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【摘 要】双流环密封油系统是600 MW火电发电机组非常重要辅机系统，该系统的稳定可靠运行是整台机组安全运行的重要保障。本文首先对潮州电厂#1、#2机组中双流环密封油系统运行方式和油位控制进行介绍，然后对运行中出现氢油压波动进行了原因分析，最后提出了一些处理措施。
【关键词】600WM机组 双流环密封油系统 运行分析 氢油压波动大 措施
本文以潮州电厂为例介绍双流环式密封油系统在各工况下运行方式和油位控制情况，还主要针对潮州电厂出现密封油系统氢油压波动故障进行归纳分析，并提出预防和改进措施。潮州电#1、#2机组采用哈尔滨汽轮机有限责任公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、反动凝汽式600WM汽轮机[1]。发电机为哈尔滨电机有限公司制造的QFSN-600-2YHG同步交流发电机，冷却方式为水氢氢，即定子绕组水内冷，定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却，转子绕组气隙取气氢内冷冷却方式。为了避免氢气纯度下降导致发电机效率降低以及局部氢爆的发生，潮州电厂采用双流环式密封瓦结构，氢气密封效果好，调节范围宽，是非常成熟安全的产品。
一、密封油系统概述
为了防止发电机内的氢气从发电机两侧的端部漏出，在氢冷发电机转轴与端盖的交接处用比氢压高的压力油进行密封，有油泵、油箱、管道和密封瓦组成的系统即为密封油系统。潮州电厂密封油系统采用的密封瓦为双流环式密封瓦，运转时，在转轴与密封瓦之间形成一层圆筒形油膜，氢气侧和空气侧各有一股油流入氢气侧油室和空气油室。其进油方向如图1，绿色线标为空侧油路走向，红色线标为氢起侧油路走向。由于氢气侧和空气侧密封油压差很小，是这两股油的串动甚微，从而避免了油吸附造成氢气泄流和纯度降低，而且其中一股油中断时，另一股油可维持向密封瓦供油，提高运行可靠性。
图1-1空侧氢侧密封油相对位置图
二、潮州电厂双流环密封油系统运行分析
图2潮州电厂密封油系统图
（一）系统简介
图2为潮州电厂密封油系统图，它由两个相对独立的空气和氢气侧油循环构成。运行时，油源经空气侧密封油泵升压后，经冷油器、滤网，又经过压差阀后，进入发电机两端密封瓦空气侧油环（如图2绿色箭头流向）。其回油经空侧油箱至汽轮机主油箱（图图2蓝色箭头油路），形成一个闭式系统。油压通过差压阀调节阀（如图2蓝色虚线框）按机内氢气压力自动调节，进入发电机两端空侧密封瓦，以保证密封油压高于氢气压力0.084MPa。另一方面，氢侧密封油由交流油泵供给，从油泵出来的压力油经冷油器、滤网后分成机端和励端两路（如图2红色箭头油路）。机端、励端各有一个平衡阀（如图2红色虚线框内），按两侧油压自动调节氢、空两侧压力差在±0.3KPa范围内，平衡后进入密封瓦。氢侧密封瓦返回油路（如图2黄色箭头油路），经氢侧回密封油箱又进入油泵打出去，形成一个闭式循环油路系统。为确保氢侧供油可靠，在交流油泵故障时，自动启动直流油泵。
此外，系统还有四路备用油源。第一路备用油源（即主备用油源）是由汽机主轴油泵来，油压为1.6～1.7Mpa；第二备用油源是由大机主油箱上的高压密封油泵供给（与第一备用油泵油源接在同一管路中），油压为1.0Mpa。第三备用油源是由密封油系统内自备的直流电动油泵提供的；第四备用油源由汽轮机交流润滑油泵供给。
（二）密封油系统运行方式
1.正常运行时，一台主密封油泵运行，油源来自发电机端部支持轴承润滑油回油，油源入口压力不低于0.8MPa。
