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摘要：华能太仓电厂3号汽轮发电机是哈汽厂制造，于2006年投产的国产600MW机组。自投产后3号发电机气密性一直不理想，2008年4月电厂检修人员对密封油系统进行了改造，发电机的气密性获得很大提高。但随之而来产生了一系列的问题，我们通过现场的观察和测量，通过严密的计算，还查阅了相关的技术资料，终于找到了问题的根源。这次的问题很具有普遍性，所以我们把遇到、分析、解决问题的过程展现出来以求共同探讨提高。
关键词：密封油系统；发电机进油；发电机氢纯度
作者简介：邱元元（1976-），男，上海人，华能太仓电厂运行部，工程师；丁清（1977-），男，上海人，华能太仓电厂运行部，助理工程师。（江苏 太仓 215424）
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0143-02
华能太仓电厂 3号发电机自2006年投产后气密性一直不理想，2008年4月检修人员对密封油系统进行了改造，增大了密封油进油管的直径。改造前氢压下降速度是1.2KPA/H。改造后氢压下降速度变为0.02KPA/H，效果十分明显。但随之而来产生了一些大家意想不到的问题。3号发电机的氢纯度完全无法维持，最严重的时侯两天就要换一次氢才能维持氢纯度在合格范围内，这是为什么？我们先来回顾一下3号发电机的改造过程，这样才能对症下药，找到突破口。改造共分两个阶段，我们分别介绍。
一、为解决气密性加粗油管后发现导致发电机进油
首先，检修找到了问题的根源是密封油流量太小，造成密封油密封不严，氢气通过两端密封瓦泄漏，讨论的结果是是加粗密封油管道，增加密封油流量。改造后效果明显，氢压下降速度由改造前的1.2kPA/H变为0.02kPA/H。但在启机前对发电机进行气密实验时发现，发电机汽端冒油烟，启机后又不断出现“消泡箱油位高”报警，就地发电机检漏仪处还放出少量油（这时发电机已少量进油，而此时的氢侧密封油箱油位正常，可见不是由于氢侧油箱油位高而满进发电机的）。至此，改造后第一个问题出现了，即发电机进油。
那么，这是为什么？如图1正常情况下，空侧密封油由密封瓦空侧间隙进入，经密封瓦与转子之间的间隙向发电机外侧回流回空侧密封油箱，而氢侧密封油由密封瓦氢侧间隙进入，经密封瓦与转子之间的间隙向发电机内侧流入消泡箱，经过氢气自然析出过程后返回氢侧密封油箱。改造后，空侧密封油流量增加，为保持空氢侧油压的平衡，发电机两侧的两个平衡阀就会开大，氢侧密封油的流量也会随之增大，而氢侧密封油的回油是自然回油，其动力就是发电机内部的氢压，在氢压基本不变的情况下，就会在局部造成回油不畅，密封油越过挡油板进入发电机内部。但这只是局部的回油不畅，氢侧油的总量没有变大，所以，氢侧密封油箱的油位不会异常。但发电机会少量进油。
二、为解决发电机进油加大密封瓦间隙，导致发电机氢纯度难以维持，换氢频繁
为解决发电机进油问提，检修随后进行了二次改造，改造的详细计划没有对外公布，但无外乎就是两种方法，其一，把空侧密封油管路加粗的地方再改回来，但这样就回到老路上了，3號发电机的漏氢率仍然可能居高不下，根据事后的数据分析（漏氢率没有反弹），检修应该没有采用这种方法。其二，加大密封瓦的间隙，这样，密封油在密封瓦中的阻力会加大，氢侧密封油在克服了这一阻力后，其压力与氢压基本相当，就不会在窜到发电机里去了。也就解决了发电机进油的问题，但这一措施导致第二个问题的产生：发电机氢纯度难以维持，换氢频繁。我们通过现场记录查到，自从密封油系统二次改造后，3号发电机每月要换氢十多次才能保证氢纯度在95%以上，3号机在改造前没有这种情况，同样的我厂4号发电机的氢纯度就很稳定。是什么原因导致这一现象呢？
我们分析这个问题利用了排除法，通过不同引起发电机氢纯度下降的原因，对比现场情况，逐条排除。
