秦山第二核電廠發電機密封油系統（GHE）運行分析

王超

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

秦山第二核電廠發電機密封油系統（GHE）運行分析

王超

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

本文介紹了秦山第二核電廠發電機密封油系統（GHE）的主要構成，闡述了發電機密封油系統（GHE）的功能和運行方式，并針對系統投運期間所出現的氫氣純度下降問題進行了深入的分析。

GHE；運行；氫氣純度

0 前言

電機密封油系統（GHE）是用來向發電機軸封裝置連續不斷地提供密封油來防止發電機轉子和定子鐵芯等部件冷卻介質 (氫氣)的泄漏，并阻止大氣中的污染物進入氫氣中，以保持氫氣的純度。GHE系統的正常、可靠運行是整個發電機正常運行的前提。本文除了對GHE系統進行了詳細介紹外，還對GHE系統對發電機氫氣純度的影響進行了深入的分析，這對系統運行和其他電廠具有一定的借鑒意義。

1 系統概述

1.1 系統構成

秦山第二核電廠發電機采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水冷卻，轉子繞組為氫冷卻，鐵芯為氫氣冷卻。為了密封發電機內的氫氣，發電機密封油系統采用了雙流環式軸封裝置(氫側和空側兩路油)。

發電機密封油系統是按照發電機最大連續功率 700MWe設計的，保證連續不斷地提供發電機密封所需的合格油質和油量，并滿足壓力和溫度的要求。

密封油系統由空側和氫側兩個各自獨立又互有聯系的油路組成。包括如下主要部件：空側交流油泵、空側直流油泵、氫側交流油泵、氫側直流油泵、空側油過濾器、氫側油過濾器、密封油箱、密封油冷卻器和油位信號器、壓差閥、平衡閥、氫油分離箱、截止閥、逆止閥、蝶閥、壓力表、溫度計、變送器及連接管路等。

1.2 密封原理

本系統為集裝式，與發電機的雙流環式軸封（密封瓦）裝置相對應，密封瓦內有兩個環形供油槽，從供油槽出來的油分成兩路沿著軸向通過密封瓦內環和軸之間的徑向間隙流出，其油壓高于發電機內的氫氣壓力，從而防止氫氣從發電機漏出。在密封瓦內設有兩個供油槽，形成獨立的氫側和空側的密封油系統。密封油除了供密封瓦起密封作用外，對密封瓦還可以起到潤滑降溫作用。當這兩個系統中的供油壓力平衡時，油流將不在兩個供油槽之間的空隙中串動。密封油系統的氫側供油將沿著軸朝發電機一側流動，而密封油系統的空側供油將沿著軸朝外軸承一側流動。由于這兩個系統之間的壓力在理論上平衡，油流在這兩條供油槽之間的空間內將保持相對靜止，不發生相對串油現象。

1.3 油壓控制原理

發電機的密封油壓規定應高于發電機氫壓0.084MPa。這一壓差靠空側油壓控制閥和氫側油壓控制閥來保持，所有油壓控制閥都通過油缸來控制，通過設定彈簧來設定定值。發電機密封油系統通過四個油壓控制閥來調節密封油的油壓。

1.3.1 空側油壓控制

空側油壓由兩個油壓控制閥控制,一個為正常油壓控制閥，通過對空側油泵卸油量的控制來控制發電機空側油進油總管的壓力，發電機氫壓和空側油壓通過引壓管進入閥門上下油缸，通過彈簧將閥門整定為0.084MPa。當壓差高于0.084MPa時,閥門開大增加卸油量來降低壓差,當壓差低于0.084MPa時,關小閥門減小卸油量來提高壓差。

另一個是備用控制閥，通過備用控制閥，使GGR的高壓油作為空側密封油的備用油，空側油壓和發電機氫壓通過引壓管進入閥門上下油缸，該閥的整定值設定的比正常油壓控制閥稍低，為0.056MPa，當壓差高于0.056MPa時，閥門關小直至關閉，當壓差低于0.056MPa時，閥門開始開啟并對壓差進行調節。