2.当主密封油泵故障或者交流电源失去时，运行方式如下：氢油压差降到0.056MPa时，第一备用油源（主轴油泵）的压差阀自动开启，投入运行；如果汽轮机没有定速，则只能由第二备有油源（高压密封油泵）提供。
3.当氢油压差降到0.035MPa时，第三备用油源（直流油泵即图1-2中事故油泵）启动，他可以恢复氢油压差为0.084MPa。但运行时间不宜过长，应在两小时以内（厂用电源失去）。
4.当氢气压力降低到0.014MPa（发电机已经解列），可由第四备用油源（轴承润滑油泵）供油，压力较低为0.035-0.105MPa。
（三）密封油系统的油位控制
空侧密封油箱油位控制：空侧密封油箱通过U形管与主机润滑油回油管道连接，发电机端部支持轴承润滑油回油（汽机七八瓦回油）与空侧密封油回油汇集到空侧密封油箱，大部分油通过U形管依靠重力作用自动溢流到润滑油回油管路，保持油箱中油位正常，因此空侧密封油箱不需要进行油位监视，另一部分油作为空侧密封油源在空侧油路中循环。此油路把润滑油系统与密封油系统联系在一起，即使密封油系统无油情况下，只要润滑油系统启动后十几秒针，就会将密封油系统注满油。
氢侧密封油箱油位控制：氢侧密封油箱是氢侧油路的油封箱，在运行中必须保持一定的油位。由于在密封瓦中空、氢侧油压做不到绝对的平衡，故空、氢侧仍有少量的油相互窜动，这样长期积累，就可能使氢侧油路中的油量发生增减变化，氢侧密封油箱起到控制补、排油作用。它主要依靠浮子式补、排油阀门完成，当油箱内油位升高至中心位置+60mm时，浮子上移，排油门打开，将多余的油排入空侧油路；当油箱内油位降低至中心位置-60mm时，浮子下移，补油门打开，空侧密封油向氢侧密封油箱补油，从而达到油位保持在一定范围内。在发电机未充氢或低氢压下密封油系统投入运行时，由于空侧来油取自发电机下部的氢油分离箱，因而相对于密封油系统集装而言就有约0.1MPa的静压[2]，而油封箱内的压力接近于大气压力，所以当系统出现油位高时，排油浮球阀浮起，打开排油阀出口，但此时由于排油浮球阀出口，受管路静压（油封箱安装在12米处）影响处于高油压状态，无法直接将油排至空侧泵入口油管。为了解决低氢压及零氢压下油封箱的排油问题，在氢侧过滤器出口与空侧泵入口油管路间设一根连通管，利用氢侧油泵将油升压后排至空侧来油，解决了低氢压（≤0.12Mpa）及零氢压下油封箱满油时，无法排油的问题。密封油箱补油阀和排油阀上还设有强制开启、关闭手轮，以便人为参与调节油箱油位。 三、潮州电厂双流环密封瓦的密封油系统氢油压波动分析与处理
（一）差压阀简介
本密封油系统的差压阀有二只。主压差接于空侧密封油泵的进出油口，起旁路调压作用，信号分别取自机内气压和密封油压。该阀门可自动调节旁路的流量大小，从而保证密封油压始终高于机内气压0.084MPa，备用压差阀串接于空侧高压和低压备用油路之中，来保证备用密封油油压始终高于机内气压压力0.056MPa。
工作原理：压差阀的活塞上面引入机内氢气压力（压力为p1），活塞下面引入被调节并输出的空侧密封油（压力为p），活塞自重及其配重片重量（或调节弹簧）之和为p2（可调节），则使p=p1+p2（上下力平衡）。当机内氢气压力p1上升时，作用于活塞上面的总压力（p1+p2）增大，使活塞向下移动，加大三角形工作油孔的开度，使空侧油量增加，则进入空侧密封瓦的油压随之增加，直到达到新的平衡；当机内氢气压力p1下降时，作用于活塞上面的总压力（p1+p2）减少，使活塞上移，减少三角形油孔的开度，使空侧油量减少，压力p随之减少，直到达到新的平衡。如图3-1为工作原理图。
图3为差压阀工作原理图
（二）密封油系统波动原因与措施
