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1、中国电力（http:/）沙角 A 发电厂 4 号发电机转子漏氢分析林史峰 （沙角发电总厂，广东东莞 511761） 摘 要：沙角 A 发电厂 4 号发电机大修投运后，存在转子径向导电螺杆漏氢问题。经分析，漏氢的原因是导电螺杆内部轴向引线及螺孔的配合存在问题，破坏了静态时的密封结构，使得冷态时密封圈密封不好造成漏氢现象。最后，提出了处理建议。关键词：发电机转子；导电螺杆；漏氢；返修 沙角 A 发电厂 4 号、5 号发电机 QFN3002 是上海电机厂引进美国西屋公司技术生产的全氢冷汽轮发电机，分别于 1993 年 5 月和 7 月正式移交电厂投运。4 号机在 1996 年 4 月进行第 1 次大
2、修并对定子端部实施加固改造。自投产以来，该发电机转子 1 号径向导电螺杆一直存在漏氢问题，严重威胁机组的安全运行，电厂与厂家人员一起反复处理了多次，仍然未彻底解决。1 发电机转子径向导电螺杆的设计结构发电机转子径向导电螺杆和励磁引线结构如图 1 所示。其中，径向导电螺杆总长度为 285 mm，表面包有绝缘层，其离心力全部由与内部轴向引线锥型螺纹拧合处承载，因此轴向引线和径向导电螺杆都采用导电及机械性能较好的锆铜锻件加工而成。密封圈由 6 个氯丁橡胶密封圈组成，密封圈的压帽为普通钢螺帽。发电机励磁侧联轴器上的 2 个排气孔（螺孔）是作为转子漏氢时排氢之用，防止氢气漏入励磁装置的外罩内而产生爆炸危
3、险，在做转子气密试验时必须用螺塞封闭。中国电力（http:/）1排气孔；2发电机励侧联轴器；3径向导电螺杆；4丁型引线；5黄铜螺帽；6密封圈压帽；7铝垫圈；8密封圈；9钢垫圈；10钢弹簧；11绝缘套管；12绝缘垫块；13导电螺杆锥牙；14内部轴向引线；15绝缘楔条；16直角型挠性引线2 漏氢处理a）1994 年 5 月 27 日，沙角 A 发电厂 4 号主变压器因内部发生故障，机组停运处理近 3 个多月。停机初期发电机内氢压下降较快，查漏后发现发电机励磁端联轴器上的排气孔漏氢，手感明显，可以判断转子径向导电螺杆有泄漏。8 月 10 日上海电机厂来人紧固两侧导电螺杆密封圈的压帽，但仍有轻微漏氢，
4、因主变压器急需充电，故未做进一步处理。8 月 31 日厂家来人取出导电螺杆做密封试验，发现 1 号导电螺杆环氧绝缘层脱壳，气压升至 539 kPa 时漏气。返厂重包导电杆绝缘层并加工表面，回装后按厂家说明书要求用 137 MPa 的氮气做转子中心孔静态密封试验合格，发电机投运。b）1995 年 3 月 9 日，4 号机组因炉爆管停机后转小修，发电机吊开励磁侧上半端盖，由厂家检查定子绕组端部是否有开焊现象。23 日发电机转子中心孔气密试险发现有泄漏，之后在不抽转子情况下对两侧径向导电螺杆的压帽进行紧固，重做试验合格。c）1996 年 2 月 13 日，机组调峰停机期间，机内氢压突变下降，每天降低
5、约 25 kPa，经检查判定径向导电螺杆有漏，未做处理，但开机后恢复正常。d）1996 年 4 月发电机大修期间，做转子中心孔密封试验，发现 1 号导电螺杆漏气严重而无法升压。外观检查该处压帽退出约 5 个螺牙的高度，而另一侧（2 号杆）退出约 2 个螺牙，经紧固后仍漏气严重。取出 1 号导电螺杆单独试验完好，绝缘层未脱壳。更换全部密封圈后回中国电力（http:/）装，因压帽无法完全旋进，将铝垫圈由 13 mm 厚改为 11 mm 厚，再重新拧紧使压帽顶端与孔顶面齐平，不露出螺牙，后做转子密封试验及直流电阻测试均合格。e）1997 年 2 月 4 日 4 号机调峰停机过春节，11 日突然漏氢很
6、大，12 日查为转子漏氢，后将机内氢压降至 147 kPa，但每天还需补氢约 80 m3 来维持此压力。3 月 3 日机组转为小修，经检查发现 1 号导电螺杆压帽已退出 34 螺牙的高度，取出 1 号导电螺杆检查正常，擦洗导电螺杆的锥牙，更换整套密封圈后回装，使压帽旋进低于孔顶面近 2 个螺牙的高度，冲铆锁定，但锁不好，做转子密封试验正常。在取出 1 号导电螺杆的前后，从导电螺杆的顶端至直角型挠性引线端面用电桥测量直流电阻，检查导电螺杆锥牙的电接触情况，检修前测得 1 号、2 号导电杆的电阻分别为 150 和 88，检修回装后，再测则 1 号导电杆的电阻为 62，电阻大大下降。f）1998 年
