大型發(fā)電機(jī)定子繞組及內(nèi)冷水系統(tǒng)運(yùn)行異常分析處理與防范措施

聶勇智

（廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東 江門 529228）

現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組由于采用水冷方式，設(shè)計(jì)電流密度選取值很大，例如國(guó)產(chǎn)600WM汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組設(shè)計(jì)電流密度：8.1/mm2，下層線棒為10.1A/mm2。而早年生產(chǎn)的老式氫外冷氣輪發(fā)電機(jī)定子繞組設(shè)計(jì)電流密度只有2.8-3.2A/mm2左右，顯然對(duì)水冷汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組及其冷水系統(tǒng)提出了極高的要求。

由于種種原因，使發(fā)電機(jī)定子繞組及其內(nèi)冷水系統(tǒng)發(fā)生異常運(yùn)行情況，最終造成發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣破壞的故障時(shí)有發(fā)生，對(duì)此，國(guó)家電網(wǎng)公司頒發(fā)的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中，針對(duì)水冷汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組及其內(nèi)冷水系統(tǒng)的安全運(yùn)行提出了明確的要求。

一、異常運(yùn)行分析及處理

A發(fā)電廠＃2發(fā)電機(jī)是上海電機(jī)廠制造的600MW汽輪發(fā)電機(jī)其定子繞組為水內(nèi)冷

1 定子繞組異常運(yùn)行情況簡(jiǎn)介

1.1 2004年7月16日投產(chǎn)前作短路試驗(yàn)時(shí)，線棒間出水溫差高達(dá)15℃.投產(chǎn)后，在額定負(fù)荷下線棒間溫差長(zhǎng)期在12℃以上。并有時(shí)隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)而溫差增大的趨勢(shì)。其中以＃9下和＃39上線棒最為嚴(yán)重。

1.2 在60%額定負(fù)荷左右時(shí)，各線棒間出水溫差屬正常范圍，當(dāng)負(fù)荷增加到額定負(fù)荷的80%以上時(shí)，個(gè)別線棒的出水溫度開(kāi)始與負(fù)荷的增加成正比升高，此時(shí)與其對(duì)應(yīng)的線棒溫度也升高，使線棒間溫差達(dá)6℃以上，其中以＃9下和＃39上線棒表現(xiàn)最為突出。

1.3 出水溫度偏高的線棒全都在定子繞組水平中心以下位置，其中以上層線棒;:＃34、＃37、＃39、＃40和下層線棒＃5、＃7、＃8、＃9的出水溫度為最高，其它位于定子繞組水平中心以下的線棒的出水溫度也全都偏高。

1.4 投產(chǎn)運(yùn)行至今近三個(gè)月以來(lái)，定子繞組進(jìn)出口內(nèi)冷水壓差與長(zhǎng)期穩(wěn)定不變的特點(diǎn)。

2 異常運(yùn)行情況分析處理

2.1 從上述異常運(yùn)行情況的各種表現(xiàn)可斷定，該發(fā)電機(jī)從168試運(yùn)前短路試驗(yàn)時(shí)開(kāi)始，定子繞組個(gè)別線棒已經(jīng)與機(jī)械雜質(zhì)堵塞，從定子近出口水壓差能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定不變這一事實(shí)，更說(shuō)明是個(gè)別線棒堵塞。

2.2 運(yùn)行中切換濾網(wǎng)，投入從未運(yùn)行過(guò)的濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)期內(nèi)部有較多細(xì)顆粒狀機(jī)械雜質(zhì)和體積較大（約1.2×1.5×2.0mm）數(shù)量較少，質(zhì)地柔韌的深褐色不規(guī)則形狀雜物，另外，還有從濾網(wǎng)破損脫落下來(lái)的毛絨狀纖維物。

停機(jī)后，首先作熱水流試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各線棒出水降溫曲線分散性較大，但與運(yùn)行中出水溫度偏高的線棒無(wú)明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系。在進(jìn)行定子繞組整體正向沖洗前后檢查濾網(wǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有少量細(xì)顆粒狀機(jī)械雜質(zhì)。在進(jìn)行反向沖洗后檢查濾網(wǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有很多細(xì)顆粒狀機(jī)械雜質(zhì)和較多大塊貌似氧化皮狀雜物，其中最大的體積約0.3×4×5mm.經(jīng)化驗(yàn)認(rèn)為這些雜物的主要成分是氧化銅和四氧化三鐵生成的。焊后這些氧化物沒(méi)有徹底清除，運(yùn)行中銅導(dǎo)體與氧化層之間產(chǎn)生膨脹差，最終使氧化層脫落被水沖走至濾網(wǎng)里或卡滯在線棒空心導(dǎo)線內(nèi)。另外，還有發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)破損脫落下來(lái)碎片及毛絨狀纖維物，其中最大的碎片體積約2×5×12mm。