在发电机正常运行情况下，发电机内氢气（即密封瓦空侧）的压力变化率是较小的，即使是补排氢情况下，整个操作过程也是平稳的，氢气压力不会发生较大的波动。因此密封油压力发生了较大的波动是氢油差压波动大的根本原因，尤其是空侧密封油油压力发生了较大的波动。下面对几种密封油压力波动情况进行原因分析和提出预防措施。
a.密封油质影响：有一些铸造设备因为没有处理的非常干净，导致一些杂物或沙粒等留在系统中，或者因为密封油质没达标等这些原因都有可能导致差压阀或空侧油泵出口逆止阀卡涩，密封油压力不稳定从而引起系统波动这项工作主要是在机组调试阶段润滑油系统滤油时把好关。
b.差压阀调节功能故障：差压阀信号失真，原因主要有两种，一是空气侧密封油或氢气侧信号管如关断阀（如图3中手动阀1、2）处于关闭状态，导致差压阀向关闭方向运行，密封油压力波动。二是差压阀上部控制装置密封油和氢气信号管窜油或窜气，导致差压阀调节功能失效，这种情况不多见。
c.空侧密封油泵旁路阀运行方式错误：这种情况在潮州电厂运行过程中普遍存在，在氢油差压发生较大波动时，运行人员通过空侧密封油泵的如旁路阀5或差压阀4（如图3）手动调节。虽然暂时通过调节该旁路阀能将氢油差压调节到设定值。但是由于手动改变差压阀和旁路阀的开度后，相当给这个系统一个变量，即空侧密封油泵的出口油压发生变化。由于短时间内氢侧密封油箱补排油阀开度一定的，空侧密封油量发生较大的变化，随之密封油箱的油位发生变化，当油位达到动作定值（即中心位置±60mm）时，补排油阀自动开启调节油位，反过来这个变量又会影响空侧密封油泵出口的油压即空侧密封油油压。此时这个系统成了开环系统，差压阀失去自动调节意义，系统成为一个不良循环，实际运行中氢油差压低于0.08MPa，偏离控制值0.084MPa。
图4差压阀与旁路阀图
针对这种情况，潮州电厂提出相应对策，在稳定运行时，当密封油系统投入后，各个阀门的开度是静止状态（此时差压阀无信号，阀芯处于完全关闭状态，不用手动调节）。当停启密封油系统时，瞬间系统会产生一个冲击力。为了避免这个冲击量给系统带来影响，系统启动前应打开空侧密封油泵旁路阀5，等系统稳定后逐步并闭该阀。同理，系统出现氢油压周期性的波动时，可根据实际情况进行手动微调旁路阀5，同时逐步关闭差压调节阀油压信号管上的关断阀（如图4的1、2），防止差压阀接受失真信号破坏调节平衡，，待系统油压稳定后，逐步开大信号关断阀，关闭旁路阀。信号管上的关断阀关闭和开启时间间隔，以油压周期性的波动消失为依据。消失后应立即开启信号管上的并断阀，开启程度为手柄关闭后，反向开启旋转1-2圈位置。
d.间隙变大引起差压变化：密封瓦和发电机轴颈之间的间隙也随着运行时间长而会变大，空氢密封油在密封瓦处不可避免会发生窜油[4]，氢侧密封油箱的油位就必然会发生变化，补排油阀相应开启，系统波动，此时调整氢侧的补油油源由原来空侧密封油源为主油箱油源，可以一定程度避免由窜油引起氢油侧差压的变化。
4结论
通过对密封油系统实际运行经验总结得出，以自动为主手动为辅的密封油旁路阀调节方式有效减少氢油压波动次数及减小波动幅度，进而消除发电机密封油系统的缺陷和隐患，保证了汽轮发电机的安全运行。此外，潮州电厂#1、#2机组600WM机组作为国内火电厂的主流容量机组，其双流环密封系统运行方式和过程中遇到的典型氢油压波动问题解决方案对多数机组都有借鉴意义。
参考文献：
[1]辅机运行规程 广东大唐国际潮州发电有限责任公司企业标准，2008，01
[2]]吕海涛. 国产引进型300MW发电机密封油系统存在的问题及对策[A]. 全国火电大机组竞赛委员会.全国火电大机组（300MW级）竞赛第34届年会论文集[C].全国火电大机组竞赛委员会：，2005：5.
