秦山第二核电厂发电机密封油系统（GHE）运行分析

王超

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐314300）

秦山第二核电厂发电机密封油系统（GHE）运行分析

王超

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐314300）

本文介绍了秦山第二核电厂发电机密封油系统（GHE）的主要构成，阐述了发电机密封油系统（GHE）的功能和运行方式，并针对系统投运期间所出现的氢气纯度下降问题进行了深入的分析。

GHE；运行；氢气纯度

0 前言

电机密封油系统（GHE）是用来向发电机轴封装置连续不断地提供密封油来防止发电机转子和定子铁芯等部件冷却介质 (氢气)的泄漏，并阻止大气中的污染物进入氢气中，以保持氢气的纯度。GHE系统的正常、可靠运行是整个发电机正常运行的前提。本文除了对GHE系统进行了详细介绍外，还对GHE系统对发电机氢气纯度的影响进行了深入的分析，这对系统运行和其他电厂具有一定的借鉴意义。

1 系统概述

1.1 系统构成

秦山第二核电厂发电机采用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水冷却，转子绕组为氢冷却，铁芯为氢气冷却。为了密封发电机内的氢气，发电机密封油系统采用了双流环式轴封装置(氢侧和空侧两路油)。

发电机密封油系统是按照发电机最大连续功率 700MWe设计的，保证连续不断地提供发电机密封所需的合格油质和油量，并满足压力和温度的要求。

密封油系统由空侧和氢侧两个各自独立又互有联系的油路组成。包括如下主要部件：空侧交流油泵、空侧直流油泵、氢侧交流油泵、氢侧直流油泵、空侧油过滤器、氢侧油过滤器、密封油箱、密封油冷却器和油位信号器、压差阀、平衡阀、氢油分离箱、截止阀、逆止阀、蝶阀、压力表、温度计、变送器及连接管路等。

1.2 密封原理

本系统为集装式，与发电机的双流环式轴封（密封瓦）装置相对应，密封瓦内有两个环形供油槽，从供油槽出来的油分成两路沿着轴向通过密封瓦内环和轴之间的径向间隙流出，其油压高于发电机内的氢气压力，从而防止氢气从发电机漏出。在密封瓦内设有两个供油槽，形成独立的氢侧和空侧的密封油系统。密封油除了供密封瓦起密封作用外，对密封瓦还可以起到润滑降温作用。当这两个系统中的供油压力平衡时，油流将不在两个供油槽之间的空隙中串动。密封油系统的氢侧供油将沿着轴朝发电机一侧流动，而密封油系统的空侧供油将沿着轴朝外轴承一侧流动。由于这两个系统之间的压力在理论上平衡，油流在这两条供油槽之间的空间内将保持相对静止，不发生相对串油现象。

1.3 油压控制原理

发电机的密封油压规定应高于发电机氢压0.084MPa。这一压差靠空侧油压控制阀和氢侧油压控制阀来保持，所有油压控制阀都通过油缸来控制，通过设定弹簧来设定定值。发电机密封油系统通过四个油压控制阀来调节密封油的油压。

1.3.1 空侧油压控制

空侧油压由两个油压控制阀控制,一个为正常油压控制阀，通过对空侧油泵卸油量的控制来控制发电机空侧油进油总管的压力，发电机氢压和空侧油压通过引压管进入阀门上下油缸，通过弹簧将阀门整定为0.084MPa。当压差高于0.084MPa时,阀门开大增加卸油量来降低压差,当压差低于0.084MPa时,关小阀门减小卸油量来提高压差。

另一个是备用控制阀，通过备用控制阀，使GGR的高压油作为空侧密封油的备用油，空侧油压和发电机氢压通过引压管进入阀门上下油缸，该阀的整定值设定的比正常油压控制阀稍低，为0.056MPa，当压差高于0.056MPa时，阀门关小直至关闭，当压差低于0.056MPa时，阀门开始开启并对压差进行调节。

