600 MW发电机定子线棒层间温度高的原因分析及处理措施

谢子浩

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519000)

0 引言

在现代大型火力发电机组中，600MW发电机一般采取水－氢－氢的冷却方式，利用除盐水来冷却定子线棒，而铁芯和转子则是靠发电机内部循环流动的氢气来带走其产生的热量。近年来，由于定子冷却水质不达标而导致发电机定子线棒温度高的故障时有发生，对发电机的正常运行提出了严峻的考验。一方面，对除盐水是冷却发电机线棒的良好介质;另一方面，除盐水的水质要求很高，若除盐水系统密封不严会导致O2，CO2漏入，使除盐水含氧量增加、pH值降低。定子空心铜导线在含氧量偏高的环境下容易发生腐蚀，生成的氧化物会附着沉积在线棒内，长期运行会引起定冷水回路堵塞，导致发电机部件升温、绝缘老化，严重时会烧损接头，造成巨大的经济损失。因此，做好发电机线棒异常温升的防范措施及事故预想，对发电机的安全、经济运行有重大的意义。

1 发电机定子线棒层间温度高的现状

JW电厂#3发电机系上海电气电站设备有限公司上海发电机厂2006年生产的水－氢－氢型汽轮发电机，2007年2月18日通过168 h试运行后正式投运。投产至今，定冷水入口压力呈缓慢上升趋势，各层间温度差值最高达6.7℃左右(报警值为8.0℃，跳闸值为12.0℃)。2010年12月14日，#3发电机B级检修并网后，发电机定子槽内#10槽层间温度偏高且有逐步上升趋势，与其他41个层间温度的差值逐渐拉大，最后达10℃，超过报警值。

热工人员对#10槽层间温度测点的热电阻进行测量后发现，该点的电阻值偏大，排除了存在测量误差的可能性。因为在启机并网前该测点温度与其他41个层间测点温度是基本一致的，随着负荷的增加温差逐渐变大，因此，由于测温元件内部连接线接触不良或接触面氧化导致阻值偏大的可能性不大。小修前、后JW电厂#3发电机定子#10槽温度对比见表1。

2 发电机定子线棒层间温度高的原因分析

从表1可以看出，#3发电机#10槽上层线棒出水温度较修前升高了3℃，下层线棒出水温度则无明显变化。从#3发电机小修期间的超声波水流量试验结果可以发现，#10槽上层线棒的水流量较平均水流量偏低了11%，表明上层线棒有堵塞现象。因为线棒出水的测温元件是点焊在汇水管与绝缘引水管的连接处的接头外壁上再包裹保温层的，因此，只能间接测得线棒的出水温度，对水温变化的灵敏度未必赶得上层间测温元件，所以#10槽的上层线棒出水温度上升幅度并无层间温度的上升幅度大。

表1 小修前、后JW电厂#3发电机定子 #10槽温度对比

查看#3发电机定冷水历史记录，在定冷水流量相对稳定的情况下，定冷水泵出口压力逐年上升(见表2)。在过去几年里，每逢大、小修都对#3发电机定冷水系统进行正、反冲洗，冲洗后定冷水泵出口压力有所下降，但总体上升趋势还是不变。

表2 #3发电机定冷水流量及压力记录

2010年10月，临时检修期间对发电机定冷水系统进行检查，发现锥形滤网处有深色附着物(如图1所示)，因为锥形滤网的孔眼较大(约2mm)，因此，部分沉积物已进入定子线棒中。从锥形滤网中取出的沉积物呈泥絮状，有较强黏性，如进入定子线棒内部，极易附着在空心导线的内壁上。定冷水泵过滤器B滤芯也有黑色附着物(如图2所示)，进行取样分析后，确认黑色附着物成分为氧化铜(约80%)、氧化铁(约18%)及微量有机物。因此，#3发电机#10槽层间温度高的原因可以断定为定子线棒堵塞。

图1 锥形滤网处的深色附着物

3 发电机定子线棒堵塞原因分析

图2 定冷水泵过滤器B滤芯处的黑色附着物

JW电厂的发电机线棒由实心铜导线和空心铜导线构成，其中空心铜导线除了导流外还用于通水冷却，空心导线的开口尺寸为1.5 mm×4.0 mm(长×宽)，如果空心铜管内壁发生氧化腐蚀，很容易使管内的过流截面积减小，从而降低冷却水的流量，甚至堵塞线棒内空心铜管。

定冷水系统的正常补水由除盐水系统或凝结水补水系统供给。除盐水作为冷却水源的优点是水质纯净、含盐量低、内冷水系统电导率小;不足之处是除盐水系统及凝结水系统是开放式运行方式，除盐水箱及凝结水补水箱中的水与大气直接接触，空气中的O2，CO2等进入内冷水中，使内冷水成为含氧的微酸性水，对空心铜导线有强烈的腐蚀性。

