定子冷卻水電導(dǎo)率增大的原因分析及改進(jìn)措施

馬巖昕

(黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

1 定子冷卻水系統(tǒng)的組成及作用

(1)發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)主要包括定子冷卻水箱(1個(gè))、100%容量的定子冷卻水泵(2臺(tái))、100%容量的水-水冷卻器(2臺(tái))、離子交換器(1臺(tái))、壓力調(diào)節(jié)閥、溫度調(diào)節(jié)閥和水過濾器等設(shè)備和部件以及連接各設(shè)備、部件的閥門和管道等。

(2)定子冷卻水系統(tǒng)的主要作用。

1)采用冷卻水通過定子繞組空心導(dǎo)管的方法從定子繞組吸取熱量。

2)采用水冷卻器帶走冷卻水的方法將定子繞組損耗產(chǎn)生的熱量帶出發(fā)電機(jī)。

3)系統(tǒng)中設(shè)有過濾器以除去水中的雜質(zhì)。

4)系統(tǒng)中設(shè)有補(bǔ)水離子交換器，以提高補(bǔ)水的質(zhì)量。

5)利用監(jiān)測(cè)儀表儀器等設(shè)備對(duì)冷卻水的電導(dǎo)率、流量、壓力及溫度等進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控。

6)具有定子繞組反沖洗功能，提高定子繞組沖洗效果。

2 定子冷卻水電導(dǎo)率增大的危害

某電廠300 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-300-2-20，定子繞組采用水內(nèi)冷方式。從2007年1月開始，#2機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子冷卻水電導(dǎo)率異常升高，最高達(dá)到11 μS/cm，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

(1)定子冷卻水電導(dǎo)率升高，說明水中雜質(zhì)比較多，引起較大的泄漏電流，加速引出水管老化，過大的泄漏電流會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)相間發(fā)生故障。

(2)定子冷卻水系統(tǒng)為一獨(dú)立而封閉的自循環(huán)系統(tǒng)。冷卻水循環(huán)運(yùn)行一段時(shí)間后，由于與金屬部件及空氣接觸，水質(zhì)會(huì)逐漸下降。若不進(jìn)行及時(shí)處理，其中的雜質(zhì)會(huì)不斷沉積造成循環(huán)管路堵塞，阻礙冷卻水的循環(huán)，影響散熱。水質(zhì)劣化引起電導(dǎo)率增大會(huì)影響發(fā)電機(jī)相關(guān)部件的絕緣效果，主要是影響發(fā)電機(jī)定子絕緣，可能會(huì)引起較大的泄漏電流，從而使絕緣引水管老化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)相間閃絡(luò)，甚至破壞發(fā)電設(shè)備，造成不可想象的后果。

3 定子冷卻水電導(dǎo)率增大的原因分析

(1)定子冷卻水離子交換器樹脂失效。

(2)定子冷卻水冷卻器泄漏。

(3)定子冷卻水箱密封不好，空氣中的CO2溶于定子冷卻水中，會(huì)導(dǎo)致pH值偏低，從而使電導(dǎo)率增大?？諝庵械难鯕馊苡诙ㄗ永鋮s水中，與發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起冷卻水中銅離子含量增加，使定子冷卻水的電導(dǎo)率增大。

(4)定子冷卻水pH值過高，會(huì)造成管道和定子線棒空心銅導(dǎo)線的腐蝕(堿性腐蝕)。銅離子有一個(gè)穩(wěn)定區(qū)域(pH值為7～10)，超過這個(gè)區(qū)域也會(huì)造成定子冷卻水銅離子超標(biāo)，導(dǎo)致電導(dǎo)率上升。

(5)定子冷卻水計(jì)量加藥泵工作失常。

4 定子冷卻水電導(dǎo)率增大的原因排查及改進(jìn)措施

(1)定子冷卻水離子交換器樹脂失效。檢查進(jìn)入離子交換器的水電導(dǎo)率在9 μS/cm時(shí)，離子交換器的出水電導(dǎo)率為0.15 μS/cm，離子交換器壓力損失為85 kPa，說明交換樹脂沒有失效，但仍然對(duì)離子交換器樹脂進(jìn)行了更換，使離子交換器的出水電導(dǎo)率降為0.05 μS/cm。

(2)定子冷卻水冷卻器泄漏。分別對(duì)定子冷卻水冷卻器進(jìn)行查漏，確認(rèn)定子冷卻水冷卻器沒有漏泄。

(3)定子冷卻水箱存在不密封的現(xiàn)象(如內(nèi)冷水箱的溢流管)?？諝庵械腃O2溶于定子冷卻水中造成pH值降低，從而使電導(dǎo)率增大?？諝庵械难鯕馊苡诙ㄗ永鋮s水中，與發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起冷卻水中銅離子含量增加，使定子冷卻水的電導(dǎo)率增大。在檢查中發(fā)現(xiàn)定子冷卻水箱上部沒有設(shè)置密封。將定子冷卻水箱上部設(shè)置充氮密封，水箱上部空間保持微正壓，保持氮?dú)鈮毫Σ怀^100 kPa，使定子冷卻水箱內(nèi)的水與空氣隔絕。將#2機(jī)組定子冷卻水箱溢流管改為U狀形成水封并進(jìn)行密封。