正常运行时，空侧交流油泵连续运行，氢油压差由空侧正常油压控制阀控制在0.084MPa，高于备用压差控制阀设定值，所以备用控制阀关闭。

1.3.2 氢侧油压控制

氢侧油压也有两个油压控制阀控制，两个阀独立控制发电机两侧的氢侧进油管油压。氢侧密封油压要求与空侧油压一致，所以氢侧油压与空侧油压通过引压管进入阀门上下油缸，通过弹簧整定为0.0MPa，既油压相等时阀门保持开度，当氢侧油压高于空侧油压时，阀门关小以降低氢侧油压，当氢侧油压低于空侧油压时，阀门开大以提高氢侧油压，压差阀保证氢压与油压的压差在0.084MPa，而平衡阀保证空侧油压与氢侧油压基本相等。

2 系统运行方式

2.1 正常运行

空侧密封供油正常运行时，由空侧交流电动密封油泵提供。

氢侧密封供油正常运行时，由氢侧交流电动密封油泵提供。

正常压力调节阀自动控制氢油之间压差，使密封油压比氢压高0.084MPa。

空侧和氢侧的密封油冷却器均为一台运行，一台备用，冷却器的冷却水由常规岛闭式冷却水系统(SRI)提供。通过控制冷却水的流量，使冷却后的发电机密封油进油温度小于52℃。

2.2 特殊稳态运行

当空侧交流油泵发生故障，氢油之间压差降到 0.056MPa时，空侧密封油由汽轮机主油泵来的高压油经减压阀减压后提供。

如果空侧交流油泵和主油泵均不可用，且氢油之间压差降到0.056MPa时，则空侧密封供油由主油箱上的氢密封备用油泵提供。

当氢侧交流密封油泵发生故障时，氢侧备用直流密封油泵自动投入。

2.3 特殊瞬态运行

当氢油之间压差降到 0.035MPa时，空侧直流密封油泵启动，使氢油之间压差恢复到0.084MPa。但空侧直流直流密封油泵只允许运行 1小时左右。

当上述所有方式均不能提供空侧密封油时，则由汽轮机轴承润滑油泵提供。由于提供的油压较低，须及时将发电机内的氢气压力降低，保持与密封油的压差。

发电机能在氢侧密封油泵不供油的紧急情况下连续运行，但发电机的氢气消耗量将有较大的增加。

3 系统对发电机氢气纯度的影响分析

3.1 不良后果

发电机氢气纯度不合格，将会直接影响机组的安全：

如果氢气纯度下降至爆炸范围内，在一定的条件下可能会引起发电机内氢气爆炸。

氢气纯度不合格将导致冷却效率降低，造成机内构件局部过热。

有害气体的存在还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀。

此外油进入发电机，如果未及时排出，油在发电机内蒸发产生油烟蒸汽也形成很大的危害。

3.2 原因分析

3.2.1 密封瓦处油窜流

在运行过程中发电机机内的氢气与密封油系统中的氢侧密封油相接触，氢侧密封油中若溶解有大量的空气，将会严重污染机内氢气。所以发电机氢侧密封油空气含量的增加是机内氢气纯度下降过快的主要原因。

正常情况下密封瓦中的空侧和氢侧密封油具有几乎相同的压力，空侧和氢侧密封油各自保持相对独立的状态进行循环。若密封油系统的平衡阀跟踪不好，或是由于平衡阀空侧、氢侧压力取样管中的压力损失不同(虽然从平衡表上观察空氢两侧的密封油压是平衡的，而实际上在密封瓦处的空、氢侧密封油存在一定的压差)，均会造成空侧与氢侧密封油在密封瓦中的压力不平衡。若空侧密封油压高于氢侧密封油压，则含有大量空气的空侧密封油向氢侧密封油窜油，此时窜到氢侧的空侧密封油将随氢侧密封油一起回到发电机的氢侧回油腔(即消泡箱)，然后经氢侧回油管，返回到氢侧密封油箱中，在此过程中一部份空侧密封油内所含的空气直接析出进入发电机内。同时空侧向氢侧窜油也一定程度的排挤了氢侧油，使氢侧的进油减少，这将加大油污染。

