷却方式，即：发电机定子线圈采用水内冷却，定子铁心及端部构件采用氢气外冷却，转子线圈采用氢气内冷却。型号为TA 1100-78，额定转速1500rpm，额定功率1150MW，额定氢压300KPa。其密封油系统采用单流环式密封瓦结构。

1 系统简介

发电机密封油来自汽机润滑、顶轴和盘车系统，正常运行时润滑油经补油路过滤器和液位调节阀进入真空油箱，通过真空泵析出水分和气体。主密封油泵从真空油箱取油加压，一部分再循环进入真空油箱，另一部分经主密封油路过滤器和油氢压差阀进入密封瓦。密封油在密封瓦处沿轴向从两侧流出，分为空气侧和氢气侧回油。空气侧回油与轴承润滑油一起排入润滑油回油管道。氢气侧回油经扩容管段后流入浮子油箱，浮子油箱内压力与发电机压力相同，然后密封油回油被压至扩容油箱，排烟风机使扩容油箱保持微负压以析出氢气，最后扩容油箱内回油通过“虹吸管”靠重力流入汽轮机润滑油回油管道并回至汽轮机主油箱。

除主密封油泵外，系统还配有一台事故交流密封油泵（可由柴油发电机进行供电）和一台事故直流密封油泵。当三台密封油泵均故障停运时，润滑油可直接向密封瓦供油，但这种操作模式是在机组停机期间因某种紧急情况而使用的，只能在特定情况下进行，此时发电机内氢气压力必须减小至80KPa^[1]。当润滑油系统故障停止供油时，扩容油箱可继续向真空油箱供油，维持运行1~2小时，此时需密切监控氢气压力和纯度以及密封油进油和回油温度。

密封瓦用铜合金制成，装配在端盖内腔中的密封座内^[2]。密封座内有2个密封环，每个密封环由4瓣组成，用2根弹簧柔性箍紧在转轴上（见图1、2），在受到侧向氢气压力作用或油中有杂质的情况下不易发生卡涩，具有良好的随动性^[3]。密封油经密封座与密封瓦之间的油腔，流入密封瓦与转轴之间的间隙，沿径向形成油膜，既起到密封作用，防止发电机内氢气外泄和发电机外空气进入机内，又润滑和冷却密封瓦，防止瓦温过高危及安全运行。

图1 密封瓦结构图 图2 密封瓦实物图

2 调试问题分析与处理方法

2.1浮子油箱浮球阀故障

#2机组功率平台试验期间，出现浮子油箱B液位高报警，11分钟后出现发电机漏液高报警，然后发电机漏液过高报警触发使汽轮机跳机。问题原因为浮球阀故障，不能正常开启，引起浮子油箱B不能正常排油，发电机密封油氢气侧回油进入发电机内部，进而流入发电机漏液检测装置触发相关报警。机组人员立即投运浮子油箱A并对浮子油箱B内浮球阀进行更换。为保证发电机安全稳定运行，需对发电机内部进行检查和清理。首先降低发电机内氢气压力，并进行气体置换和发电机绝缘测量，然后打开发电机人孔进行残油清理，清理完成并恢复安装人孔后进行氦气检漏，最后确认无漏点后进行气体置换并充氢气升压至额定压力。后续运行期间将浮子油箱A和浮子油箱B均置为工作状态，互为备用，以提高设备可靠性。

#3机组单系统调试期间，发电机内充入110KPa的压缩空气，密封油泵运行过程中浮子油箱B液位由正常液位55cm降低至28cm，并且发电机内压力下降，说明浮球阀卡在开启位置，机内气体通过浮子油箱进入扩容油箱排向大气。调试人员立即停止试验进行检修处理。

两起故障浮球阀型号一致，经检查该类阀门，发现浮球壁厚较薄，不能对浮球锁紧螺母施加很大的预紧力矩，导致螺母本身不能产生良好的防松效果。阀门结构上未设计其它防松装置，在浮球经常动作情况下，螺母可能在液位交变冲击的作用下受到反旋向力矩，使紧固浮球的螺母松动，浮球阀液位控制功能失效。更换后的浮球阀有防松装置，运行状态良好，通过技改方式将发电机密封油浮球阀全部更换为新型号阀门。

机组运行期间操纵员发现浮子油箱出现液位异常报警时，应迅速响应，立即到浮子油箱处查看和处理，必要时手动操作旁通阀或隔离浮子油箱，避免发电机进油或氢气泄露。

2.2汽轮机升速降速期间油氢压差阀调节不佳

汽轮机冲转升速以及打闸后汽轮机惰转期间,发电机转速变化快，受发电机两侧风扇的影响，机内两侧压力变化较快，油氢压差变化较大，超出50±10KPa的正常工作范围，需要现场进行干预使油氢压差恢复至正常工作范围，防止发电机进油或发电机两侧向外喷油雾

^[4]。本油氢压差阀采用技术升级后的双膜片结构，阀门使用过程中更安全，当一只膜片损坏后阀门可依靠另外一只膜片继续正常工作。但双膜片执行机构的响应灵敏度有所下降，在非正常工况即发电机内气体快速升压、降压、机组升速或降速过程中，由于运行工况变化快,阀门响应有滞后会导致油氢压差异常。机组达到额定工况前油氢压差阀跟踪滞后情况时需要人为调整阀门设定值或通过旁路阀门进行干预，待机组到达额定工况后对油氢压差阀进行精确重设，额定工况下油氢压差阀可正常工作。

