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摘要：本文简要回顾了沙河电厂1号机组氢冷发电机（600MW）整套风压试验过程中5次发电机进油事件。通过分析进油原因并逐步排除故障，最终取得试验成功。文后总结了该型发电机整套风压试验过程中须注意的事项，以避免同类进油事件再次发生，并提出相应建议。
关键词：整套风压试验；密封油；扩大槽；浮子油箱；故障分析。
Fault diagnosis for air pressure test of 600MW power generator at Shahe Power Plant and countermeasures
LIU Yong
（Hebei First Electric Power Construction Engineering Company， Shijiazhuang 050021， Hebei Province）
Abstract：This paper describes five failed air pressure test of shahe No.1 hydrogen-cooled generator（600MW）. The oil leak fault in generator during the tightness test was analyzed. Through analysis step by step， the fault were handled. The ultimate causes or factors combining to cause or contribute to the oil leak fault were determined. Finally， suggestions were proposed to improve the reliability of the operation of generator.
Key Words：Air pressure test， Seal oil return expands header， Float oil tank， Fault diagnosis
0 引言
河北邢台沙河电厂1号机组发电机（以下简称1号发电机）密封油为VG32汽轮机油[1]，属于有机溶剂油。密封油若因故障进入定子内部，并大量积聚，再受热挥发会浸蚀定子线圈绝缘皮，影响定子线圈的绝缘性能。长期运行时也存在绝缘击穿，单相接地或相间短路的风险，严重威胁机组的安全运行。受热挥发的油气将导致机内氢气纯度降低，进而弱化氢气的冷却效果，也影响发电机绝缘过热装置的正常运行[2]。
该1号发电机整套风压试验在准备及试验过程中，屡次发生发电机进油事件。本文对多方排查并最终解决的过程进行了分析总结。
1 油密封装配及密封油系统
1号发电机为单流环式密封[3]。额定氢压0.414MPa。发电机运行要求为密封油压力比氢气压力高0.056±0.02Mpa。
1.1 本体油密封装配
密封油自密封油瓦座进油口进入，在密封瓦与密封瓦座的接触面以及转子径向周围形成三面环式油密封，阻止氢气泄露。励端油密封装配整体结构示意见图1，密封瓦结构剖面见图1局部详图，励端与汽端结构相比增加一过渡环（见图1所示部件6）。
空侧密封油随润滑油回油流入空气抽出槽，氢侧回油沿流入扩大槽，并继续向下流入浮子油箱，再进入密封油控制装置供油母管。
图1励端油密封装配结构示意
1—外油挡 2—支撑轴瓦 3—密封瓦 4—接触式油挡 5—内油挡 6—过渡环
1.2 密封油系统装置
密封油控制装置和浮子油箱分别布置在沙河电厂0m层和6.9m层，两装置之间形成约8m高度差，依赖重力非能动自然回油。
若浮子油箱充满油，只要密封油扩大槽油液面与空气抽出槽液面保证380mm的高差，依靠重力也能保证回油至空气抽出槽。
2 整套风压试验进油事件
2.1 第一次试验
发电机氢气及密封油系统阀门开闭状态经检查，确认处于正确状态后，开始充入仪用压缩空气（0.8MPa）。第一次试验开始后，在气压上升至0.01MPa时，机内间隔5-8分钟出现闷响声，声响在密封油进出口处较大。随即发现油水报警器漫灌，停止试验。经排油检查，氢气、二氧化碳管道和定子冷却水箱均有进油，总泄油约400L。
