一起内部氢爆遗留问题造成发电机测温接线板漏氢起火的案例分析
近年来发电机严重漏氢引发的氢爆事故时有发生，其危害十分巨大。大唐华中电力试验研究院的研究人员张晓鹏，在2020年第3期《电气技术》杂志上撰文，结合一起发电机测温接线板处严重漏氢并导致起火的案例，分析了故障产生的原因及其发展过程，介绍了发电机测温接线板漏氢的各种处理方案，并对以后发电机漏氢故障发生时可采取的应急处理方式和运行中的风险控制措施提出一些经验和建议。
严重的漏氢故障是发电机设备、乃至整个发电厂恶性事故主要原因之一，一旦处置不当就会导致氢爆，造成发电机转子、定子损坏，甚至造成厂房损毁、人员伤亡等，危害十分巨大。虽然当前发电机在线监测设备可靠性不断提高，发电厂的管理水平和安全意识也在不断提升，但近年来发电机严重漏氢引发的氢爆事故仍时有发生。
本文结合一起发电机严重漏氢并导致起火的案例，说明了测温接线板处的密封结构，分析了故障产生的原因及其发展过程，介绍了发电机测温接线板漏氢的各种处理方式，并对以后发电机漏氢故障发生时可采取的应急处理方式和运行中的风险控制措施提出一些经验和建议。
1 故障过程
2015年4月12日06:00，某电厂4号发电机计算漏氢量达到59.6m3/d，检查发现励端测温接线板处有火苗（如图1所示），判断为该处泄漏的氢气引燃所致，果断打闸停机，在临时采取外部封堵措施处理后起机运行2天，然后停机更换了全部9个测温接线板。
1.1 设备概况
某4号发电机为东方电气集团东方电机厂生产，型号为QFSN-350-2-20，额定功率350MW，2010年投运。该发电机共设置有9个测温接线板，其中励端3个，汽端6个。
此次漏氢引起燃烧的是励端的7号、9号测温接线板（7、8、9号测温接线板均用于引出备用测点，未接入DCS系统）。该发电机2014年7月置换氢气过程中内部发生了1次局部氢爆，随即进行了一次抽转子大修，修后按照标准进行了相关检查和试验（包括发电机整体密封试验），合格后投入运行。
图1 励端测温接线板处火苗
1.2 停机前机组运行情况
故障发生前机组负荷310MW，各测点温度显示正常，近阶段每日漏氢量计算结果见表1。
表1 4号发电机每日漏氢量计算结果
从4号发电机运行中漏氢量计算结果看，该机自2015年1月份开始出现漏氢量超标的现象，3月5日至4月5日间漏氢量增大至20.6m3/d，此后漏氢量逐级增大，直至停机前的59.6m3/d，远超标准要求的10m3/d。4月5日至10日期间，电厂数次用手持式漏氢检测仪进行查漏，发现多个测温接线板及端盖密封面等处漏氢，检测氢气浓度最大的是9号测温接线板，超过1000L/L，但由于机组所带负荷十分重要，因此未立即停机检查。
1.3 停机后现场检查情况
1）励端测温接线板布置情况
励端3个测温接线板分别为7号、8号和9号，均布置在发电机励端侧面，相互间距离30cm左右，布置方式如图2所示。
图2 励端3个测温接线板布置方式示意图
2）停机后初步检查情况
停机后现场初步检查情况如下。
（1）7号测温接线板机外引出线表面绝缘套管已全部被烧焦（如图1所示），喷涂肥皂水后发现，该测温接线板中心孔内有连续气泡冒出，同时漏氢检测仪在该处检测时报警并超过量程（1000L/L）。
（2）9号测温接线板与机座密封垫橡胶垫有一处裂纹，位于测温接线板法兰11点钟位置，手在该处可感觉到氢气泄漏的气流，用便携式漏氢检测仪在该处检测时报警并超量程；该接线板与机座把合螺栓及接线板自身装配螺栓发现明显松动。
（3）用便携式漏氢检测仪检测汽、励两端除7号和9号外其余各测温接线板区域均发现报警，同时用扳手复紧其余各测温接线板与机座把合螺栓均能够不同程度拧紧。
3）初步处理后各测温接线板复检情况
将该发电机测温接线板的螺栓全部拧紧后再次检查，发现9号测温接线板法兰和螺栓位置以及7号测温接线板中心孔位置仍然存在漏氢，最大值仍超过1000L/L，其他测温接线板未再发现漏氢。
2 故障原因分析
综合机组运行数据和现场检查情况分析如下：
1）根据4号发电机每日漏氢量计算结果看，该发电机漏氢量从2014年12月27日的5.2m3/d逐步增大，最终在2015年4月12日达到59.6m3/d，总体上是渐进式发展的过程。
2）根据该发电机7号、9号以及其他7个测温接线板存在不同程度漏氢的情况判断，此次故障主要是由于2014年7月发电机内部氢爆过程中，机内氢气压力突增，内外压力差远超正常值，此时测温接线板由于受力面积较大，因而承受了很大的冲击力，在运行一段时间后螺栓逐渐开始松动，最终导致密封圈变形、破裂，使得氢气泄漏量逐步增大，这一判断与每日漏氢量计算结果完全吻合。