2.3真空油箱真空度低

单流环式密封油系统设置有包含真空油箱和真空泵的真空净油装置，具有真空净油功能。润滑油在真空油箱中被转化成小飞沫，经喷嘴喷向真空油箱的内壁，润滑油中含有的水分和气体在真空油箱中被分离出来，通过真空泵和真空管路被排至厂房外，使密封油的油质得到净化^[3]。#3发电机氢气置换试验过程中，真空泵运行时，真空油箱内压力由5.5KPa.a上升至28.2KPa.a，超出报警值20KPa.a的限值，触发真空油箱真空度低报警。真空油箱真空度低的原因可能为真空泵出力不足、真空油箱至真空泵间管路泄漏或堵塞、真空泵出口管道排气不畅、真空油箱压力表引压管线堵塞或仪表故障。通过对以上原因逐一验证，最终确认真空油箱压力表引压管线堵塞为真空油箱真空度低的真正原因。真空油箱压力表所在的仪表管线呈U形布置，仪表引压管线与真空泵入口管线在同一条管线上，抽真空时油雾进入仪表管线，油液最终沉积在U形管线底部，造成仪表读数不准，排除引压管内积油后，真空油箱真空度恢复正常。为避免出现此类现象时需要拆除管线接口，接入压缩空气管线进行吹扫以排除引压管内积油，建议在真空油箱压力表引压管U形位置底部加装排污阀，需要时开启排污阀进行排油。

2.4密封油流量表显示为零

调试阶段进行#4发电机整体气密性试验时，发电机充压至300KPa额定压力。发电机励端密封油流量为1.11m³/h，但汽端密封油流量显示为0 m³/h。先后对仪表进行校验，互换汽端、励端仪表进行比较，使用内窥镜对密封油进油管道进行检查，使用临时管道旁路汽端、励端密封瓦，启动密封油泵验证密封油流量表，均未发现仪表及管路存在异常情况。经拆卸汽端密封瓦，测量空侧密封瓦间隙为0.04mm（合格范围为0.04-0.08mm），氢侧密封瓦间隙为0.065mm（合格范围为0.11-0.15mm），发现氢侧密封瓦间隙过小，不足以使流量表显示正常读数。现场将汽端密封瓦挪至恒温20℃空调房间进行研磨使各处间隙合格，重新回装后汽端密封油流量显示正常。

使用临时管道旁路密封瓦验证密封油流量时，将密封油进油管道与氢气侧回油管道相连，缺少密封瓦的阻力作用，密封油实际流量远大于正常运行流量。浮子油箱回油较多，且发电机内未充入气体提升压力，浮子油箱内回油通过与发电机底部相连管线进入发电机，造成发电机进油。发电机密封油管路在旁路密封瓦时应充分考虑系统异常运行的风险，将浮子油箱与发电机底部相连管线使用盲板隔离，避免在大流量回油时造成发电机进油。

发电机密封瓦间隙安装精度要求高，前期安装时在汽轮机厂房内进行测量和温度补偿，可能存在误差，导致密封瓦间隙过小，引起密封油流量不足。后续安装密封瓦时应尽量在设计温度20℃的恒温房间进行测量和调整，以抵消温度对测量数据的影响。

安装阶段进行过2次发电机整体气密性试验，试验结果均合格，但未关注密封油流量。后续机组在安装阶段进行发电机整体气密性试验时应监视密封油流量，以便提前发现问题，有充足的时间进行处理。

2.5电源切换试验期间事故交流密封油泵损坏

#3机组进行柴油发电机切换试验需真实启动事故交流密封油泵进行配合，但当时事故直流密封油泵不具备启动条件，不能作为事故交流密封油泵的备用泵自动启动。若启动事故交流密封油泵直接向发电机密封瓦供油，需先向发电机内充入50-80KPa的压缩空气，电源切换试验过程中润滑油和密封油泵会失电停运，密封油断供，将导致发电机内气体泄漏。所以试验时发电机内未充入压缩空气，事故交流密封油泵未向发电机密封瓦供油，而是将泵出口隔离阀关闭，通过旁通阀进行小流量循环。运行约半小时后，泵轴密封损坏，泵体漏油。拆借#4事故交流密封油泵进行更换并试车，泵体各项参数正常。

事故交流密封油泵的泵出口旁通阀仅用于调整泵出口压力，不能作为小流量循环工况运行，否则泵体温度会迅速升高导致轴密封烧毁。后续进行柴油发电机切换试验，需真实启动事故交流密封油泵时，应在正常运行模式下启泵向发电机供油，确认事故直流密封油泵可用并已置于热备用状态。

3 结论

单流环发电机密封油系统流程相对较简化，但对设备可靠性要求较高，调试阶段应完善操作方案和调试程序，对系统进行全面验证，密切关注各设备的工作情况。遇到问题时，循序渐进地排查，找到根本原因并予以解决。通过对调试过程中遇到的典型问题进行分析，在设计、安装、调试、运行等阶段进行改进和预防，减少设备损坏和工期延误，确保机组安全稳定的运行。

参考文献：

[1]东方电机股份有限公司.密封油系统运行规程.东方电机股份有限公司[M],2013:16.

[2]宋明桂.1150MW核能发电机端盖漏氢问题分析及处理[J].科技信息,2013(19):403-404.

[3]彭睿.两种单流环式密封油系统的设计特点分析[J].东方电机,2009(5):62-66.

[4]袁满,马辉平.300MW发电机密封油系统存在的问题及对策[J].华电技术,2013(35):1-3.