怀疑油氢压差阀未正确整定，随机内压力上升，油氢压差自动跟踪较差，导致油压过大并溢出至发电机。对机内充气试验接口的实际位置（0m）与设计位置（6.9m）不一致的现象，进行了再分析，认为位置不影响机内气体压力跟踪控制，排除了该处故障原因。
2.2 第二次试验
第二次试验前，重新整定油氢压差阀至合格状态。试验开始后缓慢升压，1分钟后油水报警器漫灌，停机排油约3L。
怀疑密封瓦间隙超标，氢侧密封油窜流。对汽励两侧密封瓦进行拆解检查。发现接触油挡处（见图1所示部件4）未有进油现象，密封瓦及内油挡各间隙合格，密封油氢侧回油管口未堵塞，油密封装配正确牢固。排除密封油自轴颈大量泄漏至定子內部的可能性。
2.3 第三次试验
图2 扩大槽和浮子油箱
为避免大量漏油，第三次试验开始先启动浮子油箱旁路回油，密切跟踪油氢压差，缓慢充气升压，但不久油水报警器漫灌，且密封瓦处声响依旧。检查发现排氢风机负压较小导致气体聚集憋闷。同时怀疑油管路布置不合理影响排油效率，且憋闷的气体形成气泡从回油管逆流上浮至油气界面破裂产生闷响。
经查图纸发现设计院和厂家对扩大槽两侧回油管（DN100）坡度要求不一致，分别为0.02和不小于0.05[4]，且现场扩大槽密封油进口大小头实际安装位置不合理。扩大槽回油接口、空气抽出槽与润滑油主回油管口之间高差满足设计要求。扩大槽和浮子油箱设备和管路布置见图2。 2.4 第四次试验
第四次试验前，整改油管路及油水报警器的管路布置，确认排烟风机（接空气抽出槽）的运行状态正常。试验开始不久，发现再次漏油，立即停密封油泵。润滑油系统仍在运行中，检查发现外油挡处有大量气体漏出，怀疑润滑油压过高并携大量气体冲击，导致轴瓦处回油不畅。
再次停机，恢复因热控专业施工而暂时封闭的#2和#4号轴承箱润滑油路，并扣合轴承箱盖，同时调整顶轴油系统恢复正常。
2.5 第五次试验
第五次试验，漏油继续，机内闷响依旧但是频率变小，再次停机，关闭相应阀门，拆开浮子油箱，当检查至扩大槽与浮子油箱上部连通的气平衡管路（见图2 DN15管）时，开启气管排空阀门，无气体泄漏。拆解气管路，发现扩大槽的对应法兰接口处有一无孔垫片封堵住气管路，导致气管失去气压平衡作用。将该垫片更换，恢复系统。
2.6 结果
再次仔细检查各系统和设备管路运行状态，严格按厂家指导操作密封油控制装置及浮子油箱。最终密封油回油在机内气体升压过程中顺畅排油，同时机内气体未发生外泄，漏油事件不再发生，机内闷响也消失，试验最终成功。5次试验排查步骤见表1。
表1 五次整套风压试验故障排除
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5
油氢压差阀（集成装置） ×a ×d
#1～#4轴承箱 ×
顶轴油 ×
扩大槽 ×b ×e
浮子油箱 ×
油密封装配（本体结构） ×
氢气系统 ×
定冷水系统 ×
油水报警器 ×
排烟风机 ×c
油管路 ×
气管路 ×
备注：a 整定压差阀；b检查扩大槽等设备高差和回油管；c也称排氢风机，区别于润滑油主油箱排烟风机；d检查密封油控制装置及规范试验操作；e 检查扩大槽气管；
3 定子进油事件分析及处理
发电机进油的唯一途径是扩大槽满油后从轴端挡油板处窜入发电机内部[6]。扩大槽满油主要原因是进油量大于排油量，即回油不畅。
3.1初步排查
试验一开始升压过程中，机内压力过低，扩大槽溢出。首先排除了油氢压差过高或浮子油箱本体浮球阀失效的因素。将定冷水和氢气系统共用的排氢管[5]进行分解，单独排空，杜绝了定冷水再次被污染的可能。
3.2 整改油水报警器
若发电机内少量进油，正常情况下油水报警器内浮子应随油液缓慢上升并触发报警，见图3 a。而1号发电机试验时出现短时间内大量进油，油水报警器却因浮球上下端的小径进出油管过长，导致进出油管同时进油，浮球失去浮力无法报警，见图3 b。实际现场照片见图4和图5。
图4 整改前的油水报警器
图5 整改后的油水报警器
图3 油水报警器布置示意
3.3 恢复润滑油系统
投用密封油系统前，用主机润滑油对密封油系统进行充油。充油结束后就地检查浮子油箱旁路门在开启位置时，才启动密封油泵。而1号发电机在试验当时由于热控专业进行胀差等TSI设备安装，将8路润滑油管（#1～#8轴承）进行了部分封闭。导致发电机侧润滑油流量和油压超出正常工况，同时裹挟着大量气体冲向轴瓦。另分析得知在不影响油密封效果的前提下，顶轴油投运与否只影响密封油环的体量，并不是漏油事件的主要原因。