[3] 刘睿. 浅谈300WM机组双流密封油系统技术特点及异常分析[J]. 贵州电力技术， 2012， 15（1）： 67-68
【关键词】600WM机组 双流环密封油系统 运行分析 氢油压波动大 措施
本文以潮州电厂为例介绍双流环式密封油系统在各工况下运行方式和油位控制情况，还主要针对潮州电厂出现密封油系统氢油压波动故障进行归纳分析，并提出预防和改进措施。潮州电#1、#2机组采用哈尔滨汽轮机有限责任公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、反动凝汽式600WM汽轮机[1]。发电机为哈尔滨电机有限公司制造的QFSN-600-2YHG同步交流发电机，冷却方式为水氢氢，即定子绕组水内冷，定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却，转子绕组气隙取气氢内冷冷却方式。为了避免氢气纯度下降导致发电机效率降低以及局部氢爆的发生，潮州电厂采用双流环式密封瓦结构，氢气密封效果好，调节范围宽，是非常成熟安全的产品。
一、密封油系统概述
为了防止发电机内的氢气从发电机两侧的端部漏出，在氢冷发电机转轴与端盖的交接处用比氢压高的压力油进行密封，有油泵、油箱、管道和密封瓦组成的系统即为密封油系统。潮州电厂密封油系统采用的密封瓦为双流环式密封瓦，运转时，在转轴与密封瓦之间形成一层圆筒形油膜，氢气侧和空气侧各有一股油流入氢气侧油室和空气油室。其进油方向如图1，绿色线标为空侧油路走向，红色线标为氢起侧油路走向。由于氢气侧和空气侧密封油压差很小，是这两股油的串动甚微，从而避免了油吸附造成氢气泄流和纯度降低，而且其中一股油中断时，另一股油可维持向密封瓦供油，提高运行可靠性。
图1-1空侧氢侧密封油相对位置图
二、潮州电厂双流环密封油系统运行分析
图2潮州电厂密封油系统图
（一）系统简介
图2为潮州电厂密封油系统图，它由两个相对独立的空气和氢气侧油循环构成。运行时，油源经空气侧密封油泵升压后，经冷油器、滤网，又经过压差阀后，进入发电机两端密封瓦空气侧油环（如图2绿色箭头流向）。其回油经空侧油箱至汽轮机主油箱（图图2蓝色箭头油路），形成一个闭式系统。油压通过差压阀调节阀（如图2蓝色虚线框）按机内氢气压力自动调节，进入发电机两端空侧密封瓦，以保证密封油压高于氢气压力0.084MPa。另一方面，氢侧密封油由交流油泵供给，从油泵出来的压力油经冷油器、滤网后分成机端和励端两路（如图2红色箭头油路）。机端、励端各有一个平衡阀（如图2红色虚线框内），按两侧油压自动调节氢、空两侧压力差在±0.3KPa范围内，平衡后进入密封瓦。氢侧密封瓦返回油路（如图2黄色箭头油路），经氢侧回密封油箱又进入油泵打出去，形成一个闭式循环油路系统。为确保氢侧供油可靠，在交流油泵故障时，自动启动直流油泵。
此外，系统还有四路备用油源。第一路备用油源（即主备用油源）是由汽机主轴油泵来，油压为1.6～1.7Mpa；第二备用油源是由大机主油箱上的高压密封油泵供给（与第一备用油泵油源接在同一管路中），油压为1.0Mpa。第三备用油源是由密封油系统内自备的直流电动油泵提供的；第四备用油源由汽轮机交流润滑油泵供给。
（二）密封油系统运行方式
1.正常运行时，一台主密封油泵运行，油源来自发电机端部支持轴承润滑油回油，油源入口压力不低于0.8MPa。
2.当主密封油泵故障或者交流电源失去时，运行方式如下：氢油压差降到0.056MPa时，第一备用油源（主轴油泵）的压差阀自动开启，投入运行；如果汽轮机没有定速，则只能由第二备有油源（高压密封油泵）提供。