正常運行時，空側交流油泵連續運行，氫油壓差由空側正常油壓控制閥控制在0.084MPa，高于備用壓差控制閥設定值，所以備用控制閥關閉。

1.3.2 氫側油壓控制

氫側油壓也有兩個油壓控制閥控制，兩個閥獨立控制發電機兩側的氫側進油管油壓。氫側密封油壓要求與空側油壓一致，所以氫側油壓與空側油壓通過引壓管進入閥門上下油缸，通過彈簧整定為0.0MPa，既油壓相等時閥門保持開度，當氫側油壓高于空側油壓時，閥門關小以降低氫側油壓，當氫側油壓低于空側油壓時，閥門開大以提高氫側油壓，壓差閥保證氫壓與油壓的壓差在0.084MPa，而平衡閥保證空側油壓與氫側油壓基本相等。

2 系統運行方式

2.1 正常運行

空側密封供油正常運行時，由空側交流電動密封油泵提供。

氫側密封供油正常運行時，由氫側交流電動密封油泵提供。

正常壓力調節閥自動控制氫油之間壓差，使密封油壓比氫壓高0.084MPa。

空側和氫側的密封油冷卻器均為一臺運行，一臺備用，冷卻器的冷卻水由常規島閉式冷卻水系統(SRI)提供。通過控制冷卻水的流量，使冷卻后的發電機密封油進油溫度小于52℃。

2.2 特殊穩態運行

當空側交流油泵發生故障，氫油之間壓差降到 0.056MPa時，空側密封油由汽輪機主油泵來的高壓油經減壓閥減壓后提供。

如果空側交流油泵和主油泵均不可用，且氫油之間壓差降到0.056MPa時，則空側密封供油由主油箱上的氫密封備用油泵提供。

當氫側交流密封油泵發生故障時，氫側備用直流密封油泵自動投入。

2.3 特殊瞬態運行

當氫油之間壓差降到 0.035MPa時，空側直流密封油泵啟動，使氫油之間壓差恢復到0.084MPa。但空側直流直流密封油泵只允許運行 1小時左右。

當上述所有方式均不能提供空側密封油時，則由汽輪機軸承潤滑油泵提供。由于提供的油壓較低，須及時將發電機內的氫氣壓力降低，保持與密封油的壓差。

發電機能在氫側密封油泵不供油的緊急情況下連續運行，但發電機的氫氣消耗量將有較大的增加。

3 系統對發電機氫氣純度的影響分析

3.1 不良后果

發電機氫氣純度不合格，將會直接影響機組的安全：

如果氫氣純度下降至爆炸范圍內，在一定的條件下可能會引起發電機內氫氣爆炸。

氫氣純度不合格將導致冷卻效率降低，造成機內構件局部過熱。

有害氣體的存在還會造成絕緣老化、鐵芯及其金屬部件腐蝕。

此外油進入發電機，如果未及時排出，油在發電機內蒸發產生油煙蒸汽也形成很大的危害。

3.2 原因分析

3.2.1 密封瓦處油竄流

在運行過程中發電機機內的氫氣與密封油系統中的氫側密封油相接觸，氫側密封油中若溶解有大量的空氣，將會嚴重污染機內氫氣。所以發電機氫側密封油空氣含量的增加是機內氫氣純度下降過快的主要原因。

正常情況下密封瓦中的空側和氫側密封油具有幾乎相同的壓力，空側和氫側密封油各自保持相對獨立的狀態進行循環。若密封油系統的平衡閥跟蹤不好，或是由于平衡閥空側、氫側壓力取樣管中的壓力損失不同(雖然從平衡表上觀察空氫兩側的密封油壓是平衡的，而實際上在密封瓦處的空、氫側密封油存在一定的壓差)，均會造成空側與氫側密封油在密封瓦中的壓力不平衡。若空側密封油壓高于氫側密封油壓，則含有大量空氣的空側密封油向氫側密封油竄油，此時竄到氫側的空側密封油將隨氫側密封油一起回到發電機的氫側回油腔(即消泡箱)，然后經氫側回油管，返回到氫側密封油箱中，在此過程中一部份空側密封油內所含的空氣直接析出進入發電機內。同時空側向氫側竄油也一定程度的排擠了氫側油，使氫側的進油減少，這將加大油污染。