3.4 规范浮子油箱操作
第5次排查后分析得出1号发电机在前几次试验期间未能密切注视差压阀的跟踪并采取合理操作，且未能准确投入浮子油箱。
当发电机内气体压力维持在0.01-0.03MPa时，因气压较低，浮子油箱无法自动排油，需用浮子油箱旁路排油，才能避免回油不畅导致扩大槽溢出。试验期间为避免溢油，应控制机内气体升压速度不过快。当机内气压升至0.035MPa，气体开始能挤压回油，此时可逐步关小旁路管手动门，油箱油位开始缓慢下降至中心线上附近。
3.5 恢复气压平衡管
最终分析试验漏油的主要原因。由于气管路被堵塞，扩大槽和浮子油箱内气体隔离，气压不平衡，氢侧回油裹挟气体进入扩大槽和浮子油箱，不断进入的气体在封闭油箱内聚积从而阻碍回油管处回油。当聚积的气体积攒到一定程度形成气泡，在浮力作用下沿回油管逆流向上至油气界面破裂，在管道及设备内部空腔形成闷响。这也映证了前期对闷响原因的分析逻辑是正确的。
4 结论
经过对1号发电机各不同状态下整套风压试验漏油事件的故障分析及逐步排查處理，同时结合试验过程中对密封油系统的操作改进和及时准确跟踪，该发电机整套风压试验最终成功。总结如下：
a. 严格保证现场密封油系统设备的正确安装，特别是报警、旁路设备的正确安装。对系统管道的布置，严格检查管路坡度走向以及是否通畅，不忽略小管检查。
b. 试验过程中严格规范操作，若信号反馈不及时，阀门操作滞后将导致密封油进入发电机定子，造成事故扩大。
c. 施工方加强责任心[7]，深入理解氢油水系统，才能保证试验成功和发电机后续正常运行。
d. 建议运行单位总结扩大槽和浮子油箱在气压、油压、回流量和浮球阀门开度之间的特性关系，有助于保障试验及后续运行顺利成功。
参考文献
1 GB/T7596-2000运行汽轮机油质量标准[S]
2.《大容量汽轮发电机防止进油的探讨》 《广东电力》 王学成 2004年12月
3.东方电机厂《发电机氢油水控制系统说明书》 2003年9月
4.东方电机厂《汽轮发电机单流环式密封油系统图》
5.东方电机厂《600MW汽轮发电机氢气系统图》
6.《氢冷汽轮发电机密封油系统存在问题与解决途径》 《热力发电》1997年第1期 崔力
7.《如何解决氢冷汽轮发电机的内漏油问题》 《电力建设》姚德权 任秀春 2000年第7期
关键词：整套风压试验；密封油；扩大槽；浮子油箱；故障分析。
Fault diagnosis for air pressure test of 600MW power generator at Shahe Power Plant and countermeasures
LIU Yong
（Hebei First Electric Power Construction Engineering Company， Shijiazhuang 050021， Hebei Province）
Abstract：This paper describes five failed air pressure test of shahe No.1 hydrogen-cooled generator（600MW）. The oil leak fault in generator during the tightness test was analyzed. Through analysis step by step， the fault were handled. The ultimate causes or factors combining to cause or contribute to the oil leak fault were determined. Finally， suggestions were proposed to improve the reliability of the operation of generator.
Key Words：Air pressure test， Seal oil return expands header， Float oil tank， Fault diagnosis
0 引言
