1 机组概况

乌拉特发电厂4、5号机组为300 MW直接空冷发电机组，2006年投产。锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的1056 t/h自然循环汽包炉，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的NZK300-16.7/537/537 型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，发电机为哈尔滨电机厂生产的QFSN-300-2汽轮发电机。发电机冷却方式为定子绕组及引出线水冷，转子绕组定子铁心端部氢冷。

汽轮发电机冷氢温度是机组运行中重要的监视参数之一。规程要求发电机冷氢温度在40～45 ℃，每增加1 ℃，定子电流的允许值较额定值降低1.5%；在45~50 ℃，每增加1 ℃，降低额定值的2%；超过50 ℃时，每增加1 ℃，降低额定值的3%。降低发电机组定子电流，即降低机组负荷^[1]。

自2008年7月，当机组负荷从280 MW增长至300 MW时，4号机组发电机冷氢温度从40 ℃开始升高，最高升至48 ℃，机组被迫降负荷运行。而同类型的5号机组未出现类似问题。

汽轮发电机组通风冷却的原理为：氢气通过转轴汽、励两端护环外侧的单极浆式风扇在定子机座内密闭循环，发电机运行过程中，通过发电机机座两端顶部的氢气冷却器冷却，进行再循环。氢气冷却器为表面式冷却器，管外为氢气，管内接开式循环水。发电机正常运行时共有2组（4台）氢气冷却器，1台氢气冷却器额定水流量为100 m3/h，水侧额定入口压力为0.25 MPa，入口最低温度为20 ℃，出口最高温度为40 ℃。发电机通风冷却系统如图 1所示^{[1, 2, 3]}。

图 1

图 1 发电机通风冷却系统示意图

对4号发电机组冷、热氢参数（见表 1）进行分析，发现冷、热氢温度差在不同负荷、环境温度、氢气压力下变化都偏小，冷氢温度偏高，判断原因为氢冷却系统冷却效果差及发电机组通风冷却系统有问题。

表 1

表 1 4号发电机组冷、热氢参数测试值

表 1 4号发电机组冷、热氢参数测试值

3.2 原因分析 3.2.1 氢冷却系统冷却效果差

氢冷却系统冷却效果差的原因通常为氢气冷却系统出、入口阀门犯卡、开度不足，这类问题易造成循环水量不够，或氢气冷却器铜管内部脏污、结垢，从而导致冷却效果差。

3.2.2 发电机通风冷却系统有问题

定子铁心沿轴向分为9个风区，其中4个进风区，5个出风区，冷、热风区依次交错布置。出、入口风区的隔离通过丁腈橡胶密封，丁腈橡胶老化断裂、脱落都可能造成冷、热氢短路，热氢得不到冷却。氢气冷却器与接水盘及外壳之间的密封破损，也会造成冷热氢互窜、短路^[4]。

分别打开4台氢气冷却器循环水顶部排空阀，未发现有空气排出，说明氢气冷却器顶部不存在空气积聚。利用超声波流量计测量4、5号氢气冷却器循环水流量（入口阀门开度100%），测量结果见表 2。利用测温枪测量4、5号冷却器循环水出口温度（入口温度22 ℃），测量结果见表 3。对2次测试结果进行分析，认为4号机组氢气冷却器循环水流量足够，出、入口阀门开度足，不存在犯卡现象。而4号机组循环水温升偏小，说明氢气冷却器可能没有进行热交换，导致换热效果差。

表 2

表 2 氢气冷却器循环水流量 < t/h

表 2 氢气冷却器循环水流量

表 3

表 3 氢气冷却器循环水出口温度 ℃

表 3 氢气冷却器循环水出口温度

4.1.2 措施

将4号机组氢气冷却器从发电机上抽出，发现氢气冷却器铜管内部有少量填料及淤泥，轻微结垢，铜管外部有大量油污。采用氨基磺酸（质量分数3%~5%）加缓蚀剂乌洛托品（质量分数0.2%~0.4%）进行循环酸洗，采用边补水边排放的方式清洗，直至水呈中性且无明显污物，氢气冷却器铜管表面洁净，整个系统充满清水，结束冲洗。

将4号机组氢气冷却器从发电机顶部抽出，安排工作人员从该抽出孔进入发电机内部，检查发电机定子、转子密封风区，发现发电机定子密封风区内冷、热风之间直径为15 mm的密封胶条部分存在断裂、松动、脱落现象，造成氢气冷却系统冷、热氢气短路、互窜。对此将原有9个风区的旧密封胶条拆掉，对密封槽道进行清理打磨，将新密封条均匀压入槽内，保证胶条无翘起，表面无毛刺。

4.2.2 氢气冷却器密封处理将4号机组氢气冷却器从发电机上抽出后，发现氢气冷却器的顶部与底部外形结构相同，顶部结构见图 2，底部装有防止氢气冷却器漏水的接水盘（图 3），底部与接水盘之间的间隙通过底部中间的密封胶条与接水盘中间的凸台形成密封。密封胶条为直径3 mm、宽8 mm的普通耐油胶皮，多处已发生断裂，造成热氢未经过冷却直接由此处窜入冷风区。对此将氢气冷却器底部中间密封胶条更换为直径8 mm、宽12 mm的丁腈橡胶。

图 2()

图 2 氢气冷却器顶部

图 3()

图 3 接水盘

氢气冷却器顶部（图 2）与外罩（图 4）之间密封配合，保证冷、热氢不互窜。氢气冷却器顶部密封胶条装在中间位置，与外罩之间无法形成密封，起不到密封作用。对此将氢气冷却器顶部中间密封胶条拆除，在顶部两侧加装密封胶片，规格为直径8mm、宽10 mm的丁腈橡胶，与氢气冷却器外壳角钢密封配合，形成密封。操作时做到每条紧固螺栓紧固均匀，间隔不大于25 cm，密封胶皮高度超出边框5 cm^{[5, 6]}。

图 4()

图 4 氢气冷却器外罩

5 修后效果及注意事项

对4号机组氢气冷却器进行清洗，对氢气冷却器密封胶条进行更换后，机组重新启动，再未发生因冷氢温度高而降负荷的事件，保证了机组运行的安全性和经济性。建议在日常维护工作中，要经常对氢气冷却器结垢情况进行检查，发现有结垢及时进行清洗；每次大修时，都要更换发电机定子冷热风区和氢气冷却器密封胶条，以免橡胶老化脱落断裂造成冷、热氢互窜。