定子冷却水电导率增大的原因分析及改进措施

马岩昕

(黑龙江华电齐齐哈尔热电有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

1 定子冷却水系统的组成及作用

(1)发电机定子冷却水系统主要包括定子冷却水箱(1个)、100%容量的定子冷却水泵(2台)、100%容量的水-水冷却器(2台)、离子交换器(1台)、压力调节阀、温度调节阀和水过滤器等设备和部件以及连接各设备、部件的阀门和管道等。

(2)定子冷却水系统的主要作用。

1)采用冷却水通过定子绕组空心导管的方法从定子绕组吸取热量。

2)采用水冷却器带走冷却水的方法将定子绕组损耗产生的热量带出发电机。

3)系统中设有过滤器以除去水中的杂质。

4)系统中设有补水离子交换器，以提高补水的质量。

5)利用监测仪表仪器等设备对冷却水的电导率、流量、压力及温度等进行连续的监控。

6)具有定子绕组反冲洗功能，提高定子绕组冲洗效果。

2 定子冷却水电导率增大的危害

某电厂300 MW机组发电机型号为QFSN-300-2-20，定子绕组采用水内冷方式。从2007年1月开始，#2机组的发电机定子冷却水电导率异常升高，最高达到11 μS/cm，严重影响发电机的安全运行。

(1)定子冷却水电导率升高，说明水中杂质比较多，引起较大的泄漏电流，加速引出水管老化，过大的泄漏电流会导致发电机相间发生故障。

(2)定子冷却水系统为一独立而封闭的自循环系统。冷却水循环运行一段时间后，由于与金属部件及空气接触，水质会逐渐下降。若不进行及时处理，其中的杂质会不断沉积造成循环管路堵塞，阻碍冷却水的循环，影响散热。水质劣化引起电导率增大会影响发电机相关部件的绝缘效果，主要是影响发电机定子绝缘，可能会引起较大的泄漏电流，从而使绝缘引水管老化，导致发电机相间闪络，甚至破坏发电设备，造成不可想象的后果。

3 定子冷却水电导率增大的原因分析

(1)定子冷却水离子交换器树脂失效。

(2)定子冷却水冷却器泄漏。

(3)定子冷却水箱密封不好，空气中的CO2溶于定子冷却水中，会导致pH值偏低，从而使电导率增大。空气中的氧气溶于定子冷却水中，与发电机铜导线发生化学反应，引起冷却水中铜离子含量增加，使定子冷却水的电导率增大。

(4)定子冷却水pH值过高，会造成管道和定子线棒空心铜导线的腐蚀(碱性腐蚀)。铜离子有一个稳定区域(pH值为7～10)，超过这个区域也会造成定子冷却水铜离子超标，导致电导率上升。

(5)定子冷却水计量加药泵工作失常。

4 定子冷却水电导率增大的原因排查及改进措施

(1)定子冷却水离子交换器树脂失效。检查进入离子交换器的水电导率在9 μS/cm时，离子交换器的出水电导率为0.15 μS/cm，离子交换器压力损失为85 kPa，说明交换树脂没有失效，但仍然对离子交换器树脂进行了更换，使离子交换器的出水电导率降为0.05 μS/cm。

(2)定子冷却水冷却器泄漏。分别对定子冷却水冷却器进行查漏，确认定子冷却水冷却器没有漏泄。

(3)定子冷却水箱存在不密封的现象(如内冷水箱的溢流管)。空气中的CO2溶于定子冷却水中造成pH值降低，从而使电导率增大。空气中的氧气溶于定子冷却水中，与发电机铜导线发生化学反应，引起冷却水中铜离子含量增加，使定子冷却水的电导率增大。在检查中发现定子冷却水箱上部没有设置密封。将定子冷却水箱上部设置充氮密封，水箱上部空间保持微正压，保持氮气压力不超过100 kPa，使定子冷却水箱内的水与空气隔绝。将#2机组定子冷却水箱溢流管改为U状形成水封并进行密封。

(4)在检查中发现定子冷却水pH值达到12，将加药泵进行调节，使定子冷却水pH值保持在9左右。

上述措施虽然可使定子冷却水的电导率合格，但需要较长时间。一旦定子冷却水电导率不合格，为保证定子冷却水电导率尽快合格，一般要对定子冷却水箱连续进行补排水，除盐水浪费极大，经济性差，虽然排水可回收到凝汽器，但腐蚀下的铜增加了给水的杂质。如将除盐水改为补凝结水，虽然可以提高pH值，但凝结水电导率不稳定(常因凝汽器泄露而突然升高)，系统安全性差。

(5)为了彻底解决定子冷却水系统存在的问题，2007年3月，对#2机组发电机定子冷却水系统进行了改造，增加了1台超净化离子交换器。超净化离子交换器规格为ø 700 mm×2 000 mm，材质为不锈钢。超净化离子交换器内采用特制的高性能树脂，采用特殊的预处理工艺措施后，大幅度降低了树脂中低聚物的含量，提高了树脂的再生度，能保证出水各项指标合格，树脂不需再生，免维护，可消除小混床再生失败后污染水质的隐患，安全、可靠性高。在交换器的出入口各安装1台树脂捕捉器，确保在各种工况下均不漏树脂。其次，定子冷却水系统水质极易遭受外界灰尘及CO2等杂质污染，加装的防尘、防污染呼吸装置可提高水质，确保水的pH值不因受到CO2的污染而下降。安装电导率和pH值在线测试仪表，可随时直接读出系统冷却水和超净化离子交换器出水的电导率和pH值，方便连续检测。

5 改造后的效果

#2机组发电机定子冷却水系统项目于2007年4月完成改造，经过7 d的调试，试运后1个月定子冷却水系统水质与前期发生了较大变化，具体见表1。

表1 改造前、后电导率、pH值、铜离子质量浓度对比

6 经济性比较

(1)#2机组发电机定子冷却水系统增加了1台超净化离子交换器，大约需35万元。改造前运行方式为连续换水，换水量为5t/h。每天按换水12h、除盐水成本5.00元/t计算，则每年浪费10多万元。

(2)定子冷却水连续换水还带来一些问题。

1)凝结器输送泵必须运转，厂用电率高。

2)由于凝结器输送泵运转，补入凝汽器的除盐水瞬间流量太大，又带来凝结水溶解氧不合格的问题。

3)改造后上述问题得以解决，最主要是解决了发电机的安全运行问题。而该系统实际运行近3年，由于运行时间较长，为防止影响水质，对树脂进行了更换，一次花费2.7万左右，维修费用较低，维护工作量较小。

7 结论

据进一步了解，国内多家供热机组在试运行阶段或投入商业运行后，由于定子冷却水水质不良引起的事故逐步增加。通过改造定子冷却水系统，使定子冷却水各项水质指标均达到要求，腐蚀情况得到明显遏制并在节水方面取得较好经济效益，可为国内同类型机组内冷水的处理提供借鉴。

［1］华中电网有限公司培训中心.300 MW火电机组集控运行［M］.北京:中国电力出版社，2005.