600 MW發(fā)電機定子線棒溫差偏大的原因分析及對策

錢和平，方昌勇

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 蘭溪 321100）

發(fā)電機定子線棒溫度過高會造成定子繞組局部過熱，甚至燒毀發(fā)電機。近年來，隨著大容量、高參數(shù)的大型發(fā)電機組相繼投入運行，發(fā)電機定子線棒溫差控制成為許多發(fā)電廠的難題之一。根據(jù)國電發(fā)[2000]589號文《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》的規(guī)定：定子線棒層間最高與最低溫度間的溫差達(dá)8℃或定子線棒引水管出水溫差達(dá)8℃時應(yīng)報警并及時查明原因，此時可降低負(fù)荷。定子線棒溫差達(dá)14℃或定子引水管出水溫差達(dá)12℃，或任一定子槽內(nèi)層間測溫元件溫度超過90℃或出水溫度超過85℃時，在確認(rèn)測溫元件無誤后，應(yīng)立即停機。

1 產(chǎn)生定子線棒溫差的原因

浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱蘭電公司）共有4臺600 MW發(fā)電機組，發(fā)電機型號為QFSN-600-2C型水氫氫發(fā)電機，為東方電機廠制造，發(fā)電機的定子槽數(shù)為42槽，每槽放置上下兩層繞組，水內(nèi)冷的定子繞組由實心股線和空心導(dǎo)線交叉組成，定冷水箱為開放式。2006年首臺機組投入商業(yè)運行以來，1號、2號發(fā)電機相繼出現(xiàn)了定子冷卻水流量下降、定子線棒層間溫差偏高、定子線棒冷卻水出水溫差偏高的問題。

1.1 定子繞組結(jié)構(gòu)

蘭電公司600 MW發(fā)電機定子繞組的結(jié)構(gòu)如圖1所示。冷卻水從發(fā)電機勵磁側(cè)總進水匯流管通過聚四氟乙烯絕緣引水管流入定子繞組，再從引水管流入總出水管。上層和下層繞組均有獨立的水支路，共有42個并聯(lián)的繞組水支路，另有6路冷卻水從勵磁側(cè)的總進水匯流管進入，通過絕緣引水管流經(jīng)繞組端部連接線、主引線、出線瓷套端子和中性點母線后，進入出線盒中的小匯流管，再流入汽輪機側(cè)總出水匯流管流回定子水箱。

圖1 發(fā)電機定子繞組結(jié)構(gòu)

在近汽輪機側(cè)定子槽部上下層繞組之間每槽埋置1個電阻測溫元件，共42個Pt l00鉑電阻測溫元件，以監(jiān)測繞組層間溫度。在汽輪機側(cè)的每個上下層繞組出水接頭處安裝測溫?zé)犭娕急O(jiān)測出水溫度，共有42個Pt 100熱電偶。

1.2 定子線棒溫差的產(chǎn)生

引起發(fā)電機定子線棒層間溫差大、定子繞組出水溫差大的原因有：發(fā)電機定子繞組過熱、測溫元件故障、內(nèi)冷水銅導(dǎo)線腐蝕等。由于發(fā)電機定子鐵芯溫度、定子線棒層間溫度和定子空芯銅導(dǎo)線出水溫度均可監(jiān)視，發(fā)電機定子繞組過熱和測溫元件故障都可以通過檢查分析加以排除。發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)因水質(zhì)原因引起銅導(dǎo)線腐蝕，腐蝕產(chǎn)物堵塞內(nèi)冷水支路，從而引起溫差偏大，是國內(nèi)外普遍存在的問題。

蘭電公司1號發(fā)電機2005年10月出廠，至2008年5月20日，發(fā)電機定子線棒層間溫差最大達(dá)到12℃，層間溫度第39點高達(dá)68.2℃，線棒出水溫度與層間溫度最高點位置相對應(yīng)，其對應(yīng)的定子鐵芯未出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。儀控人員對測溫元件進行校驗，結(jié)果均正常。由此可排除定子繞組過熱或測溫元件故障引起發(fā)電機定子線棒層間溫差偏大的可能。

在定子線棒層間溫差偏大的同時，內(nèi)冷水系統(tǒng)流量也有所下降。在額定負(fù)荷時，內(nèi)冷水流量由機組投運時的90 t/h下降到81 t/h，根據(jù)這個現(xiàn)象判斷發(fā)電機內(nèi)冷水空芯銅導(dǎo)線、絕緣管內(nèi)壁可能存在銅腐蝕結(jié)垢，因腐蝕產(chǎn)物堵塞管路，從而引起發(fā)電機定子線棒層間溫差偏大、出水溫差偏大、定冷水流量變小。在1號機組檢修時，對發(fā)電機定子線棒進行割管內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)定子線棒內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，所有空心導(dǎo)線均有不同程度的堵塞。