河北邢台沙河电厂1号机组发电机（以下简称1号发电机）密封油为VG32汽轮机油[1]，属于有机溶剂油。密封油若因故障进入定子内部，并大量积聚，再受热挥发会浸蚀定子线圈绝缘皮，影响定子线圈的绝缘性能。长期运行时也存在绝缘击穿，单相接地或相间短路的风险，严重威胁机组的安全运行。受热挥发的油气将导致机内氢气纯度降低，进而弱化氢气的冷却效果，也影响发电机绝缘过热装置的正常运行[2]。
该1号发电机整套风压试验在准备及试验过程中，屡次发生发电机进油事件。本文对多方排查并最终解决的过程进行了分析总结。
1 油密封装配及密封油系统
1号发电机为单流环式密封[3]。额定氢压0.414MPa。发电机运行要求为密封油压力比氢气压力高0.056±0.02Mpa。
1.1 本体油密封装配
密封油自密封油瓦座进油口进入，在密封瓦与密封瓦座的接触面以及转子径向周围形成三面环式油密封，阻止氢气泄露。励端油密封装配整体结构示意见图1，密封瓦结构剖面见图1局部详图，励端与汽端结构相比增加一过渡环（见图1所示部件6）。
空侧密封油随润滑油回油流入空气抽出槽，氢侧回油沿流入扩大槽，并继续向下流入浮子油箱，再进入密封油控制装置供油母管。
图1励端油密封装配结构示意
1—外油挡 2—支撑轴瓦 3—密封瓦 4—接触式油挡 5—内油挡 6—过渡环
1.2 密封油系统装置
密封油控制装置和浮子油箱分别布置在沙河电厂0m层和6.9m层，两装置之间形成约8m高度差，依赖重力非能动自然回油。
若浮子油箱充满油，只要密封油扩大槽油液面与空气抽出槽液面保证380mm的高差，依靠重力也能保证回油至空气抽出槽。
2 整套风压试验进油事件
2.1 第一次试验
发电机氢气及密封油系统阀门开闭状态经检查，确认处于正确状态后，开始充入仪用压缩空气（0.8MPa）。第一次试验开始后，在气压上升至0.01MPa时，机内间隔5-8分钟出现闷响声，声响在密封油进出口处较大。随即发现油水报警器漫灌，停止试验。经排油检查，氢气、二氧化碳管道和定子冷却水箱均有进油，总泄油约400L。
怀疑油氢压差阀未正确整定，随机内压力上升，油氢压差自动跟踪较差，导致油压过大并溢出至发电机。对机内充气试验接口的实际位置（0m）与设计位置（6.9m）不一致的现象，进行了再分析，认为位置不影响机内气体压力跟踪控制，排除了该处故障原因。
2.2 第二次试验
第二次试验前，重新整定油氢压差阀至合格状态。试验开始后缓慢升压，1分钟后油水报警器漫灌，停机排油约3L。
怀疑密封瓦间隙超标，氢侧密封油窜流。对汽励两侧密封瓦进行拆解检查。发现接触油挡处（见图1所示部件4）未有进油现象，密封瓦及内油挡各间隙合格，密封油氢侧回油管口未堵塞，油密封装配正确牢固。排除密封油自轴颈大量泄漏至定子內部的可能性。
2.3 第三次试验
图2 扩大槽和浮子油箱
为避免大量漏油，第三次试验开始先启动浮子油箱旁路回油，密切跟踪油氢压差，缓慢充气升压，但不久油水报警器漫灌，且密封瓦处声响依旧。检查发现排氢风机负压较小导致气体聚集憋闷。同时怀疑油管路布置不合理影响排油效率，且憋闷的气体形成气泡从回油管逆流上浮至油气界面破裂产生闷响。
经查图纸发现设计院和厂家对扩大槽两侧回油管（DN100）坡度要求不一致，分别为0.02和不小于0.05[4]，且现场扩大槽密封油进口大小头实际安装位置不合理。扩大槽回油接口、空气抽出槽与润滑油主回油管口之间高差满足设计要求。扩大槽和浮子油箱设备和管路布置见图2。 2.4 第四次试验
第四次试验前，整改油管路及油水报警器的管路布置，确认排烟风机（接空气抽出槽）的运行状态正常。试验开始不久，发现再次漏油，立即停密封油泵。润滑油系统仍在运行中，检查发现外油挡处有大量气体漏出，怀疑润滑油压过高并携大量气体冲击，导致轴瓦处回油不畅。
再次停机，恢复因热控专业施工而暂时封闭的#2和#4号轴承箱润滑油路，并扣合轴承箱盖，同时调整顶轴油系统恢复正常。
2.5 第五次试验
第五次试验，漏油继续，机内闷响依旧但是频率变小，再次停机，关闭相应阀门，拆开浮子油箱，当检查至扩大槽与浮子油箱上部连通的气平衡管路（见图2 DN15管）时，开启气管排空阀门，无气体泄漏。拆解气管路，发现扩大槽的对应法兰接口处有一无孔垫片封堵住气管路，导致气管失去气压平衡作用。将该垫片更换，恢复系统。
2.6 结果
再次仔细检查各系统和设备管路运行状态，严格按厂家指导操作密封油控制装置及浮子油箱。最终密封油回油在机内气体升压过程中顺畅排油，同时机内气体未发生外泄，漏油事件不再发生，机内闷响也消失，试验最终成功。5次试验排查步骤见表1。