（1）主机润滑油中含水通过密封油串到发电机内。发电机密封油含水超标可能导致氢气中进入水蒸汽。从系统设置可以知道，发电机密封油系统其油源来自主油箱。在汽轮机运行中，由于轴封汽调整不当等原因会使主机润滑油中含水过高，再通过密封油箱补油或密封油窜流，含水的空侧密封油和氢侧密封油窜流，最终导致水蒸气进入发电机引起氢气纯度下降。但我查找了当时的化学交班记录，没有在3号机主油箱中放出水，所以，这种情况得以排除。
（2）通过补氢、排氢、充二氧化碳等空气门漏入发电机内部。发电机进空气有可能是压缩空气与氢系统连接阀门不严造成。因为在发电机气体置换采用抽真空法，在发电机退氢后期用压缩空气进行死角排污，由于压缩空气的压力高于发电机正常运行时的氢压，如果与氢系统连接的阀门不严空气必然进入氢系统。但这只是在机组启动是才会产生该情况，而且机组启动后这些气体置换门都加装了堵板，所以，这种情况应该排除。
（3）如图1，按照双流密封油结构密封瓦设计原理来讲，只有维持密封瓦内空侧密封油与氢侧密封油压力基本相等，减少空、氢侧密封油的交换，才能防止空侧油系统中夹带的空气等进入氢侧密封油系统。但实际运行中由于设备结构和测量等方面很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡主要有两个原因，其一是氢侧密封油系统的平衡阀调节精度差。目前平衡阀要求的精度为±50毫米水柱（±490Pa），在运行中，由于平衡阀活塞和油缸之间间隙较小，稍有杂质可能造成活塞的运动阻力增大，甚至卡死，致使平衡阀调节精度变差，不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，进而造成氢气污染、增大补氢量。造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡的第二个主要原因是空、氢侧密封油压力的测量误差。机组运行中只有维持密封瓦与转轴之间的油压平衡，才能减少空、氢侧密封油的互相窜动，但由于设备结构的原因，目前只能测量密封瓦上的空、氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号，因此必然造成测量误差，平衡阀不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，从而引起发电机补氢量增大。当空侧密封油压力大于氢侧密封油压力时，空侧密封油在密封瓦内向氢侧窜油，空侧密封油夹带的空气等进入氢侧密封油。当氢侧密封油压力大于空侧密封油压力时，氢侧密封油在密封瓦内向空侧窜油，这样将引起氢侧密封油箱油位降低，氢侧密封油箱补油强开将打开，空侧密封油泵出口的压力油补入氢侧密封油箱。因此，无论空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，还是氢侧密封油压力大于空侧密封油压力，都将使从轴承回油来的空侧密封油夹带的油烟、水气等通过与氢侧密封油交换而进入氢侧密封油系统，再通过密封油内油档被发电机吸入发电机内，造成发电机内氢气污染，氢气纯度下降，但大家要说了，4号机不也会出现这个问题？为什么4号机的氢纯度稳定？显然这不是根本原因。
（4）密封瓦与发电机转子间隙增大。这是目前最有可能的情况，如图1，从密封瓦与转轴间沿转轴的轴向流向空侧和氢侧的油流称为轴向流动，当空、氢侧密封油压差保持一定时，空、氢侧密封油的交换量Q氢和Q空与密封瓦的间隙D是成正比的。当运行中密封瓦间隙从增大时，密封油流量Q氢和Q空将大大增加，而跟椐本文2.3所述，由于空、氢侧密封油之间不可避免的存在压差，密封油流量的增加将导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加，空侧密封油中携带的空气、水分等通过交换进入氢侧密封油中，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机氢气中污染氢气，降低氢气纯度。这就是3号发电机氢纯度难以维持的最大原因。
三、发电机氢纯度下降的危害和解决方法