7、 4 月 7 日 4 号机调峰停机期间，突然发生严重漏氢，氢压下降约 20 kPah，查漏发现励磁侧联轴器排气孔直吹出氢气，机组申请临修。8 日电机厂来人检查发现 1 号转子径向导电螺杆又严重漏氢，取出松动的 1 号导电杆压帽进行测量，认为螺牙外径偏小02 mm，由本厂修配加工新压帽，螺牙外径比原设计放大 01 mm，并将压帽高度加长至18 mm（原为 16 mm），新压帽上紧后做转子密封试验基本合格，但在充氢后开机前仍可检测到微弱的漏氢，因临修工期已到，未能进一步检查。20 日开机后补氢至正常压力运行，恢复正常。g）1998 年 9 月 11 日，发电机随机组停机小修，倒氢前在运行氢压下查漏
8、未发现有漏，12 日倒氢后抽出转子检查，发现 1 号导电杆的压帽露出约 3 个螺牙的高度，但不松动。后由厂家将 1 号导电螺杆取出，现场全面测量有关尺寸（包括径向孔的孔径、深度、表面粗糙度等），结果均符合图纸要求，未发现问题。厂家因此认为以往的漏氢是由于密封圈的压缩量不够引起的，故将原铝压圈（厚度 11 mm）更换为 18 mm 的新铝压圈，压帽更换为原设计的新备品（16 mm），更换新的密封圈，使密封圈的压缩量达到 105 mm，比原设计多5 mm，将压帽拧进不露出螺牙，暂不做机械冲铆固定压帽，以便下次检查是否松动退出。经处理后转子密封试验正常，投运至今未发现有较大的漏氢，压帽是否退出也未打
9、开端盖检查过。3 漏氢分析31 漏氢特点a）4 号机转子 1 号径向导电螺杆第 1 次漏氢是由于绝缘层脱壳所引起，后送回制造厂修理后回装。随后出现的漏氢均是由于密封圈密封不良所产生的。b）4 号机 1 号导电螺杆每次漏氢均出现在机组停机（冷态）期间，开机后（热态）则不漏。c）漏氢时密封圈的压帽均有退出的迹象但所有密封圈良好。d）4 号、5 号机转子导电螺杆的压帽均出现松动退出现象，但只有 4 号机的 1 号导电螺杆反复出现漏氢。32 4 号发电机 1 号转子径向民电螺杆漏氢分析 1 号导电螺杆因变形或制造工艺上的原因，造成与内部轴向引线及螺孔的配合存在问题，热态时几千安培的励磁电流使 J 型引
10、线和内部轴向引线发热分别向相反方向膨胀（如图 1 所示），造成径向导电螺杆不垂直而使密封变形，破坏静态时的密封结构，但由于高速旋转下的离心力作用的发热膨胀，使得密封圈仍然压紧，不致漏氢。冷态时，由于密封圈的离心力变形和发热膨胀很快消失，而压帽松动退出后，密封圈在自身弹力下的压迫变形无法克服因导电螺杆不垂直引起的变形，使密封圈密封不好而造成冷态时的漏氢现象。中国电力（http:/）4 看法和建议a）转子径向导电螺杆压帽运行中退出的现象在 A 厂的 2 台 300 MW 机组中均出现过。如1998 年 5 月 5 号机小修中就发现 2 根导电螺杆的压帽均退出只剩 2 个螺牙扣住，十分危险！但只有
11、4 号机 1 号导电螺杆出现漏氢，因此压帽的松动只为漏氢提供条件，而不是引起漏氢的真正原因。b）压帽的普遍松动退出却带来一个更危险的安全问题，因为完全有可能在运行中飞出造成设备的严重损失，所以应以高度重视。从结构上看，原设计中的压帽是采用简单的机械冲铆来固定，很不可靠，应加以改进。c）4 号发电机 1 号径向导电螺杆的漏氢，主要是由于变形或工艺上的原因所引起，估计是在第一次绝缘脱壳后返厂修理过程中造成导电螺杆变形、配合不好引起。最后一次是采用增加密封圈的压缩量来处理，虽然在 1999 年的停机中未出现过较大的漏氢，但在励侧联轴器排气孔处还能检测到微弱的氢气，所以增加密封圈压缩量来保证密封是治标不治本的方法，长期的热力变形可能导致更大的问题，如导电杆螺纹的损坏、导电杆绝缘的损坏等。d）为彻底解决漏氢问题，建议在机组大修时将导电杆和内部轴向引线段取出返厂重新加工装配，同时可考虑将直角型挠性引线背面的绝缘垫块下端作局部修整，以减少轴向引线因热胀冷缩对径向导电螺杆保持垂直的影响。