3.当氢油压差降到0.035MPa时，第三备用油源（直流油泵即图1-2中事故油泵）启动，他可以恢复氢油压差为0.084MPa。但运行时间不宜过长，应在两小时以内（厂用电源失去）。
4.当氢气压力降低到0.014MPa（发电机已经解列），可由第四备用油源（轴承润滑油泵）供油，压力较低为0.035-0.105MPa。
（三）密封油系统的油位控制
空侧密封油箱油位控制：空侧密封油箱通过U形管与主机润滑油回油管道连接，发电机端部支持轴承润滑油回油（汽机七八瓦回油）与空侧密封油回油汇集到空侧密封油箱，大部分油通过U形管依靠重力作用自动溢流到润滑油回油管路，保持油箱中油位正常，因此空侧密封油箱不需要进行油位监视，另一部分油作为空侧密封油源在空侧油路中循环。此油路把润滑油系统与密封油系统联系在一起，即使密封油系统无油情况下，只要润滑油系统启动后十几秒针，就会将密封油系统注满油。
氢侧密封油箱油位控制：氢侧密封油箱是氢侧油路的油封箱，在运行中必须保持一定的油位。由于在密封瓦中空、氢侧油压做不到绝对的平衡，故空、氢侧仍有少量的油相互窜动，这样长期积累，就可能使氢侧油路中的油量发生增减变化，氢侧密封油箱起到控制补、排油作用。它主要依靠浮子式补、排油阀门完成，当油箱内油位升高至中心位置+60mm时，浮子上移，排油门打开，将多余的油排入空侧油路；当油箱内油位降低至中心位置-60mm时，浮子下移，补油门打开，空侧密封油向氢侧密封油箱补油，从而达到油位保持在一定范围内。在发电机未充氢或低氢压下密封油系统投入运行时，由于空侧来油取自发电机下部的氢油分离箱，因而相对于密封油系统集装而言就有约0.1MPa的静压[2]，而油封箱内的压力接近于大气压力，所以当系统出现油位高时，排油浮球阀浮起，打开排油阀出口，但此时由于排油浮球阀出口，受管路静压（油封箱安装在12米处）影响处于高油压状态，无法直接将油排至空侧泵入口油管。为了解决低氢压及零氢压下油封箱的排油问题，在氢侧过滤器出口与空侧泵入口油管路间设一根连通管，利用氢侧油泵将油升压后排至空侧来油，解决了低氢压（≤0.12Mpa）及零氢压下油封箱满油时，无法排油的问题。密封油箱补油阀和排油阀上还设有强制开启、关闭手轮，以便人为参与调节油箱油位。 三、潮州电厂双流环密封瓦的密封油系统氢油压波动分析与处理
（一）差压阀简介
本密封油系统的差压阀有二只。主压差接于空侧密封油泵的进出油口，起旁路调压作用，信号分别取自机内气压和密封油压。该阀门可自动调节旁路的流量大小，从而保证密封油压始终高于机内气压0.084MPa，备用压差阀串接于空侧高压和低压备用油路之中，来保证备用密封油油压始终高于机内气压压力0.056MPa。
工作原理：压差阀的活塞上面引入机内氢气压力（压力为p1），活塞下面引入被调节并输出的空侧密封油（压力为p），活塞自重及其配重片重量（或调节弹簧）之和为p2（可调节），则使p=p1+p2（上下力平衡）。当机内氢气压力p1上升时，作用于活塞上面的总压力（p1+p2）增大，使活塞向下移动，加大三角形工作油孔的开度，使空侧油量增加，则进入空侧密封瓦的油压随之增加，直到达到新的平衡；当机内氢气压力p1下降时，作用于活塞上面的总压力（p1+p2）减少，使活塞上移，减少三角形油孔的开度，使空侧油量减少，压力p随之减少，直到达到新的平衡。如图3-1为工作原理图。
图3为差压阀工作原理图
（二）密封油系统波动原因与措施
在发电机正常运行情况下，发电机内氢气（即密封瓦空侧）的压力变化率是较小的，即使是补排氢情况下，整个操作过程也是平稳的，氢气压力不会发生较大的波动。因此密封油压力发生了较大的波动是氢油差压波动大的根本原因，尤其是空侧密封油油压力发生了较大的波动。下面对几种密封油压力波动情况进行原因分析和提出预防措施。
