密封油系统油氢差压波动问题分析及处理

密封油系统油氢差压波动问题分析及处理

杨乐

（中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司陕西西安710032）

摘要：本文针对某1000MW机组三流环密封油系统调试及整套启动阶段出现的空侧密封油泵切换间隙油氢差压波动过大的现象，基于三流环密封油系统的运行原理，对油氢差压波动的原因进行了排查，并采取了相应措施，使油氢差压波动的问题得到解决，为出现类似问题的同类型机组及三流环密封油系统提供处理经验及参考。

关键词：三流环密封油；油泵切换；油氢差压

1.概述

采用氢气冷却的发电机，为了防止运行过程中氢气沿转子轴向外漏甚至引发火灾或爆炸事故，均配置有密封油系统，通过向密封瓦供给始终略高于发电机氢压的密封油压力来确保发电机内氢气的良好密封，并同时为密封瓦提供冷却及润滑。而在密封油系统的所有控制指标中，油氢差压的控制特性是与机组运行安全联系最为紧密的关键指标，会直接影响到机组的安全运行。

本文针对某1000MW机组三流环密封油系统出现的空侧密封油泵切换间隙油氢差压波动过大的现象，基于三流环密封油系统的运行原理，对油氢差压波动的原因进行了排查、采取了措施，使油氢差压波动的问题得到解决。

2.三流环密封油系统简介

2.1三流环密封油系统

三流环密封瓦由氢侧和空侧两个密封环瓦组成，每个密封环瓦的圆周方向上设计有通油孔，密封油泵供给至密封瓦处的油源分别从氢、空侧油孔注入轴瓦间隙形成密封，即形成氢侧密封油环路和空侧密封油环路。在氢、空侧密封油环路之间还设计有一路真空油路，用以隔离氢侧和空侧油回路[1]。图1为密封环在密封瓦座内的示意图。

2.2密封油油路简介及各油路油压控制

2.2.1空侧密封油油路简介及油压控制

由空侧密封油箱泵出的油，经过冷油器、过滤器，通过空侧油路主、副差压阀控制油压，使之以高于氢压约50kPa的压力从空侧密封环中间油槽注入，由空侧密封环外侧排出、回至空侧密封油箱内。

当空侧密封油供油压力升高/降低时，差压阀将开大/关小，以调整由差压阀泄至空侧密封油箱的油量，进而达到稳定空侧油氢差压的目的。

图1密封环在密封瓦座内的示意图

2.2.2真空侧密封油油路简介及油压控制

由真空侧密封油箱泵出的油，通过真空油路和空侧油路之间的油压调节止回阀控制油压，使之以高于空侧油压约20kPa的压力从氢、空侧环瓦之间形成的油槽注入，由于真空油路与氢侧油压几乎一致，但高于空侧油压20kPa，故真空油将从空侧密封环外侧与空侧回油一并排出，回至空侧密封油箱内。

若真空侧油泵故障停运，则空侧油路将顶替真空侧油路，但该状态下的发电机氢气纯度及漏氢量将受到影响。

2.2.3氢侧密封油油路简介及油压控制

氢侧密封油由汽端氢侧油泵和励端氢侧油泵分别供给。

平衡状态下（即氢侧油压恰好等于真空侧油压时），氢侧油泵泵出的油经过冷油器，从氢侧密封环中间油槽注入，由氢侧密封环内侧排出、回至氢侧油泵入口。

动态状态下（即氢侧油压未能等于真空侧油压时），氢侧油压通过氢侧油路两个油位调节阀控制，使之向真空侧油压靠拢。具体动态过程如下：

当氢侧密封油回油液位升高，氢侧油路两个油位调节阀关小，氢侧油泵流量下降而扬程上升，加上回油液位升高带来氢侧油泵入口静压升高，造成氢侧油压暂时超过真空侧油压而流入空侧密封环，使氢侧油路总油量流失。氢侧油路油量流失使氢侧密封油回油液位转为降低趋势，氢侧油路的两个油位调节阀此时则转为开大方向，氢侧油泵流量因此缓慢升高而扬程下降，加上回油液位降低带来的氢侧油泵入口静压降低，导致氢侧油压逐步下降，直至氢侧油压与真空侧油压基本一致。