拆開(kāi)發(fā)電機(jī)，對(duì)出水溫度的個(gè)別線棒單根分別用氮?dú)?、凝結(jié)水、氮?dú)饧幽Y(jié)水（即水錘法）先后進(jìn)行反復(fù)數(shù)次正反向沖洗，直至雜質(zhì)異物徹底清除和水流量測(cè)試合格為止。這些個(gè)別線棒的槽號(hào)分別是:上層＃33、＃34、＃37、＃39和下層＃5、＃7、＃8、＃9共8根線棒。

恢復(fù)繞組線棒水路后，發(fā)電機(jī)進(jìn)行整體正反向沖洗，檢查濾網(wǎng)未發(fā)現(xiàn)異物和雜質(zhì)，然后作熱水流試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各線棒出水溫度下降曲線比較集中一致。

發(fā)電機(jī)重新投入運(yùn)行后，在50%負(fù)荷時(shí)，線棒間出水溫差達(dá)5℃左右，屬不正?，F(xiàn)象，當(dāng)在額定負(fù)荷時(shí)，線棒間出水溫差：上層＃39與＃6之間達(dá)10℃，下層＃9與＃39之間達(dá)7℃，其它各線棒溫度及線棒間溫差，線棒出水溫度及線棒間出水溫差分布情況與停機(jī)處理前的分布情況有較大變化，即有的原來(lái)溫度低的溫度變高了，溫差也變大了，也有原來(lái)溫度高的溫度變低了，溫差也變小了。唯獨(dú)不變的是原來(lái)出水溫度偏高的上層＃39線棒和下層＃9線棒的溫度仍然偏高?？墒巧蠈樱?9線棒間出水溫差由本次處理前的13℃減小到10℃，而下層＃9線棒則由本次處理前的13℃減小到7℃，它們的溫差比較對(duì)象即槽號(hào)都變了。

該發(fā)電機(jī)于投產(chǎn)前，定子繞組及其內(nèi)水系統(tǒng)中存在機(jī)械雜質(zhì)異物，運(yùn)行中隨著水循環(huán)進(jìn)入并堵塞個(gè)別線棒，使這些被堵塞的線棒不斷加重堵塞和可能產(chǎn)生其它新的被堵塞的線棒。這就是隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，線棒及線棒出水溫度和溫差有所升高趨勢(shì)的成因。

由于該型式發(fā)電機(jī)定子繞組兩側(cè)匯流管上的總進(jìn)出口水管是設(shè)計(jì)在最高頂點(diǎn)處，這樣一來(lái)，內(nèi)冷水中的雜質(zhì)異物在匯流管內(nèi)是自上而下的漂浮沉降，而定子繞組水平中心的線棒端部都位于水平中心以上，易接收雜質(zhì)異物而被堵塞，所以，實(shí)際上，凡是出水溫度偏高的線棒基本上都位于定子繞組水平中心一下。

發(fā)電機(jī)定子繞組及其內(nèi)冷水系統(tǒng)一旦有雜質(zhì)異物，且線棒已經(jīng)有個(gè)別堵塞現(xiàn)象情況出現(xiàn)后，經(jīng)驗(yàn)證明，只靠正反沖洗，不可能徹底解決此問(wèn)題，這時(shí)必須要整臺(tái)繞組線棒單根正反沖洗才能湊效，同時(shí)還要徹底清掃檢查內(nèi)冷水系統(tǒng)，否則只單根正反向沖洗溫度異常偏高的個(gè)別幾根線棒，即使達(dá)到了目的，那么，當(dāng)定子繞組及其內(nèi)冷水系統(tǒng)裝復(fù)后，做整體正反向沖洗時(shí)或投入運(yùn)行內(nèi)冷水進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)時(shí)，由于沒(méi)進(jìn)行單根正反向沖洗的大多數(shù)線棒內(nèi)雜質(zhì)異物的存在，還可能使業(yè)已吹掃干凈的單根線棒重新被堵塞或?qū)?lái)本能通暢的線棒產(chǎn)生新的堵塞，因此，對(duì)已經(jīng)被雜質(zhì)異物堵塞和污染的定子繞組，建議要施以整臺(tái)線棒單根正反向沖洗方法，才能收到確切的徹底清掃效果。

二、防止定子繞組及其內(nèi)冷水系統(tǒng)異常運(yùn)行的防范措施

在認(rèn)真貫徹落實(shí)國(guó)家電網(wǎng)公司頒發(fā)的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中針對(duì)型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組及其內(nèi)冷水系統(tǒng)運(yùn)行的補(bǔ)充意見(jiàn)，融進(jìn)“重點(diǎn)要求”中，作為防范措施供參考。