a.密封油质影响：有一些铸造设备因为没有处理的非常干净，导致一些杂物或沙粒等留在系统中，或者因为密封油质没达标等这些原因都有可能导致差压阀或空侧油泵出口逆止阀卡涩，密封油压力不稳定从而引起系统波动这项工作主要是在机组调试阶段润滑油系统滤油时把好关。
b.差压阀调节功能故障：差压阀信号失真，原因主要有两种，一是空气侧密封油或氢气侧信号管如关断阀（如图3中手动阀1、2）处于关闭状态，导致差压阀向关闭方向运行，密封油压力波动。二是差压阀上部控制装置密封油和氢气信号管窜油或窜气，导致差压阀调节功能失效，这种情况不多见。
c.空侧密封油泵旁路阀运行方式错误：这种情况在潮州电厂运行过程中普遍存在，在氢油差压发生较大波动时，运行人员通过空侧密封油泵的如旁路阀5或差压阀4（如图3）手动调节。虽然暂时通过调节该旁路阀能将氢油差压调节到设定值。但是由于手动改变差压阀和旁路阀的开度后，相当给这个系统一个变量，即空侧密封油泵的出口油压发生变化。由于短时间内氢侧密封油箱补排油阀开度一定的，空侧密封油量发生较大的变化，随之密封油箱的油位发生变化，当油位达到动作定值（即中心位置±60mm）时，补排油阀自动开启调节油位，反过来这个变量又会影响空侧密封油泵出口的油压即空侧密封油油压。此时这个系统成了开环系统，差压阀失去自动调节意义，系统成为一个不良循环，实际运行中氢油差压低于0.08MPa，偏离控制值0.084MPa。
图4差压阀与旁路阀图
针对这种情况，潮州电厂提出相应对策，在稳定运行时，当密封油系统投入后，各个阀门的开度是静止状态（此时差压阀无信号，阀芯处于完全关闭状态，不用手动调节）。当停启密封油系统时，瞬间系统会产生一个冲击力。为了避免这个冲击量给系统带来影响，系统启动前应打开空侧密封油泵旁路阀5，等系统稳定后逐步并闭该阀。同理，系统出现氢油压周期性的波动时，可根据实际情况进行手动微调旁路阀5，同时逐步关闭差压调节阀油压信号管上的关断阀（如图4的1、2），防止差压阀接受失真信号破坏调节平衡，，待系统油压稳定后，逐步开大信号关断阀，关闭旁路阀。信号管上的关断阀关闭和开启时间间隔，以油压周期性的波动消失为依据。消失后应立即开启信号管上的并断阀，开启程度为手柄关闭后，反向开启旋转1-2圈位置。
d.间隙变大引起差压变化：密封瓦和发电机轴颈之间的间隙也随着运行时间长而会变大，空氢密封油在密封瓦处不可避免会发生窜油[4]，氢侧密封油箱的油位就必然会发生变化，补排油阀相应开启，系统波动，此时调整氢侧的补油油源由原来空侧密封油源为主油箱油源，可以一定程度避免由窜油引起氢油侧差压的变化。
4结论
通过对密封油系统实际运行经验总结得出，以自动为主手动为辅的密封油旁路阀调节方式有效减少氢油压波动次数及减小波动幅度，进而消除发电机密封油系统的缺陷和隐患，保证了汽轮发电机的安全运行。此外，潮州电厂#1、#2机组600WM机组作为国内火电厂的主流容量机组，其双流环密封系统运行方式和过程中遇到的典型氢油压波动问题解决方案对多数机组都有借鉴意义。
参考文献：
[1]辅机运行规程 广东大唐国际潮州发电有限责任公司企业标准，2008，01
[2]]吕海涛. 国产引进型300MW发电机密封油系统存在的问题及对策[A]. 全国火电大机组竞赛委员会.全国火电大机组（300MW级）竞赛第34届年会论文集[C].全国火电大机组竞赛委员会：，2005：5.
[3] 刘睿. 浅谈300WM机组双流密封油系统技术特点及异常分析[J]. 贵州电力技术， 2012， 15（1）： 67-68