氢气纯度不合格，将会直接影响发电机的安全。如果氢气纯度下降至爆炸范围内，在一定的条件下可能会引起发电机内氢气爆炸。据资料显示，发电机氢气纯度每降低1％，通风摩擦损耗约增加11％。氢气纯度不合格不但导致冷却效率降低，而且由于摩擦损耗的存在可能使机内构件局部过热和发电机效率的降低。另外由于空气中含有氮气等有害气体，还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀。目前我们通行的解决方法有以下几种方式。
1.保证密封瓦与转轴适当的间隙
上面我们说到，氢纯度难以维持的主要原因就是密封瓦的间隙过大，造成空侧和氢侧密封油的流量增大，导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加。所以，我们应对症下药，利用大修的机会把空侧密封油的管路适当改细，然后合理调小密封瓦的间隙，可以根本解决3号发电机的氢纯度问题。
2.勤于调整平衡阀
平衡阀的目的就是控制密封瓦内空、氢侧密封油环内的空、氢密封油不交换，基于这个原理，我们可关闭氢侧密封油箱补、排油门，观察并根据密封油箱油位变化和空氢差压表對平衡阀进行调整，最终使氢侧密封油箱油位基本稳定，找到规律，达到减少空、氢侧密封油在密封瓦内交换的目的。
3.可进行密封油温在标准要求范围内上下限之间变动的试验
在发电机转轴振动不增大的情况下，尽量保持密封油温在标准的低限运行，从而达到减少密封油流量减少发电机进油和降低氢气污染的目的。我厂的运行规程规定密封油温度在43度至49度间运行，我们可以设在43度运行。
4.提高排烟风机的容量
提高空侧油箱排烟风机的容量可提高空侧油箱的负压、减少空侧密封油中的含空气量和含水量，从而减少因空、氢侧密封油交换对氢气的污染。
5.保持氢侧密封油压稍高于空侧密封油压
这需要不断的实验，通过实验找到规律，因为如果氢侧密封油压过高于空侧密封油压也会造成发电机氢纯度的下降。
6.技术革新，提高平衡阀的调节精度和提高空、氢侧进油管压力测量的精度
提高平衡阀的调节精度可有效减少空、氢侧密封油的窜动量，防止氢气污染。据悉国内某单位已研制成功了阀芯连续旋转的平衡阀，这种平衡阀采用密封油做为动力油推动阀芯以一定速度旋转，可防止密封油中杂质造成阀芯卡涩。而且目前大多数空、氢侧压力的不平衡都是因为空、氢侧进油管压力测量的精度不高导致的，我们可以进行技术革新，运用精度更高的测量元件。
（责任责任：麻剑飞）
关键词：密封油系统；发电机进油；发电机氢纯度
作者简介：邱元元（1976-），男，上海人，华能太仓电厂运行部，工程师；丁清（1977-），男，上海人，华能太仓电厂运行部，助理工程师。（江苏 太仓 215424）
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0143-02
华能太仓电厂 3号发电机自2006年投产后气密性一直不理想，2008年4月检修人员对密封油系统进行了改造，增大了密封油进油管的直径。改造前氢压下降速度是1.2KPA/H。改造后氢压下降速度变为0.02KPA/H，效果十分明显。但随之而来产生了一些大家意想不到的问题。3号发电机的氢纯度完全无法维持，最严重的时侯两天就要换一次氢才能维持氢纯度在合格范围内，这是为什么？我们先来回顾一下3号发电机的改造过程，这样才能对症下药，找到突破口。改造共分两个阶段，我们分别介绍。
一、为解决气密性加粗油管后发现导致发电机进油
首先，检修找到了问题的根源是密封油流量太小，造成密封油密封不严，氢气通过两端密封瓦泄漏，讨论的结果是是加粗密封油管道，增加密封油流量。改造后效果明显，氢压下降速度由改造前的1.2kPA/H变为0.02kPA/H。但在启机前对发电机进行气密实验时发现，发电机汽端冒油烟，启机后又不断出现“消泡箱油位高”报警，就地发电机检漏仪处还放出少量油（这时发电机已少量进油，而此时的氢侧密封油箱油位正常，可见不是由于氢侧油箱油位高而满进发电机的）。至此，改造后第一个问题出现了，即发电机进油。