若氢侧密封油压高于空侧密封油压，则氢侧密封油向空侧密封窜油，此时将使回到氢侧密封油箱中的油量减少油位降低，为了保证系统安全运行，将自动向氢侧密封油箱中补油。这样就将含有大量空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。

3.2.2 氢侧油箱中的自动补排油阀故障

氢侧油箱中的自动补排油阀故障导致在氢侧油箱中的空侧和氢侧油大量交换，使含有大量空气的空侧回油进入氢侧油箱，一方面在氢侧油箱中直接析出空气而直接进入发电机；另一方面其作为氢侧油在密封瓦中析出空气进入发电机。

浮球阀因各种原因不能正常开启或关闭，这样将导致密封油系统中自动补排油的功能失常。有以下三种情况：

a．排油阀出现故障处于常排状态，则系统为了氢侧密封油箱油位的稳定，就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，此时补油阀将进行连续补油。

b．补油阀出现故障，处于常补状态，系统就会不断地将含有大量空气的空侧密封油补入氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加，此时排油阀将进行连续排油。

c．补排油阀都失去了正常的功能，此时发电机密封油系统中的氢侧密封油箱则处于一个连续补排油的动态平衡状态，将大量含有空气的空侧密封油补进了氢侧密封油箱，使氢侧密封油中的空气含量增加。

3.2.3 差压阀工作不正常

大型机组要求差压阀具有良好、灵敏的跟踪性能和富余的调节范围。维持油氢差压的任务是由差压阀来完成的。如果差压阀工作不正常将可能出现密封油直接进入发电机内的现象。同时由于差压阀工作的不正常会引起平衡阀也做出相应的跟踪调整从而加速了空氢侧的窜油。

3.2.4 油氢差压过高或过低

油氢差压是指空侧密封油与氢气的差压。由于氢侧密封油是跟踪空侧密封油的，因此当油氢差压过高或过低时时必然会使氢侧油压上升或降低。当氢侧油压过高时，氢侧密封油将直接通过油挡进入发电机内。

3.2.5 平衡阀工作失常

平衡阀的装配精度相当高，如果油中含有杂质、水分等，则极易造成阀卡涩，工作失常。调节空氢侧密封油压主要是通过以下手段来完成。氢侧密封油压先通过粗调氢侧密封油泵出口再循环阀使空、氢侧密封油压基本一致，同时通过调节氢侧密封油平衡阀下部顶针顶起高度，从而使密封瓦处的空、氢侧密封油压力达到平衡，以使密封瓦中间环处的空、氢侧密封油窜流量达到一个较小的水平（通常是在±5cm水柱以内）。当密封瓦处的空、氢侧微差压调整好后，由于平衡阀平衡点已经设定好，当空侧密封油压改变时平衡阀自动跟踪调节氢侧密封油压使空、氢侧微差压保持不变。当氢侧密封油平衡阀调节不灵敏时，会造成氢侧密封油压过高或过低，使中间环处的空、氢侧密封油平衡被破坏，使空、氢侧密封油之间的窜流增大。平衡阀工作失常也是发电机内造成污染的原因。

3.2.6 氢侧油管路供油不足

我们知道氢侧油管较空侧油管径要小的多，由于各种原因氢侧油管很容易发生节流。氢侧密封油供油管路的意外节流造成氢侧油供油不足，密封瓦氢侧油腔内油压无法正常建立，使得中间密封环空、氢侧密封油压无法达到平衡，从而使空侧密封油向氢侧密封油中窜流。另外发生大的节流时会使真正进入氢侧密封瓦形成油膜的油过少，甚至会破坏油膜的形成，从而直接造成氢气与空侧油相接触形成气体交换。