若氫側密封油壓高于空側密封油壓，則氫側密封油向空側密封竄油，此時將使回到氫側密封油箱中的油量減少油位降低，為了保證系統安全運行，將自動向氫側密封油箱中補油。這樣就將含有大量空氣的空側密封油補進了氫側密封油箱，使氫側密封油中的空氣含量增加。

3.2.2 氫側油箱中的自動補排油閥故障

氫側油箱中的自動補排油閥故障導致在氫側油箱中的空側和氫側油大量交換，使含有大量空氣的空側回油進入氫側油箱，一方面在氫側油箱中直接析出空氣而直接進入發電機；另一方面其作為氫側油在密封瓦中析出空氣進入發電機。

浮球閥因各種原因不能正常開啟或關閉，這樣將導致密封油系統中自動補排油的功能失常。有以下三種情況：

a．排油閥出現故障處于常排狀態，則系統為了氫側密封油箱油位的穩定，就會不斷地將含有大量空氣的空側密封油補入氫側密封油箱，此時補油閥將進行連續補油。

b．補油閥出現故障，處于常補狀態，系統就會不斷地將含有大量空氣的空側密封油補入氫側密封油箱，使氫側密封油中的空氣含量增加，此時排油閥將進行連續排油。

c．補排油閥都失去了正常的功能，此時發電機密封油系統中的氫側密封油箱則處于一個連續補排油的動態平衡狀態，將大量含有空氣的空側密封油補進了氫側密封油箱，使氫側密封油中的空氣含量增加。

3.2.3 差壓閥工作不正常

大型機組要求差壓閥具有良好、靈敏的跟蹤性能和富余的調節范圍。維持油氫差壓的任務是由差壓閥來完成的。如果差壓閥工作不正常將可能出現密封油直接進入發電機內的現象。同時由于差壓閥工作的不正常會引起平衡閥也做出相應的跟蹤調整從而加速了空氫側的竄油。

3.2.4 油氫差壓過高或過低

油氫差壓是指空側密封油與氫氣的差壓。由于氫側密封油是跟蹤空側密封油的，因此當油氫差壓過高或過低時時必然會使氫側油壓上升或降低。當氫側油壓過高時，氫側密封油將直接通過油擋進入發電機內。

3.2.5 平衡閥工作失常

平衡閥的裝配精度相當高，如果油中含有雜質、水分等，則極易造成閥卡澀，工作失常。調節空氫側密封油壓主要是通過以下手段來完成。氫側密封油壓先通過粗調氫側密封油泵出口再循環閥使空、氫側密封油壓基本一致，同時通過調節氫側密封油平衡閥下部頂針頂起高度，從而使密封瓦處的空、氫側密封油壓力達到平衡，以使密封瓦中間環處的空、氫側密封油竄流量達到一個較小的水平（通常是在±5cm水柱以內）。當密封瓦處的空、氫側微差壓調整好后，由于平衡閥平衡點已經設定好，當空側密封油壓改變時平衡閥自動跟蹤調節氫側密封油壓使空、氫側微差壓保持不變。當氫側密封油平衡閥調節不靈敏時，會造成氫側密封油壓過高或過低，使中間環處的空、氫側密封油平衡被破壞，使空、氫側密封油之間的竄流增大。平衡閥工作失常也是發電機內造成污染的原因。

3.2.6 氫側油管路供油不足

我們知道氫側油管較空側油管徑要小的多，由于各種原因氫側油管很容易發生節流。氫側密封油供油管路的意外節流造成氫側油供油不足，密封瓦氫側油腔內油壓無法正常建立，使得中間密封環空、氫側密封油壓無法達到平衡，從而使空側密封油向氫側密封油中竄流。另外發生大的節流時會使真正進入氫側密封瓦形成油膜的油過少，甚至會破壞油膜的形成，從而直接造成氫氣與空側油相接觸形成氣體交換。