那么，这是为什么？如图1正常情况下，空侧密封油由密封瓦空侧间隙进入，经密封瓦与转子之间的间隙向发电机外侧回流回空侧密封油箱，而氢侧密封油由密封瓦氢侧间隙进入，经密封瓦与转子之间的间隙向发电机内侧流入消泡箱，经过氢气自然析出过程后返回氢侧密封油箱。改造后，空侧密封油流量增加，为保持空氢侧油压的平衡，发电机两侧的两个平衡阀就会开大，氢侧密封油的流量也会随之增大，而氢侧密封油的回油是自然回油，其动力就是发电机内部的氢压，在氢压基本不变的情况下，就会在局部造成回油不畅，密封油越过挡油板进入发电机内部。但这只是局部的回油不畅，氢侧油的总量没有变大，所以，氢侧密封油箱的油位不会异常。但发电机会少量进油。
二、为解决发电机进油加大密封瓦间隙，导致发电机氢纯度难以维持，换氢频繁
为解决发电机进油问提，检修随后进行了二次改造，改造的详细计划没有对外公布，但无外乎就是两种方法，其一，把空侧密封油管路加粗的地方再改回来，但这样就回到老路上了，3號发电机的漏氢率仍然可能居高不下，根据事后的数据分析（漏氢率没有反弹），检修应该没有采用这种方法。其二，加大密封瓦的间隙，这样，密封油在密封瓦中的阻力会加大，氢侧密封油在克服了这一阻力后，其压力与氢压基本相当，就不会在窜到发电机里去了。也就解决了发电机进油的问题，但这一措施导致第二个问题的产生：发电机氢纯度难以维持，换氢频繁。我们通过现场记录查到，自从密封油系统二次改造后，3号发电机每月要换氢十多次才能保证氢纯度在95%以上，3号机在改造前没有这种情况，同样的我厂4号发电机的氢纯度就很稳定。是什么原因导致这一现象呢？
我们分析这个问题利用了排除法，通过不同引起发电机氢纯度下降的原因，对比现场情况，逐条排除。
（1）主机润滑油中含水通过密封油串到发电机内。发电机密封油含水超标可能导致氢气中进入水蒸汽。从系统设置可以知道，发电机密封油系统其油源来自主油箱。在汽轮机运行中，由于轴封汽调整不当等原因会使主机润滑油中含水过高，再通过密封油箱补油或密封油窜流，含水的空侧密封油和氢侧密封油窜流，最终导致水蒸气进入发电机引起氢气纯度下降。但我查找了当时的化学交班记录，没有在3号机主油箱中放出水，所以，这种情况得以排除。
（2）通过补氢、排氢、充二氧化碳等空气门漏入发电机内部。发电机进空气有可能是压缩空气与氢系统连接阀门不严造成。因为在发电机气体置换采用抽真空法，在发电机退氢后期用压缩空气进行死角排污，由于压缩空气的压力高于发电机正常运行时的氢压，如果与氢系统连接的阀门不严空气必然进入氢系统。但这只是在机组启动是才会产生该情况，而且机组启动后这些气体置换门都加装了堵板，所以，这种情况应该排除。
（3）如图1，按照双流密封油结构密封瓦设计原理来讲，只有维持密封瓦内空侧密封油与氢侧密封油压力基本相等，减少空、氢侧密封油的交换，才能防止空侧油系统中夹带的空气等进入氢侧密封油系统。但实际运行中由于设备结构和测量等方面很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡主要有两个原因，其一是氢侧密封油系统的平衡阀调节精度差。目前平衡阀要求的精度为±50毫米水柱（±490Pa），在运行中，由于平衡阀活塞和油缸之间间隙较小，稍有杂质可能造成活塞的运动阻力增大，甚至卡死，致使平衡阀调节精度变差，不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，进而造成氢气污染、增大补氢量。造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡的第二个主要原因是空、氢侧密封油压力的测量误差。机组运行中只有维持密封瓦与转轴之间的油压平衡，才能减少空、氢侧密封油的互相窜动，但由于设备结构的原因，目前只能测量密封瓦上的空、氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号，因此必然造成测量误差，平衡阀不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，从而引起发电机补氢量增大。当空侧密封油压力大于氢侧密封油压力时，空侧密封油在密封瓦内向氢侧窜油，空侧密封油夹带的空气等进入氢侧密封油。