当氢侧密封油的回油液位降低时，动态调整过程与回油液位升高时的过程类似，不再赘述。

若氢侧油泵故障停运，则真空侧或空侧油路将顶替氢侧油路，即从真空侧或空侧补充来的油将流入氢侧密封油回油管，并由氢侧密封油调节阀调节氢侧密封油回油液位，使多余的油返回至空侧密封油箱，以防止发电机进油。

3.某1000MW机组密封油系统调试问题的分析处理

3.1问题描述

为考验油氢差压控制特性，于2015年03月31日，发电机充压缩空气至532kPa（发电机额定压力500kPa，最大压力540kPa）状态下，进行密封油泵切换试验。油泵切换瞬间，油氢差压最低降至0kPa，且发电机两端明显有气体刺出，详细数据见表1。

表1发电机充至额定压力工况，密封油泵切换试验数据

从表1可以看到在密封油泵切换瞬间油氢差压降幅过大，无论是被动切换（即跳闸联启）或是主动切换（即并泵状态停运一台泵），均会在切换瞬间造成油氢差压完全丧失，并且在发电机两端能够明显观测到气体刺出现象，这将对机组的安全构成严重威胁。

因此，切泵瞬间油氢差压降幅过大的原因必须彻底查明、并采取相应措施予以纠正。

3.2原因分析及相应措施

据以往机组出现油氢差压波动过大的处理经验[2]～[4]，结合三流环密封油系统的运行原理及特点，初步确定了以下几种导致切泵瞬间油氢差压降幅过大的可能，并进行逐一排查和分析。

3.2.1主、副差压阀互相干扰

三流环密封油系统的空侧密封油回路设置有主、副共两个油氢差压阀，主阀的整定值比副阀的整定值低20kPa。在调试过程中发现主、副差压阀一同投用时（主阀整定值67kPa；副阀整定值87kPa），实际得到的空侧油氢差压是61kPa左右，这说明两个差压阀尽管整定值相差20kPa，但实际都在开启泄油状态，只是主阀泄油量较副阀更多。

为了确定“主、副差压阀之间互相干扰导致切泵瞬间油氢差压大幅下降”的可能性，单独对两个差压阀进行了试验：依次关闭主、副差压阀的前手动阀，分别进行油泵切换试验，结果并未有任何改善。故表明主、副差压阀互相影响干扰与切泵瞬间油氢差压降幅过大无关。

3.2.2备用泵联启滞后

据以往机组油氢差压波动过大问题的处理经验[2]，密封油泵备用联启缓慢往往是造成切泵瞬间油氢差压降幅过大的主因，但该机组情况略有不同：从表1可以看到，并泵状态停运一台泵时，油氢差压降幅更大，而这种工况与备用泵联启缓慢无关。

故判断备用泵联启滞后不是切泵瞬间油氢差压降幅过大的主因。

3.2.3出口逆止阀卡涩或回座过慢

通过反复试验发现：在运行油泵停运瞬间，出口逆止门声音异常且母管油压波动幅度较大。

由于空侧密封油泵属于容积泵，泵体自带溢流阀，可以短暂关闭出口门通过溢流管道运行，而不会造成油泵损坏，故决定在切泵瞬间关闭即将停运的油泵出口手动门，以验证逆止门工作是否正常。通过试验发现，停泵瞬间关闭出口手动门则出口逆止门声音正常，母管油压波动幅度亦变小。

据此怀疑可能是密封油泵出口逆止阀弹簧力量偏小或存在卡涩导致逆止阀回座迟滞，进而造成切泵瞬间油流通过逆止阀倒灌造成母管油压波动。在解体逆止阀检查后，证实了逆止阀阀芯卡涩的推断。

更换新的逆止阀后再次进行试验，逆止阀不再出现异音，且母管油压波动情况明显改善，但切泵瞬间油氢差压降幅依然过大，表明问题主因不是逆止阀卡涩。

3.2.4差压阀引压管堵塞、弹簧卡涩、差压阀选型不当等

若油氢差压阀存在问题，如引压管堵塞、弹簧卡涩、差压阀选型不当等，切换油泵时也有可能出现差压阀跟不上工况转换而失调的现象。为此围绕影响油氢差压阀响应速度的各因素进行了一系列排查。

