上海电机厂生产的引进优化型QFSN-300-2发电机,采用水氢氢冷却方式,即定子绕组水内冷,转子绕组氢内冷,定子铁芯氢冷。为此,机组配备了发电机氢、油、水系统。氢系统用于冷却发电机转子绕组及定子铁芯,定子冷却水系统用于冷却发电机定子绕组,而密封油系统是为了防止外界空气进入发电机内部及 阻止发电机内氢气漏出。这样可以保证气体置换过程中,发电机内不形成易爆的氢气、空气混合物;正常运行中,发电机内氢气具有一定的纯度和压力。
2 发电机密封油系统的工作原理   
    QFSN-300-2型发电机采用双环流式密封瓦密封发电机。密封瓦内有空、氢侧两个环状配油槽。密封油系统提供的氢侧密封油流向氢侧配油槽,空侧密封油流向空侧配油槽,然后,沿转轴轴向穿过密封瓦内径与转轴之间的间隙流出。如果空、氢侧油路的供油压力在密封瓦处恰好相等,油就不会在两条配油槽之间的间隙中窜流,只要密封油压始终高于机内气体压力,便可防止发电机内氢气从机内逸出。
    发电机密封油系统的任务是为发电机提供清洁的、一定温度、一定压力的密封油,分为空侧、氢侧两条油路。
    空侧密封油油路:空侧交流密封油泵或空侧直流密封油泵从空侧回油箱取得油源,把一部分油经冷油器、滤油器进入 密封瓦的空侧配油槽,由空侧轴向间隙向外流出,与发电机两端轴承回油汇合后,流入空侧回油箱。空侧回油箱底部接有一根U型管与主油箱相连,油位高时油向主油箱溢流,使空侧回油箱的油位保持一定。另一部分油则经过主差压调节阀流回到油泵的进油侧。该主差压调节阀用于调节空侧密封油压,使得密封瓦处的空侧密封油压始终高出发电机内氢压0.084 MPa。
    氢侧密封油油路:氢侧密封油泵从氢侧回油箱取得油源。它把一部分油从冷油器、滤油器,经平衡阀进入密封瓦的氢侧配油槽,由氢侧轴向间隙流出,进入消泡箱内逸出溶入的氢气,再流入氢侧回油箱。另一部分油由该油泵的再循环管道回到油泵进口,作为氢侧密封油泵出口压力的粗调,而由平衡阀来保证氢侧密封油处的密封油压与空侧油压基本相等。 图1 双环流密封瓦
    由上可知,发电机空侧密封油压以氢压作为调节依据,通过差压调节阀使其比氢压高0.084 MPa,而氢侧密封油压则通过平衡阀跟踪空侧密封油压,两者差压保持在±490 Pa内。   双环流式密封瓦密封效率高,可有效地防止氢气的外泄及空气的入侵。而且,当氢侧密封油失去时,仍可起到密封作用。此时,空侧密封油流到空侧配油槽后,一部分向氢侧配油槽流动,仍可阻止氢气外逸。但因空氢侧共用一路密封油源,溶入氢侧油中的氢气便可通过空侧油路逸出,而溶入空侧油中的空气也可通过空侧油路进入机内。因而,为保持必要的氢气压力和纯度,其补氢量将比正常时有所增加。
    为保证空侧交流密封油泵故障时,发电机内氢气不外逸,空侧油路设有几路备用油,除前面提到的空侧直流密封油泵外,还从汽轮机润滑油系统引入高、低压备用油,通过备用差压调节阀的节流来控制油压,当空侧密封油压力比氢压只高出0.056 MPa时,该备用差压调节阀开启,并保持0.056 MPa的油、氢差压。
3 发电机进油原因分析
    发电机密封油系统可有效地密封发电机内氢气,但当控制或操作不当时,可能造成密封油进入发电机,影响定子线圈的绝缘性能,严重时使绝缘击穿,出现匝间或相间短路,严重影响机组的正常运行。
    造成发电机进油可能是由于氢侧回油箱油位控制不当,因满油而溢入发电机内,也可能是因为密封瓦配油槽处油压过高直接流入发电机内。因而氢侧回油箱的液位控制及密封油压力的调整是两个至关重要的问题。
    发电机氢侧回油箱(如图3)内装有2个上浮球阀,一个连接空侧密封油油路中滤网的出口,为油箱的补油阀。另一个连接空侧密封油泵的进口,为油箱的排油阀。
    一般情况下,2个浮球阀的上、下手动干预顶针退出,通过浮球实现液位的自动控制。当氢侧回油箱液位高时,浮球将排油阀打开,使多余的油排到空侧油路,再由空侧回油箱回到主油箱。当氢侧油箱油位低时,浮球将补油阀打开,使空侧油补入。而当浮球阀失去自动调节作用时,则可通过浮球阀的上、下手轮实现补、排油阀的强开、强关。
    当氢压较低的情况下,氢侧回油箱在某一液位时,浮球的位置相同,但由于排油的压差(约为氢压减去空侧油泵进口压力)较低或补油的压差(约为空侧油滤网出口油压减去氢压)较高,使得排油量减少甚至不能排出,而补油量增大,从而使氢侧回油箱油位保持在较高位置。因此,当氢压较低时,氢侧油箱将保持在满油的油位,甚至可能出现消泡箱满油,使得发电机存在进油的危险。
    除此以外,以下几种情况也可能使发电机进油:
    (1) 氢侧回油箱油位自动控制失灵,补油阀开 启在某一开度卡住或排油阀在较高油位时不能自动开启,可能在空 侧密封油压稍高于氢侧密封油压时,密封瓦处的油向氢侧窜流而导致氢侧回油箱的满油,直至消泡箱满油,最后进入发电机。
    (2) 密封油压自动控制失灵,致使密封瓦处油压过高直接窜入发电机,这种情况往往出现在系统已正常运行较长时间后的退氢过程中。密封油系统正常运行时,由于发电机内氢压较稳定,空侧密封油的差压调节同开启在一定开度基本不变,氢侧密封油的平衡阀也开启在一定开度基本不变。若维持时间较长,差压调节阀或平衡阀均可能卡涩。
    正常运行时氢压为额定值0.31 MPa,则空侧密封油压为0.394 MPa,氢侧油压与空侧油压基本相同。
    发电机退氢前 的降氢压过程中,因氢压降低,空侧主差压调节阀需缓慢开大以降低空侧油压,氢侧平衡阀需缓慢 关小使氢侧油压相应下降。假设氢压由0.31 MPa降至0.05 MPa,若空侧调节阀卡涩,则此时氢压0.05 MPa,空、氢侧密封油压仍为0.394 MPa,因氢侧油压与氢压相差过高(0.389 MPa),油可能从氢侧配油槽直接冲刷到档油板而进入发电机。若氢侧平衡阀卡涩,则此时氢压0.05 MPa,空侧油压为0.134 MPa,氢侧油压仍为0.394 MPa,同样也可能因油氢差压过高致使氢侧油进入发电机内。