600MW氢冷发电机单流环式密封油系统介绍及故障分析

600MW氢冷发电机单流环式密封油系统介绍及故障分析

李刚

山东电力建设第三工程有限公司 山东 青岛 266100

摘要：密封油系统作为氢冷发电机的附属系统，对确保发电机安全稳定运行起着重要作用。本文介绍了单流环式密封油系统原理，结合项目现场出现的密封油系统漏油故障分析，介绍了处理措施及安装注意事项。

关键词：单流环；密封油系统原理；故障；分析

1. 概述

发电机密封油系统专用于向发电机密封瓦供油，且使油压高于发电机内部氢压，以防止发电机内氢气沿轴与密封瓦之间的间隙向外泄露，同时也防止油压过高导致发电机内部大流进油。密封瓦所需用的密封油，来源于汽轮机轴承润滑油即集装油箱，人们习惯上按其用途称之为密封油。

大型氢冷发电机最常见的有单流环式，双流环式，三流环式密封油系统。印度某4x600MW项目部使用的是东方发电机有限公司的单流环式密封油系统。本文以此为例，介绍密封油系统组成，安装运行中出现的故障及解决方案。

2. 单流环式密封油系统组成及运行原理

   1. 发 电机的密封瓦分为盘式和环式两种。中等容量的发电机多采用盘式，大型发电机多采用环式密封瓦，其经济性和可操作性较盘式更好。图一为盘式密封瓦结构图。

   2. 单流环式密封油系统的主要设备

      1. 回油扩大槽。发电机氢侧汽端、励端各有一根排油管与扩大槽相连，来自密封油环的排油在此槽内扩容，使回油能分离出氢气。扩大槽里设置横向隔板，把油槽分成两部分，之间通过外侧的U形管连接，防止发电机两端之间的风机压差过大导致气体在密封油排泄管中进行循环。扩大槽内部有一路管道和油水报警器相连接，当扩大槽中的油位升高到超过预期值时发出报警信号。

      2. 浮子油箱。氢侧回油经扩大槽后进入浮子油箱，该油箱的作用是使油中的氢气进一步分离。油箱内部装有自动控制油位的浮球阀，以使油位保持在一定的范围。外部装有手动旁路阀及液位视察窗，必要时人工操作控制油位。

      3. 空气抽出槽。发电机空侧密封油和轴承润滑油混合后排至空气抽出槽内，油中的气体分离后由排油烟装置排至厂外大气，润滑油经管路回流至汽机主油箱。

2. 3. 4. 真空装置。真空装置主要是指真空油箱，真空泵和再循环泵。它们是单流环密封油系统中的油净化设备。

      5. 油泵。两台交流主油泵，一台工作，一台备用。一台直流事故油泵，当两台主油泵故障时启动。

      6. 压差调节阀。该调节阀用于自动调整密封瓦进油压力，该压力自动跟踪发电机内气体压力且使油-气压差稳定在所需的范围之内。

      7. 滤油器。两台滤油器设置在压差调节阀的进口管路上，用以滤除密封油中的固态杂质。该型号的滤油器为滤芯式滤油器。

3. 系统主要技术参数

密封油油质：同汽轮机润滑油，常规采用T-32号汽轮机润滑油。密封瓦进油温度：20℃~50℃。密封瓦出油温度 ：≤ 70℃。密封瓦油压大于机内氢压：0.056 ± 0.02 MPa。

2. 系统及工作（运行）原理

4.1 印度项目单流环密封瓦的密封油系统介绍

图 为氢冷发电机电机密封油系统图。在正常运行方式下，汽轮机润滑油进入密封油真空箱，经主密封油泵升压至滤网过滤后，由差压调节阀调节至合适的压力，进入发电机的密封瓦。本系统的密封瓦采用单流环密封瓦，其中空气侧的回油进入空气抽出槽，氢气侧的回油进入回油扩大槽后再向下流入浮子阀箱，而后依靠压差流入空气抽出槽。空气抽出槽内的油流入汽轮机润滑油套装油管，回到主油箱，开始下一个油循环。在膨胀箱顶部和发电机底部引出细管，接至油水检测器，用于正常运行及气体置换时检查密封油进入发电机的程度，发现有油时应及时排放并查找原因。