1 定子繞組內(nèi)冷水箱上方加裝氫氣含量在線監(jiān)測(cè)裝置，防止因主絕緣磨損，空心導(dǎo)線磨損漏水或定子繞組其它原因的漏水故障發(fā)展擴(kuò)大成為繞組短路事故。

2 嚴(yán)格控制定子繞組進(jìn)口內(nèi)冷水壓力與發(fā)電機(jī)間的壓差，即氫氣壓力比內(nèi)冷水壓力高0.03-0.05Mpa，為此內(nèi)冷水壓力表應(yīng)安裝在位于發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)水匯流管水平中心線的標(biāo)高處。

3 發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)冷水箱充氮裝置和水封裝置必須保證連續(xù)正常投入運(yùn)行，防止內(nèi)冷水過(guò)高溶氧而加速氧化腐蝕定子繞組。

4 定子繞組內(nèi)冷水的水質(zhì)應(yīng)按照∕801-2002《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》，嚴(yán)格控制規(guī)定范圍，為減緩銅空心導(dǎo)線的氧化腐蝕，必須控制pH值在7.0-9.0之間。

5 加強(qiáng)對(duì)內(nèi)冷水泵維護(hù)檢修，禁止使用石棉盤根，采用可靠的機(jī)械密封，杜絕因動(dòng)靜部分磨損下來(lái)的粉末雜物進(jìn)入定子繞組的故障發(fā)生。

6 完善定子繞組內(nèi)冷水反沖洗系統(tǒng)，定期進(jìn)行反沖洗，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行考察，若認(rèn)為現(xiàn)用的濾網(wǎng)沒(méi)有確定的可靠性，就要更換比原來(lái)數(shù)目大的激光打孔的不銹鋼板制成的新型濾網(wǎng)，防止濾網(wǎng)破碎進(jìn)入定子繞組。

7 完善定子繞組內(nèi)冷水進(jìn)出口旁路管道，凡在發(fā)電機(jī)外部?jī)?nèi)冷水系統(tǒng)進(jìn)行解體大修后，內(nèi)冷水必須首先經(jīng)旁路管道循環(huán)12h以上，確認(rèn)水質(zhì)合格后，方可使內(nèi)冷水進(jìn)入定子繞組。

8 擴(kuò)大發(fā)電機(jī)內(nèi)部?jī)蓚?cè)匯流排污口徑，并安裝不銹鋼法蘭，以便檢查和清除匯流管中的雜質(zhì)，特別是其下部的沉積雜質(zhì)和異物。

9 內(nèi)冷水系統(tǒng)中原是橡膠密封墊圈的應(yīng)全部更換成聚四氟乙烯墊圈，防止橡膠密封墊圈老化龜裂掉渣而堵塞定子繞組的故障發(fā)生。

10 大修時(shí)，或必要時(shí)應(yīng)對(duì)定子繞組線棒分路做單根水流量試驗(yàn)，以檢查有無(wú)雜質(zhì)異物堵塞故障。

11 發(fā)電機(jī)定子繞組線棒作單根水流量試驗(yàn)，要用穩(wěn)壓水源裝置（自行設(shè)計(jì)制作），試驗(yàn)用水源壓力和測(cè)取流量時(shí)間按廠家規(guī)定統(tǒng)一執(zhí)行，試驗(yàn)時(shí)所用管道口徑和長(zhǎng)度一致，以便作歷次試驗(yàn)分析比較。

12 運(yùn)行中，對(duì)定子繞組線棒層間測(cè)溫元件之間的溫差和對(duì)定子繞組線棒同層（上層的或下層的）的出水溫差，要加強(qiáng)監(jiān)視。

溫差控制值應(yīng)按制造廠的規(guī)定，制造廠無(wú)明確規(guī)定的，應(yīng)按以下限額執(zhí)行：定子繞組線棒層間最高與最低溫差達(dá)8℃或定子繞組線棒出水溫差達(dá)8℃時(shí)報(bào)警，應(yīng)及時(shí)查明原因，此時(shí)可將低負(fù)荷。定子繞組線棒溫差達(dá)14℃或定子繞組線棒出水溫差達(dá)12℃，或任一定子繞組線棒槽內(nèi)層間測(cè)溫元件溫度超過(guò)90℃，或任一定子繞組線棒出水溫度超過(guò)85℃時(shí)，在確認(rèn)測(cè)量元件無(wú)誤后，應(yīng)立即停機(jī)處理。

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