（1）油氢差压阀引压管清洗

首先对油氢差压阀引压管进行了清洗，过程中未发现引压管内存在可能阻塞压力传递的污物，用压缩空气吹扫也证明引压管通畅无阻，不存在堵塞可能。

（2）油氢差压阀引压管排气

油氢差压阀引压管回装前，专门对每根引压管进行了排气，以排除引压管积聚空气造成压力传递不良、失准的可能，随后重新进行试验，切泵瞬间的油氢差压降幅依然没有改善。

（3）油氢差压阀弹簧检查

解体油氢差压阀，对油氢差压阀弹簧进行检查，结果表明弹簧活动顺畅、弹性正常，并不存在弹簧伸缩不畅、弹性不足等问题。

（4）油氢差压阀选型不当

进行完上述检查后回装油氢差压阀，重新进行试验。为便于进一步分析，决定在试验同时对空侧密封油管道进行流量实测，以监测切泵瞬间管道内密封油流量的具体变化。

分别取两点对空侧密封油母管的流量进行测量（A点取自过滤器出口密封油母管，B点取自油氢差压阀后空侧密封油至发电机的密封油供油管），进行油泵切换试验。详细数据见表2。

表2油泵切换试验时的密封油流量

从表2可以得到以下信息：

A泵单泵运行时，主、副油氢差压阀泄油总流量约为QA-QB=460L/min；

B泵单泵运行时，主、副油氢差压阀泄油总流量约为QA-QB=470L/min；

A、B两泵并列运行时，主、副油氢差压阀泄油总流量约为QA-QB=1100L/min；

A、B两泵并泵运行，停A泵瞬间，主、副油氢差压阀泄油总流量约为QA-QB=954L/min；

A、B两泵并泵运行，停B泵瞬间，主、副油氢差压阀泄油总流量约为QA-QB=955L/min；

油氢差压降幅方面，A、B两泵并泵运行时，无论停运A泵还是B泵，油氢差压均会迅速降至0kPa，且与之前数次试验一样，油氢差压会在0kPa维持2～3秒，然后才开始回升。

由以上信息明显看出：

在并泵运行状态，当停运任一台密封油泵瞬间，空侧油氢差压迅速下降，但油氢差压阀的泄油量在此瞬间仅从1100L/min减小至950L/min左右，即油氢差压阀在切泵时响应过慢，并没有随油氢差压的下降而快速回关，导致大量密封油通过油氢差压阀泄回空侧密封油箱，进而使密封瓦供油压力瞬间降低、油氢差压进一步下降至0。而油氢差压在0kPa维持2～3秒，表明切泵瞬间油氢差压阀的回关响应周期至少在2秒左右。

至此基本能够确定：油氢差压阀2秒以上的响应周期过于滞后，正是造成切泵瞬间油氢差压降幅过大的主要原因。

通过进一步检查，最终判断是油氢差压阀选型不当。密封油泵出力过大，而油氢差压阀行程设计偏小，造成运行时油氢差压阀开度过大、弹簧伸长量已经超出正常调节范围，当系统运行工况出现剧烈变化时油氢差压阀响应速率无法跟上工况转换节奏。在重新核对设计参数，并更换新的差压阀后，油泵切换时油氢差压降幅过大的问题最终得到了彻底解决。

参考文献

[1]徐永金,王健,苏猛业.大型发电机三流环密封油系统的特点及其应用[J].安徽电力,2012,29(2):29–32.

[2]韩泉.密封油泵切换过程中油压下降过快的分析处理[J].热力发电,2012,41(4):90–92.

[3]吴志祥,李树学.安庆电厂2号机密封油系统油氢差压波动分析及对策[J].安徽电力科技信息,2009,(6):1–4.

[4]熊峰.大机组密封油系统油氢差压异常的处理及分析[J].湖北电力,2008,32(5):60–61.