4.2 密封油系统工作（运行）原理

密封油系统具有三种运行方式，能保证各种工况下对机内氢气的密封。

（1）正常运行时，油源来自汽轮机润滑油。润滑油→真空油箱→主密封油泵→滤油器→压差阀→发电机密封瓦；氢侧回油→扩大槽→浮子油箱→ 空气抽出槽→ 套装油箱；空侧回油（与发电机轴承润滑油排油混合，下同）→回油管路→汽轮机主油箱。

（2）当两台主密封油泵均故障或交流电源失去时，运行方式如下：主机润滑油→事故(直流)密封油泵→滤油器→压差阀→发电机密封瓦；氢侧排油→扩大槽→浮子油箱→空气抽出槽→ 套装油箱；空侧排油→回油管路→汽轮机主油箱。

（3）当主密封油泵及事故密封油泵均失去作用时，轴承润滑油直接作为密封油源密封机内氢气（轴承润滑油→滤油器→压差阀→密封瓦）。此时应紧急停机并排氢，氢气降压直至主机润滑油压能够对氢气进行密封，氢气压力范围0.05MPa~0.02MPa。

4.3　密封油系统的油位控制

扩大槽在发电机底部稍下，储存氢侧回油，油位高于设计值时报警。中间由隔板隔开，防止发电机两侧出口压力不一致时产生压差，造成油气在发电机两端之间循环。箱体上部各设一根排气管，用以排掉低纯度的氢气。两个回油间隔通过一个U型管连接，回油向下进入浮子阀油箱。氢侧回油进入浮子阀油箱，氢气经分离通过其顶部的平衡管又回到扩大箱，油流入空气析出箱。由于浮子阀的控制作用，油箱内始终维持一定的油位，可以避免氢气进入空气析出箱。

空气析出箱位置低于膨胀箱以确保回油通畅。发电机轴承的回油与空气侧回油混合后进入空气析出箱，空气在此分离经外管线排出，回油进入汽轮机轴承回油套装母管，回到主油箱。密封油真空箱的油位由浮子阀控制。油位逐渐上升时，浮子阀逐渐关小直至全关；油位逐渐降低时，浮子阀逐渐开大直至全开。当浮子阀故障时，易于出现油位失控的现象，此时可通过开关手动补油门暂时来维持合适的油位。

2. 单流环式密封油典型故障分析

5.1 发电机内部持续进油

现象及处理经过

印度项目2号机组初次启动时，汽轮发电机冲至3000转及电气试验过程中，未发现发电机漏油现象。第三次冲转时，发电机油水探测器报警，采取放油消除报警。第六次冲转后，再次报警，通过油水探测器连续放油处理。停机后，清理发电机内油污，将发电机出线罩底部排污口接至油水探测器低点位置，利于排油。第七次启动。在冲转过程中未发现漏油，3000转稳定后，发现报警，随即进行了排油，此次漏油量，从主机油箱油位估算，油位下降从1255至1120mm，约2000L。根据厂家意见，停机对部分管路进行整改，并将发电机内部油全部放出，同时对差压阀进行调整，调整至0.046MPa，保持漏氢量不超标。最后汽机，发电机内部不漏油，问题解决。

原因分析：

发电机内部密封油泄露是密封油系统中常见的故障，原因通常有六点：

1. 安装时密封瓦间隙过大或主机震动异常等原因造成密封瓦磨损，密封瓦间隙大于设计值，排油量大于浮球阀调节范围，不能及时把密封油排走；

2. 油氢压差调节阀压差过大或阀故障，致使密封瓦氢侧回油量大于设计值，从而进入发电机；

3. 回油扩大槽，空气抽出槽及浮子油箱安装时之间的标高及其差值不符合图纸设计要求，标高差小于设计值，使得密封油回油不畅，造成回油扩大槽满油，引起发电机进油。

4. 浮子油箱浮球调节阀失去作用，使得密封油回油不畅，造成回油扩大槽满油，引起发电机进油。

5. 运行操作不当，浮子油箱回氢一次、二次门关闭或浮子油箱进、出口门关闭，造成浮子油箱内部压力升高，

6. 密封油回油管路倾斜度小于设计值，使得密封油回油不畅，造成回油扩大槽满油，引起发电机进油。

针对2号机组发电机内部进油，经过系统排查，原因1提及的安装记录符合设计值排除；原因3，4，5项经检查，符合设计及安装要求；对原因2差压阀进行了解体检查，发现底部密封垫松动和损坏，在更换新部件后，漏油现象仍然存在；最后对密封油回油管路进行排查，发现回油扩大槽两端接发电机底部的管道（约2.5米）坡降很小，查看设计图纸发现该段管道斜度没有设计。重新根据设计变更更改管道，坡降大于1/50, 改造完成后启机，发电机无漏油现象。