1.3 發(fā)電機內(nèi)冷水管路腐蝕堵塞的原因

內(nèi)冷水管路腐蝕與水質(zhì)關(guān)系密切，在內(nèi)冷水水質(zhì)參數(shù)中，令銅在水中腐蝕的主要影響因素是溶解氧和pH值，降低內(nèi)冷水中的溶解氧濃度和提高內(nèi)冷水的pH值是減少管路腐蝕的關(guān)鍵。

1.3.1 銅的溶解度與pH值的關(guān)系

銅材料的溶解度（即腐蝕速度）與pH值的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 銅的溶解度與pH值關(guān)系

從圖2可看出：pH值在6.5～7時，銅的腐蝕速率仍較高；pH值在8～9時，腐蝕速率才達(dá)到最小。改造前，機組內(nèi)冷水的pH值離線測量約為6.5，不在銅材料腐蝕速度最小的區(qū)間。

1.3.2 有氧與貧氧情況下溶解度與pH值的關(guān)系

在富氧（內(nèi)冷水箱開放）和貧氧（水箱密閉充氮）運行方式下，發(fā)電機水系統(tǒng)銅的溶解度與pH值的關(guān)系見圖3。

圖3 貧氧與富氧時銅的溶解度與pH值關(guān)系

從圖3可看出，內(nèi)冷水系統(tǒng)貧氧運行比富氧運行狀況要好得多。通過調(diào)研和對比發(fā)現(xiàn)：機組水箱為密閉運行，其定子線棒層間溫差小于開放運行，大部分電廠對溶氧量指標(biāo)還沒有引起足夠重視，也未對該參數(shù)進行持續(xù)測量和調(diào)整。冷卻水中溶解氧質(zhì)量濃度小于20 μg/L或大于2 mg/L時，銅的腐蝕速度都很小。正常大氣環(huán)境下，水中氧質(zhì)量濃度一般為1.4～3.2 mg/L，貧氧運行條件下冷卻水系統(tǒng)與大氣隔絕不好或補給水（除鹽水）中含氧都會引起水中含氧超過30 μg/L。此外，發(fā)電機在停用及檢修期間，空心銅導(dǎo)線內(nèi)表面處于潮濕的大氣環(huán)境下，空氣中的二氧化碳和氧氣也會導(dǎo)致銅表面氧化膜嚴(yán)重?fù)p壞。

2 定子線棒層間溫差異常的處理辦法

從上述分析可知，定子線棒層間溫差偏大主要由銅導(dǎo)線腐蝕產(chǎn)物堵塞管路引起，而銅導(dǎo)線腐蝕主要由內(nèi)冷水水質(zhì)不佳引起。因此，解決溫差偏大的問題需要分兩個步驟：第一步是消除腐蝕產(chǎn)物；第二步是改善內(nèi)冷水水質(zhì)，防止再次引發(fā)銅導(dǎo)線腐蝕產(chǎn)物堵塞管路。

2.1 消除內(nèi)冷水管路中的腐蝕物

要消除內(nèi)冷水管路中的腐蝕物，主要可采用變流量沖洗、反沖洗等手段，變流量沖洗和反沖洗對于沖刷管壁上的腐蝕物會有一定的效果，但對于銅導(dǎo)線及絕緣管內(nèi)壁的彎角處，沖洗效果不明顯，需要利用其它方法才能徹底清除。由于內(nèi)冷水管路的材料為銅，腐蝕的主要產(chǎn)物為氧化銅，根據(jù)氧化物遇酸液會反應(yīng)溶解的原理，可采用酸洗方式來徹底清除淤積堵塞的氧化銅。

2.2 消除定子線棒溫差上升

要徹底消除定子線棒溫差隨運行時間增加而增大的情況，必須將內(nèi)冷水管路的腐蝕降到最低程度。從圖2可以看出，內(nèi)冷水管路腐蝕與內(nèi)冷水的pH值密切相關(guān)，目前通過內(nèi)冷水水質(zhì)調(diào)節(jié)防腐的主要方法有：內(nèi)冷水添加銅緩蝕劑法、內(nèi)冷水pH值調(diào)整法和氧量調(diào)節(jié)法，其主要目的都是防止內(nèi)冷水銅導(dǎo)線腐蝕。

2.2.1 內(nèi)冷水添加銅緩蝕劑法

通過在內(nèi)冷水中添加銅緩蝕劑，與銅反應(yīng)生成保護膜，從而抑制管路的腐蝕。該方法的缺點是在實際運行中存在水質(zhì)調(diào)整困難、水質(zhì)不穩(wěn)定、加藥量及周期不易控制等問題。