而且JW电厂定冷水系统通过阴、阳离子交换器，把水中的Ca2+，Mg2+，Cu2+与树脂中的交换基团进行H+交换。该处理方法虽然能够达到净化定子冷却水水质的目的，使内冷水电导率维持在合格范围内，但水经小混床离子交换后，水中H+含量增多，使水质pH值降低。水质化验结果显示，定冷水的pH值大多处在6.5左右，呈弱酸性，不符合DL/T 801—2007《大型发电机内冷水质及系统技术要求》的规定。该标准规定容量为200 MW及以上水内冷绕组汽轮发电机的内冷却水水质标准为:电导率(25℃)≤2.0 μS/cm、铜离子的质量浓度 ＜40 μg/L、pH 值 (25 ℃)为 8.0 ～ 9.0、硬度 ＜2.0 μmol/L、溶氨量 ＜ 300 μg/L、溶解氧的质量浓度≤300 μg/L。

据有关资料介绍，铜、铁金属在水中遭受腐蚀的程度是随着水溶液pH值的降低而增大的，水溶液pH值达8.0左右时是铜铁腐蚀的钝化区(如图3所示，纵坐标为对数坐标)。

JW电厂定冷水pH值长期保持在6.5左右，铜管的腐蚀速度极大，生成的部分氧化物附着在空心铜导线的内壁上。氧化铜为顺磁物质，在发电机端部磁场力不均匀的地方(线棒端部)受强磁场力的作用，易聚集成团并沉积下来，这是定冷水流量下降、压力上升的主要原因。

图3 铜的腐蚀速率和pH值的关系

4 发电机定子线棒堵塞的解决措施

为了解决定子线棒堵塞引起层间温度高的问题，决定对定子线棒进行化学清洗。清洗范围包括定冷水水箱、冷却器、过滤器、线棒及所连接的管道和配件。

清洗步骤和工艺:

(1)酸洗。按定冷水操作票往水箱注水，水位维持在450～550 mm，向发电机缓慢注水排气，发电机满水后逐渐将发电机供水压力升至0.40～0.45 MPa(流量为100 t/h)进行循环;退出发电机氢冷器和氢冷器冷却水，加热定冷水至60℃后，在水箱人孔处加入缓蚀剂，待缓蚀剂充分溶解后，向系统内加入配好的柠檬酸溶液同时加氨水调节pH值，控制柠檬酸体积分数在2.0% ～3.0%、pH值在3.0～3.5。为了确保线棒不受冲刷腐蚀，应控制线棒内清洗液流速不大于1 m/s，所以，酸洗配药完成后，系统流量应调整为50 t/h。酸洗过程中每隔10 min对发电机定冷水进、回水水样的柠檬酸体积分数、温度和pH值进行测试，每20min测1次铜离子的质量浓度(适当稀释)，测试数据连续3次稳定后即可判断为清洗终点。酸洗过程中铜棒腐蚀速率不大于2 g/(m2·h)。

(2)水冲洗。酸洗结束后，重新启动定冷水系统进行循环冲洗，冲洗至水质pH值大于4.5。

(3)漂洗钝化。水冲洗合格后，按定冷水操作票往水箱注水，水位维持在450～550 mm，向发电机缓慢注水排气，发电机满水后逐渐将发电机供水压力升至0.40～0.45 MPa(流量为100 t/h)进行循环，退出发电机氢冷器和定冷水冷却器冷却水，加热定冷水至40℃后，在水箱人孔处加入磷酸三钠和氨水，控制磷酸三钠质量分数在0.2% ～0.3%、pH值在11.0左右，漂洗钝化2 h结束。

(4)水冲洗。漂洗钝化结束后，重新启动定冷水系统进行循环冲洗，冲洗至铜离子的质量浓度≤200 mg/L，投运小混床，调大流量，直至水质达到运行标准。

#3发电机的定冷水系统管路进行清洗后，定冷水在额定流量(105 t/h)下的进水压力由0.41 MPa降至 0.34 MPa，进、出水压差由 0.32 MPa 降至 0.27 MPa，冲洗效果比较明显。为避免出现重复启、停机的情况，利用短路试验进一步验证定冷水系统化学清洗的效果:当发电机定子电流升至额定值19 148 A时，#10槽线棒层间温度与其他41个层间温度的最大温差为2℃，较清洗前已有明显改善。因此，此次#3发电机定冷水系统清洗已达到预期效果，故障消除。

5 结束语

水内冷发电机定子线棒层间温度高的原因有很多，而线棒堵塞是其中一个重要原因，机组运行中应密切关注定冷水系统的工况，设法将pH值控制在7.0 ～9.0(25 ℃)［1］。当定冷水泵出口差压逐渐升高时，应重点关注是否有异物堵塞:如果是外来杂物引起的，要及时清理;如果是氧化物积聚引起的，则需要进行化学清洗。定子线棒的化学清洗可有效清除积聚的氧化物，提高线棒的水流通量，消除局部温度高的故障。因此，改善定冷水水质对于发电机安全运行有重要意义，运用有效的优化手段对定冷水系统进行保养，才是防止线棒堵塞的根本措施。

［1］DL/T 801—2007，大型发电机内冷却水质及系统技术要求［S］.