借鉴预防措施：

1. 密封瓦安装严格按照安装说明，间隙值调整在设计范围内，并做好记录；

2. 回油扩大槽，空气抽出槽及浮子油箱按照图纸标高施工，安装后严格验收。

3. 密封油回油管路施工时，明确坡降要求，现场检查；

4. 机组启动前，对密封油系统设备进行全面检查。

5. 严格按照系统控制说明对系统进行运行操作。

5.2　密封油浮子阀卡涩，分别造成密封油膨胀箱满油、氢气压力迅速下降

现象及处理经过：

值班员监视发现主机油箱油位逐渐下降，就地检查确认主油箱油位缓慢下降，全面检查润滑油系统无外部漏油，检查密封油真空箱油位正常。发现浮子阀箱油位非正常升高，密封油膨胀箱油位高报警发出，立即开启浮子阀旁路门调整浮子阀箱油位后，主油箱油位逐渐恢复正常，密封油膨胀箱油位高报警消失。联系检修人员用橡皮锤振打后，浮子阀箱油位逐渐稳定。缓慢关闭浮子阀旁路门，观察油位调节正常。

值班员监视发现发电机内氢气压力快速下降，派巡视员检查发现浮子阀箱油位不正常降低，油位计看不到油位，回油管有气流声音，立即关小浮子阀箱底部回油总门，使浮子阀箱油位逐渐恢复正常，回油管气流声音消失，发电机内氢气压力稳定。联系检修人员用橡皮锤振打后，浮子阀箱油位逐渐稳定。缓慢开启浮子阀箱底部回油总门，观察油位调节正常。

原因分析：

密封油浮子阀卡涩是密封油系统常见的故障，在邹县发电厂#5、6机组出现多次，分析具体卡涩原因：浮子阀箱的油位控制比较精密，在很小的范围内波动，运行较长时间后，浮子阀的阀芯或调节机构局部磨损，造成油位调节呈非线性特性或阀芯磨损不能关闭严密，在受外界大的干扰时调整不过来。经验表明，在汽轮机冲转或惰走过程中、在发电机内氢气压力变化较大时容易出现密封油浮子阀卡涩，应特别注意。造成浮子阀箱油位升高的另一个原因是浮子阀的球体渗漏，进入密封油，不能真实的反应油位的变化。

借鉴预防措施：

1. 在安装和检修中，及时检查浮子阀球体和各部调节机构活动情况，发现问题及时处理。

2. 在进行补氢、排氢、氢气置换操作和汽轮机冲转和停机惰走过程中，要经常检查浮子阀箱油位和主油箱油位的变化趋势，发现异常及时处理。

3. 要定期通过开关节流浮子阀箱的进出口门，使油位升高或降低，让浮子阀在较大范围动作，人为地活动浮子阀，避免浮子卡涩和局部磨损。

2. 密封油系统安装中注意事项

6.1 油系统回油管路必须有倾斜度，注意水平走向的回油管路坡度大于1/50。安装过程，注意保持内部清洁度。

6.2 密封油系统中使用的阀门为不锈钢波纹截止阀，该阀门内部阀芯密封面为聚四氟乙烯材质；焊接阀门前，应该把阀门达到最大开度，以防因高温烧损密封面。

6.3 整个密封油管路使用1Cr18Ni9Ti材质，焊接使用氩弧焊，焊接过程，内部管道要冲压，保证氩气充实，防止焊接时管道内部产生过多的氧化层，加大油冲洗难度。

6.4 密封油扩大槽和空气抽出槽之间的标高差符合图纸要求。

6.5 设备安装完毕后，检查各个法兰之间的垫片安装情况。

6.6 管路安装完毕，油冲洗前，注意把真空油箱，浮子油箱中的浮球装入。

2. 总结

密封油系统在汽机附属系统中是重要的一环，我们需要在过程中不断总结经验，完善系统，使密封油系统能够更好的安全稳定运行。

参考文献：

[1] 《600MW汽轮发电机氢油水系统说明书》

[2] 毛国光《对600 MW级汽轮发电机选型的一些看法》

[3] 刘智 吴建勋 《600MW机组单流环式密封油系统典型故障分析》

[4] 王勇 刘建峰 《600MW发电机进油原因分析及对策》

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