不同的节流点表现出来的现象是不同的，由于空、氢侧密封油微差压管路取样点是取在发电机端盖处的，在取样点前出现节流时，表现在调节氢侧油母管压力时空、氢侧密封油微差压计上反映迟钝。当取样点后有节流时，调节氢侧密封油压，则微差压计上的动作幅度会很大。而在油泵出口压力上氢侧油泵压力会大大高于空侧油泵压力。

3.2.7 发电机密封油含水超标

从系统设置可以知道，发电机密封油系统首次启动时其油来自汽轮机润滑油系统。而在正常运行中，密封油和大机轴承的回油是在一起的，只不过是一部份进入密封油而另一部份进入大机油箱。在汽轮机运行中，由于各种原因使油中含水过高，在密封瓦处蒸发形成水蒸汽进入发电机使氢气纯度下降。

3.2.8 补油方式不合理

现在的补油方式在补油的过程中会将含有大量空气的空侧密封油补进氢侧密封油箱，使氢侧密封油的含空气量增加。我们的氢侧补油直接由空侧油泵出口或备用油源(大机润滑油)补入。这种未经过油气分离的油直接补入氢侧油箱将不利于氢气纯度的提高。机组的空侧补油来自大机轴承的回油，这也加大了空侧油中的含空气量。

3.2.9 密封瓦与发电机转子间隙增大

从密封瓦与转轴间沿转轴的轴向流向空侧和氢侧的油流称为轴向流动，当空、氢侧密封油压差保持一定时，空、氢侧密封油的交换量与密封瓦的间隙的成正比。当密封瓦与发电机转子间隙增大，由于空、氢侧密封油之间不可避免的存在压差，密封油流量的增加将导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加，空侧密封油中携带的空气、水分等通过交换进入氢侧密封油中，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机氢气中污染氢气，降低氢气纯度。密封油量的增大将会造成静压回油管路不畅，发电机氢侧回油腔室（消泡箱）油位升高到超过轴颈最低位置时，将造成发电机进油。

3.2.10 发电机密封油温度高

密封油的粘度随油温的升高而降低，在同样的流通面积内，要维持一定的密封油压力，当密封油温度高时，就需要较大流量的密封油。同样密封油温度的升高，将导致密封瓦间隙增大，这同样需要增大密封油流量才能维持一定的密封油压力。这样要保证发电机内氢气不外泄，同样需要增大密封油流量来维持一定的压力。因此密封油温度过高将导致密封油流量增大，按照3.2.9条的分析，同样会引起发电机内氢气纯度下降或发电机进油。

3.2.11 排烟风机出力小

空侧密封油泵油源取自氢油分离器，氢油分离器的排烟风机主要作用是抽出空侧油中的微量氢气，以免氢气随润滑油回到主油箱。增大氢油分离器排烟风机的出力，使氢油分离器形成大的负压，使空侧油中的空气会同氢气一起被抽出，这样，将减少空侧密封油中空气含量，（发电机氢气污染主要是空侧密封油携带的空气等通过与氢侧密封油交换进入氢侧密封油，再通过氢侧密封油与氢气交换污染氢气），将减少氢气污染。

4 结束语

发电机密封油系统（GHE）的安全稳定运行关系到核电厂的经济效益，而且直接关系到发电机能否给与保障。因此在发电机密封油系统（GHE）的使用过程中，一方面要加强运行人的技术，深入的了解系统的性能特点，另一方面提高发电机密封油系统（GHE）的运行水平。对现有的问题加以重视，尽快解决，才能保证发电机密封油系统（GHE）及发电机组的安全稳定运行。

［1］秦山第二核发电机密封油系统(GHE)系统手册[S]．

［2］密封油系统对发电机氢气纯度的影响,李建业．

［责任编辑：朱丽娜］