当氢侧密封油压力大于空侧密封油压力时，氢侧密封油在密封瓦内向空侧窜油，这样将引起氢侧密封油箱油位降低，氢侧密封油箱补油强开将打开，空侧密封油泵出口的压力油补入氢侧密封油箱。因此，无论空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，还是氢侧密封油压力大于空侧密封油压力，都将使从轴承回油来的空侧密封油夹带的油烟、水气等通过与氢侧密封油交换而进入氢侧密封油系统，再通过密封油内油档被发电机吸入发电机内，造成发电机内氢气污染，氢气纯度下降，但大家要说了，4号机不也会出现这个问题？为什么4号机的氢纯度稳定？显然这不是根本原因。
（4）密封瓦与发电机转子间隙增大。这是目前最有可能的情况，如图1，从密封瓦与转轴间沿转轴的轴向流向空侧和氢侧的油流称为轴向流动，当空、氢侧密封油压差保持一定时，空、氢侧密封油的交换量Q氢和Q空与密封瓦的间隙D是成正比的。当运行中密封瓦间隙从增大时，密封油流量Q氢和Q空将大大增加，而跟椐本文2.3所述，由于空、氢侧密封油之间不可避免的存在压差，密封油流量的增加将导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加，空侧密封油中携带的空气、水分等通过交换进入氢侧密封油中，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机氢气中污染氢气，降低氢气纯度。这就是3号发电机氢纯度难以维持的最大原因。
三、发电机氢纯度下降的危害和解决方法
氢气纯度不合格，将会直接影响发电机的安全。如果氢气纯度下降至爆炸范围内，在一定的条件下可能会引起发电机内氢气爆炸。据资料显示，发电机氢气纯度每降低1％，通风摩擦损耗约增加11％。氢气纯度不合格不但导致冷却效率降低，而且由于摩擦损耗的存在可能使机内构件局部过热和发电机效率的降低。另外由于空气中含有氮气等有害气体，还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀。目前我们通行的解决方法有以下几种方式。
1.保证密封瓦与转轴适当的间隙
上面我们说到，氢纯度难以维持的主要原因就是密封瓦的间隙过大，造成空侧和氢侧密封油的流量增大，导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加。所以，我们应对症下药，利用大修的机会把空侧密封油的管路适当改细，然后合理调小密封瓦的间隙，可以根本解决3号发电机的氢纯度问题。
2.勤于调整平衡阀
平衡阀的目的就是控制密封瓦内空、氢侧密封油环内的空、氢密封油不交换，基于这个原理，我们可关闭氢侧密封油箱补、排油门，观察并根据密封油箱油位变化和空氢差压表對平衡阀进行调整，最终使氢侧密封油箱油位基本稳定，找到规律，达到减少空、氢侧密封油在密封瓦内交换的目的。
3.可进行密封油温在标准要求范围内上下限之间变动的试验
在发电机转轴振动不增大的情况下，尽量保持密封油温在标准的低限运行，从而达到减少密封油流量减少发电机进油和降低氢气污染的目的。我厂的运行规程规定密封油温度在43度至49度间运行，我们可以设在43度运行。
4.提高排烟风机的容量
提高空侧油箱排烟风机的容量可提高空侧油箱的负压、减少空侧密封油中的含空气量和含水量，从而减少因空、氢侧密封油交换对氢气的污染。
5.保持氢侧密封油压稍高于空侧密封油压
这需要不断的实验，通过实验找到规律，因为如果氢侧密封油压过高于空侧密封油压也会造成发电机氢纯度的下降。
6.技术革新，提高平衡阀的调节精度和提高空、氢侧进油管压力测量的精度
提高平衡阀的调节精度可有效减少空、氢侧密封油的窜动量，防止氢气污染。据悉国内某单位已研制成功了阀芯连续旋转的平衡阀，这种平衡阀采用密封油做为动力油推动阀芯以一定速度旋转，可防止密封油中杂质造成阀芯卡涩。而且目前大多数空、氢侧压力的不平衡都是因为空、氢侧进油管压力测量的精度不高导致的，我们可以进行技术革新，运用精度更高的测量元件。
（责任责任：麻剑飞）