(4)在檢查中發(fā)現(xiàn)定子冷卻水pH值達(dá)到12，將加藥泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，使定子冷卻水pH值保持在9左右。

上述措施雖然可使定子冷卻水的電導(dǎo)率合格，但需要較長時(shí)間。一旦定子冷卻水電導(dǎo)率不合格，為保證定子冷卻水電導(dǎo)率盡快合格，一般要對(duì)定子冷卻水箱連續(xù)進(jìn)行補(bǔ)排水，除鹽水浪費(fèi)極大，經(jīng)濟(jì)性差，雖然排水可回收到凝汽器，但腐蝕下的銅增加了給水的雜質(zhì)。如將除鹽水改為補(bǔ)凝結(jié)水，雖然可以提高pH值，但凝結(jié)水電導(dǎo)率不穩(wěn)定(常因凝汽器泄露而突然升高)，系統(tǒng)安全性差。

(5)為了徹底解決定子冷卻水系統(tǒng)存在的問題，2007年3月，對(duì)#2機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，增加了1臺(tái)超凈化離子交換器。超凈化離子交換器規(guī)格為? 700 mm×2 000 mm，材質(zhì)為不銹鋼。超凈化離子交換器內(nèi)采用特制的高性能樹脂，采用特殊的預(yù)處理工藝措施后，大幅度降低了樹脂中低聚物的含量，提高了樹脂的再生度，能保證出水各項(xiàng)指標(biāo)合格，樹脂不需再生，免維護(hù)，可消除小混床再生失敗后污染水質(zhì)的隱患，安全、可靠性高。在交換器的出入口各安裝1臺(tái)樹脂捕捉器，確保在各種工況下均不漏樹脂。其次，定子冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)極易遭受外界灰塵及CO2等雜質(zhì)污染，加裝的防塵、防污染呼吸裝置可提高水質(zhì)，確保水的pH值不因受到CO2的污染而下降。安裝電導(dǎo)率和pH值在線測(cè)試儀表，可隨時(shí)直接讀出系統(tǒng)冷卻水和超凈化離子交換器出水的電導(dǎo)率和pH值，方便連續(xù)檢測(cè)。

5 改造后的效果

#2機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)項(xiàng)目于2007年4月完成改造，經(jīng)過7 d的調(diào)試，試運(yùn)后1個(gè)月定子冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)與前期發(fā)生了較大變化，具體見表1。

表1 改造前、后電導(dǎo)率、pH值、銅離子質(zhì)量濃度對(duì)比

6 經(jīng)濟(jì)性比較

(1)#2機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)增加了1臺(tái)超凈化離子交換器，大約需35萬元。改造前運(yùn)行方式為連續(xù)換水，換水量為5t/h。每天按換水12h、除鹽水成本5.00元/t計(jì)算，則每年浪費(fèi)10多萬元。

(2)定子冷卻水連續(xù)換水還帶來一些問題。

1)凝結(jié)器輸送泵必須運(yùn)轉(zhuǎn)，廠用電率高。

2)由于凝結(jié)器輸送泵運(yùn)轉(zhuǎn)，補(bǔ)入凝汽器的除鹽水瞬間流量太大，又帶來凝結(jié)水溶解氧不合格的問題。

3)改造后上述問題得以解決，最主要是解決了發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行問題。而該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行近3年，由于運(yùn)行時(shí)間較長，為防止影響水質(zhì)，對(duì)樹脂進(jìn)行了更換，一次花費(fèi)2.7萬左右，維修費(fèi)用較低，維護(hù)工作量較小。

7 結(jié)論

據(jù)進(jìn)一步了解，國內(nèi)多家供熱機(jī)組在試運(yùn)行階段或投入商業(yè)運(yùn)行后，由于定子冷卻水水質(zhì)不良引起的事故逐步增加。通過改造定子冷卻水系統(tǒng)，使定子冷卻水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到要求，腐蝕情況得到明顯遏制并在節(jié)水方面取得較好經(jīng)濟(jì)效益，可為國內(nèi)同類型機(jī)組內(nèi)冷水的處理提供借鑒。

［1］華中電網(wǎng)有限公司培訓(xùn)中心.300 MW火電機(jī)組集控運(yùn)行［M］.北京:中國電力出版社，2005.