氢冷发电机

氢冷发电机指利用氢气冷却发电机的机器。其定子绕组、转子绕组及铁芯均采用氢内冷的冷却方式，氢气由装在转子两端的风扇强制循环，并通过设置在定子机座上部的4组氢气冷却器进行冷却。氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦以及氢气管路构成全封闭气密结构。

设备简介

氢冷发电机是指利用氢气冷却发电的设备，氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦、氢气管路组成全封闭气密结构。该发电机优点包括效率更高、排放更低、冷却效果好、稳定性更强等。

研制历程

2024年12月，中国首台采用GVPI技术的500MW级全氢冷发电机在位于三亚的华能南山电厂气电扩建项目主厂房成功安装就位。

存在现象

漏氢问题

发电机运行中要产生能量损失，损耗以有功功率转变为热量的方式存在。这些热量如果散发不出去，将会使发电机温度升高，绝缘物质变质老化，威胁机组的正常运行。所以必须附加冷却系统将发电机内因损耗而产生的热量带走，现代大型机组基本使用氢气作为冷却介质。氢气系统由发电机定子外壳、端盖、氢气冷却器、密封瓦以及氢气管路构成全封闭气密结构，氢气由装在转子两端的浆式风扇强制循环，并通过设置在定子机座四角的氢气冷却器进行冷却，具有效率高，冷却效果好，安全可靠等优势。

漏氢是氢冷发电机运行中普遍存在的现象，漏氢量是氢冷发电机安全运行的主要技术指标之一。氢的大量泄漏会导致氢压下降，影响发电机冷却，限制发电机带负荷。严重漏氢可造成发电机周围着火，甚至引起氢气爆炸，造成发电机损坏以至机组停机。因此，维持氢冷发电机正常运行的必要条件之一是维持氢系统工作正常，包括保证机内氢气压力、保证机内冷氢温度以及温差正常、保证机内氢气纯度。

漏氢方式

发电机漏氢的主要方式有外漏和内漏2种。密封瓦座衬垫制作安装工艺，密封瓦平行度以及密封瓦轴向和径向间隙，发电机大端盖、中间环、密封瓦安装位置，发电机注胶情况，法兰垫子安装情况，测温元件安装到位与否等都会对氢气泄露产生影响。

1.外漏

由于氢气扩散快、渗透能力强，加上密封油携带漏氢等，在实际运行过程中发电机内氢气是在持续外漏的。该种泄漏方式可通过肥皂液、卤素检漏仪等多种检漏方法找到漏点并加以消除。

造成氢气外漏的原因有如下几种：

a．发电机机壳或氢气管道焊接质量不良，存在沙眼或夹渣；

b．氢气管道法兰密封面不平整、有毛刺或辐向沟槽，螺栓未拧紧，密封垫存在缺陷等，导致法兰密封面密封差；

c．端盖水平结合面接触不良，端盖上密封填料的沟槽内壁有沟槽；

d．氢气管道阀门盘根密封不严，氢气管道因振动与其它部件摩擦导致磨穿后发生氢气泄漏；

e．密封瓦座和密封瓦水平接合面接触不好，未达到质量标准，密封瓦座与端盖的垂直接合面存在

错口；

f．定子引出线套管与瓷套法兰松动，或由于温度变化，膨胀不均造成氢气泄漏；

g．密封胶条质量不良，弹性与压缩量不够，当温度过高时变形，未将沟槽添满，导致密封不严。

2.内漏

氢气通过密封瓦漏入密封油系统中、转子导电螺钉等处，属于暗漏，漏点位置不明显，检查处理较为复杂，且处理时间较长，影响发电机定子线棒绝缘和使用寿命，威胁发电机长周期安全稳定运行。静态泄漏漏点可以通过测氢仪或肥皂水检测法找到漏点，动态泄漏漏点具体位置不明，检测和处理比较复杂，且处理时间较长，尚无好的解决办法。因此只能通过提高安装精度尽量避免此种现象的发生。造成该种泄漏的原因有：

a．转子滑环导电螺栓或中心孔堵板密封不严；

b．定子线棒空心股线断裂，定子端部接头螺栓松动，绝缘引水管或汇水管破损；

c．氢气冷却器铜管破损或断裂，氢气管道排地沟阀或排大气阀关不严；

d．密封瓦与轴径的径向间隙超标或差压阀控制精度差，造成密封油压超出规定值。

防漏分析

氢冷发电机本体结构部件的漏氢涉及4个系统：水内冷系统、油系统、循环水系统和氢密封系统。发电机外部附属系统的漏氢包括氢管路阀门及表计、氢油压调节系统、氢油分离器、氢器干燥装置、氢湿度监测装置、绝缘过热检测装置等。以下结合发电机氢气系统的结构，对影响到漏氢的关键结构部件进行防漏分析。