2.2.2 內(nèi)冷水pH值調(diào)整法

內(nèi)冷水系統(tǒng)中銅導(dǎo)線腐蝕的主要原因是內(nèi)冷水pH值偏低和溶解氧含量高。如果提高內(nèi)冷水pH值和降低溶解氧含量，可有效防止銅導(dǎo)線的腐蝕。在內(nèi)冷水系統(tǒng)中單獨加入NaOH以提高pH值，將內(nèi)冷水由微酸性調(diào)節(jié)為微堿性，能起到良好的控制銅導(dǎo)線腐蝕的作用。

蘭電公司引入自動加堿裝置，通過設(shè)定電導(dǎo)率值來控制向內(nèi)冷水系統(tǒng)加入的NaOH稀溶液，使內(nèi)冷水系統(tǒng)的pH值控制在8.0～9.0，最大限度地降低銅腐蝕，取得了良好的效果。

2.2.3 溶解氧控制法

內(nèi)冷水中溶解氧是銅導(dǎo)線發(fā)生腐蝕的原因之一，一般需要加入還原劑或除氧劑，但前提是必須準(zhǔn)確測量溶氧量。水中溶解氧對銅導(dǎo)線的腐蝕有兩方面作用：一般情況下，由于溶解氧的存在，會導(dǎo)致銅導(dǎo)線發(fā)生氧化反應(yīng)造成腐蝕；但是在一定條件下，溶解氧與銅發(fā)生反應(yīng)生成的氧化物可以在銅表面形成保護膜，阻止銅的進一步腐蝕，因此除去內(nèi)冷水中溶解氧和在一定條件下控制溶解氧含量都能防止銅的腐蝕。蘭電公司2號機組采用內(nèi)冷水箱密封運行、使內(nèi)冷水與空氣隔絕的方法，通過半年的運行觀察，該措施達(dá)到了一定的效果。

3 效果分析

3.1 化學(xué)清洗效果

從前述分析已知，解決定子線棒層間溫差偏大的第一個步驟是消除腐蝕產(chǎn)物，而徹底消除腐蝕產(chǎn)物的方法是化學(xué)酸洗。蘭電公司2010年利用機組檢修的機會先后對1號、2號發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)進行了化學(xué)清洗。采用4%的復(fù)合酸DH-96循環(huán)清洗除垢，酸洗后采用氨洗并用除鹽水沖洗使系統(tǒng)潔凈，并完成后期保護工作。為了驗證清洗效果，在清洗前后采用超聲波流量計對內(nèi)冷水支路流量進行了測試，1號機清洗前后部分變化情況見表1、表2。

由表1、表2數(shù)據(jù)可以看出，原來流量偏小的支路相對應(yīng)的定子線棒溫度和出水溫度均偏高，酸洗后流量已與其它正常支路流量一致，經(jīng)過運行觀察發(fā)現(xiàn)，定子線棒層間溫差和出水溫差都得到了很大改善。

表1 機組酸洗前后支路流量對比

表2 發(fā)電機酸洗前后相同負(fù)荷下溫差對比

由此可見，定冷水回路進行化學(xué)清洗對清除管路腐蝕結(jié)垢、消除溫差偏大和流量下降有明顯的效果。

3.2 加堿效果

但是，僅采用酸洗手段并不能完全防止定子線棒層間溫差再次上升，內(nèi)冷水發(fā)電機在運行多年以后空芯銅導(dǎo)線、絕緣管內(nèi)壁還會產(chǎn)生不同程度的銅腐蝕結(jié)垢，再次引起溫差上升，直接危及發(fā)電機的安全運行。蘭電公司1號機組酸洗后，經(jīng)過半年時間的運行，溫差又略有上升。因此，在機組調(diào)停檢修期間將發(fā)電機定冷水樹脂改為堿性樹脂，從而使發(fā)電機定子線棒溫差得到了良好的控制。2號機組在酸洗后又增加了自動加堿裝置，對定冷水pH值進行嚴(yán)格控制，控制定子線棒溫差上升的效果更加明顯，如圖4所示。

比較酸洗及定冷水加堿改造前后定子線棒層間溫差，可以看出，酸洗并加堿后，定子線棒層間溫差能夠得到有效的控制，經(jīng)過半年時間的運行，未出現(xiàn)溫差隨運行時間增加而增大的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

圖4 酸洗及加堿改造前后的比較

發(fā)電機定子線棒溫差異常是600 MW水氫氫發(fā)電機較為常見的故障，化學(xué)清洗手段可以有效地解決內(nèi)冷水管路腐蝕引起的堵塞，降低發(fā)電機定子線棒層間溫差，提高發(fā)電機定冷水流量。而要徹底消除發(fā)電機溫差偏大，則需提高內(nèi)冷水pH值，并對定冷水箱進行密封改造，防止發(fā)電機定子線棒溫差再次出現(xiàn)異常。同時，在發(fā)電機基建、檢修期間進行發(fā)電機定冷水回路充氮保養(yǎng)，可以有效防止內(nèi)冷水管路腐蝕堵塞。

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