发电机运行中绕组和铁心会产生很多热量，为了避免温度过高而引发烧损事故，需要对发电机内部进行冷却。工业中常用的冷却剂有空气、水、氢气、油、氟利昂等，其中因H₂具有导热性好（导热系数是空气的8.4倍）、密度小、扩散快、冷却效果好，以及容易输送并可循环使用等优点，作为冷却剂得到了广泛应用^[1]。由于H₂具有易爆特性，H₂纯度的降低一方面会严重威胁机组的运行安全，另一方面还会影响机组发电的经济性，因此，发电机内部H₂纯度的控制十分重要。

内蒙古京隆发电有限责任公司的2台发电机组为上海电机厂有限公司制造的水氢氢冷发电机组，型号为QFSN-600-2，额定参数：电压20 kV，电流19 245 A，功率600 MW，功率因数0.9，转速3000 r/min。

发电机内H₂体积分数每降低1％，通风摩擦损耗约增加11％，如果H₂体积分数降至96%以下还易引发爆炸事故^[2]。因此，一旦出现发电机H₂体积分数下降问题，必须认真对待并及时处理。表 1为某月前10日内蒙古京隆发电有限责任公司2台发电机组H₂系统运行记录。

表1(Table 1)

表 1 机组漏氢量、漏氢率及补氢量记录

表 1 机组漏氢量、漏氢率及补氢量记录

通过对比表 1中数据可以看出，虽然2台机组的漏氢量均不大（说明发电机密封瓦的密封性能良好），但2号发电机的补氢量明显比1号发电机大。由于发电机内H₂体积分数需保持≥96%^[2]，2号发电机的补氢量较大表明发电机内H₂体积分数下降较快。

发现问题后，内蒙古京隆发电有限责任公司对2号发电机H₂体积分数下降快原因进行了仔细排查。一般情况下，造成发电机H₂体积分数下降快原因如下。

密封瓦与轴颈间隙大，会导致空氢侧密封油窜流量大，一部分空侧密封油通过密封瓦窜入氢侧回油控制箱，空侧密封油内所含的空气在消泡箱内析出，污染了H₂。同时，由于氢侧回油控制箱的回油量增加，导致油箱溢油浮子阀开启，连续排油至空侧密封油系统，最终在空侧回油密封箱中析出，被排烟风机排走。

从亨利定律可知，在一定温度下，溶于液体中的气体与从液体中离析的气体处于动态平衡状态时，单位体积液体中溶解的气体量与液体表面上该气体的分压力成正比^[3]。因氢侧密封油中所含的H₂或空侧密封油中所含的空气，在另一方所处空间内所占的分压力极低，所以油中的气体很容易在另1种气体环境中析出。

密封瓦与轴颈间隙需要结合机组检修工作进行调整，处理时应同时检查空侧回油管路的通畅性，尽量减小其阻力，以降低空侧向氢侧的漏流量。

由于在线测量仪表暂无法进行就地标定，我们采用便携式H₂纯度测量仪进行了检测。便携式H₂纯度测量仪刚经厂家检定合格，准确度较高。经过检测，2台发电机内各种气体的测量数据如表 2。

表2(Table 2)

表 2 发电机内各种气体体积分数测量数据

表 2 发电机内各种气体体积分数测量数据

从表 2中数据可以看出，便携式测量仪测量结果为2号发电机的H₂体积分数高于1号发电机，但在线仪表测量结果却相反。说明在线仪表的偏差较大，需要进行校核。

另外，2号发电机测量数据中，3种气体体积分数之和超过了100%，怀疑与仪器的测量原理有关（根据经验判断，其中的杂质气体应该是空气，主要成分有N₂和O₂），暂认为其测量的H₂体积分数是准确的。