表1 五次整套风压试验故障排除
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5
油氢压差阀（集成装置） ×a ×d
#1～#4轴承箱 ×
顶轴油 ×
扩大槽 ×b ×e
浮子油箱 ×
油密封装配（本体结构） ×
氢气系统 ×
定冷水系统 ×
油水报警器 ×
排烟风机 ×c
油管路 ×
气管路 ×
备注：a 整定压差阀；b检查扩大槽等设备高差和回油管；c也称排氢风机，区别于润滑油主油箱排烟风机；d检查密封油控制装置及规范试验操作；e 检查扩大槽气管；
3 定子进油事件分析及处理
发电机进油的唯一途径是扩大槽满油后从轴端挡油板处窜入发电机内部[6]。扩大槽满油主要原因是进油量大于排油量，即回油不畅。
3.1初步排查
试验一开始升压过程中，机内压力过低，扩大槽溢出。首先排除了油氢压差过高或浮子油箱本体浮球阀失效的因素。将定冷水和氢气系统共用的排氢管[5]进行分解，单独排空，杜绝了定冷水再次被污染的可能。
3.2 整改油水报警器
若发电机内少量进油，正常情况下油水报警器内浮子应随油液缓慢上升并触发报警，见图3 a。而1号发电机试验时出现短时间内大量进油，油水报警器却因浮球上下端的小径进出油管过长，导致进出油管同时进油，浮球失去浮力无法报警，见图3 b。实际现场照片见图4和图5。
图4 整改前的油水报警器
图5 整改后的油水报警器
图3 油水报警器布置示意
3.3 恢复润滑油系统
投用密封油系统前，用主机润滑油对密封油系统进行充油。充油结束后就地检查浮子油箱旁路门在开启位置时，才启动密封油泵。而1号发电机在试验当时由于热控专业进行胀差等TSI设备安装，将8路润滑油管（#1～#8轴承）进行了部分封闭。导致发电机侧润滑油流量和油压超出正常工况，同时裹挟着大量气体冲向轴瓦。另分析得知在不影响油密封效果的前提下，顶轴油投运与否只影响密封油环的体量，并不是漏油事件的主要原因。
3.4 规范浮子油箱操作
第5次排查后分析得出1号发电机在前几次试验期间未能密切注视差压阀的跟踪并采取合理操作，且未能准确投入浮子油箱。
当发电机内气体压力维持在0.01-0.03MPa时，因气压较低，浮子油箱无法自动排油，需用浮子油箱旁路排油，才能避免回油不畅导致扩大槽溢出。试验期间为避免溢油，应控制机内气体升压速度不过快。当机内气压升至0.035MPa，气体开始能挤压回油，此时可逐步关小旁路管手动门，油箱油位开始缓慢下降至中心线上附近。
3.5 恢复气压平衡管
最终分析试验漏油的主要原因。由于气管路被堵塞，扩大槽和浮子油箱内气体隔离，气压不平衡，氢侧回油裹挟气体进入扩大槽和浮子油箱，不断进入的气体在封闭油箱内聚积从而阻碍回油管处回油。当聚积的气体积攒到一定程度形成气泡，在浮力作用下沿回油管逆流向上至油气界面破裂，在管道及设备内部空腔形成闷响。这也映证了前期对闷响原因的分析逻辑是正确的。
4 结论
经过对1号发电机各不同状态下整套风压试验漏油事件的故障分析及逐步排查處理，同时结合试验过程中对密封油系统的操作改进和及时准确跟踪，该发电机整套风压试验最终成功。总结如下：
a. 严格保证现场密封油系统设备的正确安装，特别是报警、旁路设备的正确安装。对系统管道的布置，严格检查管路坡度走向以及是否通畅，不忽略小管检查。
b. 试验过程中严格规范操作，若信号反馈不及时，阀门操作滞后将导致密封油进入发电机定子，造成事故扩大。
c. 施工方加强责任心[7]，深入理解氢油水系统，才能保证试验成功和发电机后续正常运行。
d. 建议运行单位总结扩大槽和浮子油箱在气压、油压、回流量和浮球阀门开度之间的特性关系，有助于保障试验及后续运行顺利成功。
参考文献
1 GB/T7596-2000运行汽轮机油质量标准[S]
2.《大容量汽轮发电机防止进油的探讨》 《广东电力》 王学成 2004年12月
3.东方电机厂《发电机氢油水控制系统说明书》 2003年9月
4.东方电机厂《汽轮发电机单流环式密封油系统图》
5.东方电机厂《600MW汽轮发电机氢气系统图》
6.《氢冷汽轮发电机密封油系统存在问题与解决途径》 《热力发电》1997年第1期 崔力
7.《如何解决氢冷汽轮发电机的内漏油问题》 《电力建设》姚德权 任秀春 2000年第7期