不同的節流點表現出來的現象是不同的，由于空、氫側密封油微差壓管路取樣點是取在發電機端蓋處的，在取樣點前出現節流時，表現在調節氫側油母管壓力時空、氫側密封油微差壓計上反映遲鈍。當取樣點后有節流時，調節氫側密封油壓，則微差壓計上的動作幅度會很大。而在油泵出口壓力上氫側油泵壓力會大大高于空側油泵壓力。

3.2.7 發電機密封油含水超標

從系統設置可以知道，發電機密封油系統首次啟動時其油來自汽輪機潤滑油系統。而在正常運行中，密封油和大機軸承的回油是在一起的，只不過是一部份進入密封油而另一部份進入大機油箱。在汽輪機運行中，由于各種原因使油中含水過高，在密封瓦處蒸發形成水蒸汽進入發電機使氫氣純度下降。

3.2.8 補油方式不合理

現在的補油方式在補油的過程中會將含有大量空氣的空側密封油補進氫側密封油箱，使氫側密封油的含空氣量增加。我們的氫側補油直接由空側油泵出口或備用油源(大機潤滑油)補入。這種未經過油氣分離的油直接補入氫側油箱將不利于氫氣純度的提高。機組的空側補油來自大機軸承的回油，這也加大了空側油中的含空氣量。

3.2.9 密封瓦與發電機轉子間隙增大

從密封瓦與轉軸間沿轉軸的軸向流向空側和氫側的油流稱為軸向流動，當空、氫側密封油壓差保持一定時，空、氫側密封油的交換量與密封瓦的間隙的成正比。當密封瓦與發電機轉子間隙增大，由于空、氫側密封油之間不可避免的存在壓差，密封油流量的增加將導致空、氫側密封油的交換量成倍增加，空側密封油中攜帶的空氣、水分等通過交換進入氫側密封油中，再通過氫側密封油與氫氣的接觸進入到發電機氫氣中污染氫氣，降低氫氣純度。密封油量的增大將會造成靜壓回油管路不暢，發電機氫側回油腔室（消泡箱）油位升高到超過軸頸最低位置時，將造成發電機進油。

3.2.10 發電機密封油溫度高

密封油的粘度隨油溫的升高而降低，在同樣的流通面積內，要維持一定的密封油壓力，當密封油溫度高時，就需要較大流量的密封油。同樣密封油溫度的升高，將導致密封瓦間隙增大，這同樣需要增大密封油流量才能維持一定的密封油壓力。這樣要保證發電機內氫氣不外泄，同樣需要增大密封油流量來維持一定的壓力。因此密封油溫度過高將導致密封油流量增大，按照3.2.9條的分析，同樣會引起發電機內氫氣純度下降或發電機進油。

3.2.11 排煙風機出力小

空側密封油泵油源取自氫油分離器，氫油分離器的排煙風機主要作用是抽出空側油中的微量氫氣，以免氫氣隨潤滑油回到主油箱。增大氫油分離器排煙風機的出力，使氫油分離器形成大的負壓，使空側油中的空氣會同氫氣一起被抽出，這樣，將減少空側密封油中空氣含量，（發電機氫氣污染主要是空側密封油攜帶的空氣等通過與氫側密封油交換進入氫側密封油，再通過氫側密封油與氫氣交換污染氫氣），將減少氫氣污染。

4 結束語

發電機密封油系統（GHE）的安全穩定運行關系到核電廠的經濟效益，而且直接關系到發電機能否給與保障。因此在發電機密封油系統（GHE）的使用過程中，一方面要加強運行人的技術，深入的了解系統的性能特點，另一方面提高發電機密封油系統（GHE）的運行水平。對現有的問題加以重視，盡快解決，才能保證發電機密封油系統（GHE）及發電機組的安全穩定運行。

［1］秦山第二核發電機密封油系統(GHE)系統手冊[S]．

［2］密封油系統對發電機氫氣純度的影響,李建業．

［責任編輯：朱麗娜］