现场观察发现，2号机组CO₂汇流排处接有CO₂气瓶，存在CO₂漏入H₂系统的可能。该气瓶沿程管道的各阀门均处于关闭状态，且根据就地压力表的指示判断管道内确无压力。为彻底排除CO₂气瓶对2号发电机H₂体积分数造成影响，现场对CO₂瓶进行了隔离观察。隔离后的测试数据未发生变化，试验结果说明氢气系统内没有外部气体混入，排除了其他气体进入发电机的可能。

根据其他采用类似系统发电机的运行经验，造成H₂体积分数下降速度快的可能原因还有：

（1） 空侧与氢侧供油或回油管道接反。这种情况下H₂体积分数下降速度极快，但根据现场试验数据判断，管道接反的可能性很小。

（2） 差压阀、平衡阀调节性能不良，导致密封油压力调节失常^{[4, 5]}。通过观察就地仪表（表 3为2台机组密封油系统的就地表计读数），表计显示均良好，此可能性也被排除。

表3(Table 3)

表 3 密封油系统就地表计读数

表 3 密封油系统就地表计读数

综合分析上述情况，可以确定空侧密封油向氢侧窜流是引起发电机内H₂体积分数下降快的主要原因。另外，2台机组的H₂纯度在线测量仪均存在较大误差，1号机组虽然未出现频繁排污补氢情况，但也存在氢侧回油控制箱连续排油的现象，说明同样存在较大的窜流（空侧向氢侧）。

针对发电机空侧密封油向氢侧窜流的问题，制订了以下治理、维护措施：

将2号发电机氢油差压由原来的85 kPa调整至75 kPa，以降低空侧供油压力；适当调整平衡阀，提高氢侧油压。

适当控制（限制）主油箱排烟风机和空侧回油密封箱排烟风机的出力，以增加空侧回油动力，减小空侧向氢侧的窜流量^[6]。调整主油箱排烟风机的出力时，应注意轴承漏汽量，以避免大量的轴封蒸汽进入润滑油系统。

适当关小溢油浮子阀开度，以提高氢侧回油控制箱的油位，增大氢侧回油阻力，降低空侧的窜流量^[7]。关小溢油浮子阀时，一旦发现阀门手轮处有大量外漏油而无法对系统进行部分节流，应迅速恢复浮子阀的原开度状态。

制订检修计划和处理方案，结合机组检修机会，检查了密封瓦和轴颈磨损情况，将密封瓦间隙调整至合理范围，更换、修复了密封瓦受损部位。1号、2号机组发电机密封瓦解体后，发现均有磨损现象，并且发现发电机定子存有油污。特别是2号发电机汽端密封瓦磨损尤其严重（根据现象分析主要为油系统内杂质磨损），这也是造成2台机组H₂体积分数低的主要原因。此次小修经过研磨和更换密封瓦后，H₂体积分数明显提高，且达到标准要求。

现场检查了空侧与氢侧供、回油管道连接情况，确认2号发电机密封油管路接法无错误。另外，应定期检查差压阀、平衡阀调节性能，发现密封油压力调节不正常应及时处理。

对于一些具有重要监督功能的在线测量仪表，应定期开展校验工作，保证仪器仪表的可靠性与投入率。

在查阅历史资料的过程中，发现机组补氢量的计算是以氢站数据为基准，而且仅以氢罐的压力变化作为计算依据，存在较大的偏差。建议今后按照发电机内部气体压力的变化进行补（漏）氢量计算，见公式（1）。

V—发电机容积，取值110 m³；

Pe—当地大气压力，取值0.087 MPa；

Pb—标准大气压，取值0.1 MPa；

P1—发电机内部初始压力，MPa；

P2—发电机内部终止压力，MPa；

t0—参考温度，取值273 K；

t1—发电机初始冷氢温度，K；

tj—发电机终止冷氢温度，K；

tb—环境温度，取值293 K。

发电机空侧密封油向氢侧窜流是引起H₂体积分数异常下降的常见原因。经过仔细分析与跟踪治理，内蒙古京隆发电有限责任公司2号发电机H₂体积分数下降快的问题得到解决，治理措施可供其他采用双流环式密封瓦的发电机组借鉴。