3）综合分析认为，前期各测温接线板逐渐出现松动，因此漏氢量逐渐增加，直至9号接线板密封垫变形并出现裂纹，致使漏氢量突增，大量氢气聚集在机座与外侧接线端子排间的空间内，然后透过接线端子排向外逸出。氢气着火的原因可能是混有液相、固相粒子的氢气喷出时携带静电，在喷出后放电引燃氢气，或者由于附近测温元件接点接触不良、构架等金属件上积存的静电等产生放电引燃氢气等。
不断泄露的氢气使火苗能够持续燃烧，烧焦了7号测温接线板外侧引出线绝缘，该部分线芯受热后将热量传导至嵌装在接线板中的插针，插针过热后使与之紧密接触的、起主要密封作用的胶皮（该处密封结构如图3所示）损伤，该处密封逐渐失效，导致7号接线板中心孔开始大量漏氢。
图3 测温接线板中心孔密封结构示意图
3 故障处理过程
3.1 应急处理方案的制定与实施
根据以往的处理经验，对于测温接线板及类似部位的漏氢问题，常规处理方案一般有3种：
①第1种方案是排氢后打开人孔进入发电机，整体更换漏氢的测温接线板，然后充氢起机，此方案大约需要4d；
②第2种方案是排氢后从机内用堵漏胶封堵测温接线板各密封面，然后充氢起机，此方案大约需要2d；
③第3种方案是先降低机内氢压至正常大气压力，使漏点处内外压力平衡，然后用堵漏胶在机外对漏点进行封堵，等胶固化并与壳体粘接牢固后，再将氢气压力补至额定氢压。
第1种方案最为稳妥，能够使缺陷得到彻底处理，机组恢复正常运行；第2种方案为临时处理方案，处理效果好的情况下可以使机组坚持运行数天甚至数月；第3钟方案较少采用，在应急处理时应慎重考虑。
由于局域网调度原因该机组必须在4月13日起机，同时该电厂制氢站氢气储量不足，无法满足发电机排氢后再充至额定氢压（0.4MPa）的要求，因此上述3种方案均无法采用。在此情况下，电厂采取了从测温接线板外部用金属修补剂进行带压堵漏的方案，同时准备起机后降低发电机内部氢压至0.2MPa左右、控制机组负荷在150～180MW区间运行，以减小机组运行中漏氢量，并降低外部堵漏胶开裂的风险。
处理过程中，首先将发电机氢压降至0.13MPa左右，然后采用金属修补剂反复对7号和9号测温接线板进行带压堵漏（封堵情况如图4所示），随着不断的封堵，漏氢量逐步减小。随后将氢压补至0.2MPa，起机运行，机组带负荷155MW左右。
运行中保持发电机区域通风良好，设置安全围栏，扩大禁止动火作业范围，密切监视氢压及各部位温度，并在7号和9号测温接线板处悬挂漏氢监测仪并进行远距离监视，做好随时打闸、迅速排氢等风险预案。连续2天该发电机每日漏氢量维持在10m3/d左右，至4月15日停机检修。
图4 励侧7号测温接线板（上侧）和9号测温接线板（下侧）封堵情况
3.2 停机检修处理措施
1）由制造厂对发电机定子、转子各部位进行全面检查，整体更换全部的测温接线板以及外部烧损的端子排和引线，全面核对从各测温元件至DCS的全部回路，确保机内测温线连接正确、捆扎牢固。
2）考虑到目前测温线端子箱直接固定在测温接线板外侧机座筋板上，完全覆盖了测温接线板，因而无法对测温接线板进行检漏，一旦发生故障时不便于实施封堵；同时智能前端箱与测温接线板距离较近，智能前端箱和端子排上接点较多，可能会产生微小的火花，存在安全隐患。因此应对其布置方式进行调整，移至6.3m平台。
3）发电机检修结束后、重新起动前进行了内冷水系统水压试验、整体气密试验，确保发电机内冷水系统以及整体的密封性能合格。
4 结论
从运行情况来看，此次故障发生前3个月时间里机组日漏氢量超标而未查明原因，同时该发电机之前在氢气置换过程中内部发生局部氢爆，这充分暴露出该厂运维管理不到位，人员技术水平不足、安全风险辨识能力不强，导致主设备缺陷长期得不到处理。
同时也使我们认识到：
①当发电机内部氢爆或由于其他原因导致内部压力突增时，测温接线板和端盖等面积大的部件会承受很大冲击力，故障后必须对可能承压的部位进行全面的检查和处理，否则可能会在后续运行中发生漏氢；
②当发电机漏氢起火并形成持续燃烧的火苗时，在没有其他特殊危险的情况，可以考虑暂不灭火，如果灭火后没能及时堵住漏点，在通风不足时，持续泄露的氢气会在厂房内不断集聚，就可能发生氢爆，因为许多资料都表明，即使没有明火，厂房内的发电机滑环、控制电缆、电源箱、金属构件等也不可避免地存在细微火花或静电放电现象，只要火花或静电放电能量大于0.02mJ就有可能引爆任何在爆炸极限范围（体积浓度4%～75%）内的氢气。