1.机壳结合面

结合面主要漏氢部位的防漏措施：励磁系统侧、汽轮机侧端盖与机座的结合面及上下端盖的结合面面积较大，密封难度较大，是防漏的薄弱环节。检修时要检查固定端盖的螺孔，紧固端盖螺栓时，应用力均匀，保证结合面严密。在检修回装时，应对结合面不平的部位打磨锉平涂密封胶。在回装及解体的过程中，确保所做的标记不伤及结合面。检查验收所采用硅胶密封绳的尺寸、耐热性能、耐油性能、弹性及耐腐蚀性能。在吊装下端盖时应使下端盖与机壳端部离开一定间距，防止搓断发电机立面的密封条。发电机人孔也是漏氢的主要部位，在打开的过程中注意不要损坏结合面，如有损坏应用锉刀锉平，在回装过程中涂密封胶。

2.密封油系统

密封油系统中密封瓦与端盖的结合面也是较容易漏氢的部位之一。上、下端盖组装、回装时，接缝应对齐，防止由于错口使密封垫受力不均。调整密封瓦与瓦座的间隙，防止密封油进入机内，空侧密封油高于氢压65kPa，氢侧密封油压高于氢压80kPa。为防止密封油进入机内，应控制好油档间隙。发电机两端轴瓦油挡顶部间隙控制在（0．50±0．05）mm，底部间隙控制在0～0．05mm，两侧间隙控制在0．20～0．25mm；油挡结合面接触面积应在75%以上。

3.转子与定子部分

发电机转子励磁绕组引线是通过转子中心从励磁机转子引来的，在发电机转子表面存在一个紧固密封点，该密封点漏氢，可在发电机励磁绕组对转子气密试验孔测量到。转子漏氢是动态的，氢气从滑环处的导电螺杆漏出，在运行中很难处理。因此应在大修中加强对滑环处导电螺杆的密封检查。定子发生漏氢后可用高温火焊将铜棒烤软，撬开一条缝，然后采用封焊将焊缝焊死。

4.氢气管道和阀门

所有气体管道应用无缝钢管，严禁使用铸铁管件。管路连接应尽量使用焊接方式，杜绝因密封垫老化造成的漏氢。氢管道集中的部位，应有防震和防磨擦措施。并加强对管道的检查，防止因管道之间相互磨擦，造成管壁局部变薄而泄漏。氢气置换站气体管道小阀门全部采用密封性能良好的球阀。

5.氢气冷却器

氢气冷却器是氢气可漏点最多的设备，结合面的每条螺丝及每根铜管都有漏氢的可能，因此应重点检查，并单独进行水压试验，试验压力0．6MPa，试验30min无渗漏为合格。如发现铜管有渗漏，应在渗漏管两端用经过退火处理的锥形紫铜棒封堵，如铜管胀口处渗漏时，应用胀管器对胀口进行补胀，并经再次水压试验合格为止。每台冷却器堵塞的渗漏铜管不能超过总数的5%，如超过则更换。减少冷风器的漏风率，提高冷却效果。检修中应检查挡封条，损坏的要及时更换，放在室外的冷风器做好防尘措施，防止散热片受到污染。另外，冷风器散热片表面的油污可用高温热蒸汽吹净。

6.发电机整体

当发电机各密封点密封后就可以进行发电机整体气密试验，检验发电机所有静密封点及密封瓦的密封性，以保证发电机漏氢率（量）达到预定目标，将所有造成系统泄漏的现象在此阶段消除。试验时所有管路恢复正常运行状态，密封油系统投入正常运行状态，发电机定冷水系统和氢冷器不允许充水，且排空阀打开，在氢系统内接人0．25级精密压力表检验泄露情况，机内充0．3MPa的压缩空气，用肥皂水检验发电机各密封点的泄漏情况，并观察空侧密封瓦的回油情况，回油应沿轴颈均匀平稳流回。

控制方法

氢冷发电机漏氢的控制是一个系统工程，影响发电机漏氢量的因素很多，若想从根本上控制漏氢量的大小，只有通过制造、检修、运行等各个方面相关部门齐心协力，各个环节严把质量关，在制造的过程中严格控制定子绕组水路和转子的严密性；运行时要注意调整密封油压，时刻注意保持密封瓦氢气、空气侧的油压平衡。应重视发电机的氢气泄漏情况，结合设备系统特点和存在的问题，加大技改和检修力度，不断探索采用先进的检测手段和防范措施，并严密监视发电机的漏氢，以便及时处理。通过对漏氢的检测及处理，防止事故扩大，保证机组运行安全。

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