一起樹(shù)脂進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子繞組的原因分析

陳仕剛

（韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 440200）

1 概述

現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)定子繞組基本上都采用水內(nèi)冷，其冷卻水系統(tǒng)設(shè)置了離子交換器。離子交換器為混合床式，即陽(yáng)離子樹(shù)脂和陰離子樹(shù)脂以2:1的比例混合裝填在同一床體內(nèi)，其通過(guò)的流量占系統(tǒng)總流量的8 %左右。近年來(lái)，大型發(fā)電機(jī)定子冷卻水離子交換器樹(shù)脂進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子繞組事件時(shí)有發(fā)生，由于水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子空心繞組的截面積非常小，一旦進(jìn)入樹(shù)脂將嚴(yán)重危及發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。

某廠某機(jī)組發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-300-2型300 MW發(fā)電機(jī)。2010年該機(jī)組檢修后啟動(dòng)時(shí)發(fā)生了一起發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水凈化系統(tǒng)離子交換樹(shù)脂跑漏的事件，大量樹(shù)脂進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)，造成發(fā)電機(jī)定子多根銅管堵塞，機(jī)組被迫停運(yùn)23天進(jìn)行檢修清洗。

2 事件經(jīng)過(guò)

2010-10-12機(jī)組檢修后啟動(dòng)。當(dāng)日15:00，三值控長(zhǎng)下令恢復(fù)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)至備用狀態(tài)，巡檢接令后關(guān)閉內(nèi)冷水箱放水門，打開(kāi)除鹽水至內(nèi)冷水箱補(bǔ)水手動(dòng)門，向內(nèi)冷水箱注水。16:30檢查內(nèi)冷水箱溢流管有水出后，關(guān)閉除鹽水至內(nèi)冷水箱補(bǔ)水手動(dòng)門。19:20啟動(dòng)A凝結(jié)水泵向除氧器進(jìn)水。19:23～19:45，內(nèi)冷水母管壓力由0.01 MPa上升至0.28 MPa。19:45四值接班人員發(fā)現(xiàn)內(nèi)冷水箱溢流量較大，檢查凝結(jié)水至內(nèi)冷水箱補(bǔ)水手動(dòng)門未關(guān)閉，于是將該門關(guān)閉。19:49內(nèi)冷水母管壓力開(kāi)始下降，20:05壓力下降到0.01 MPa。20:37發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)投入運(yùn)行。

次日05:45鍋爐點(diǎn)火，15:05汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)。17:10，運(yùn)行值班員發(fā)現(xiàn)內(nèi)冷水濾網(wǎng)后壓力偏低，打開(kāi)內(nèi)冷水泵出口濾網(wǎng)空氣門，排出了大量樹(shù)脂，同時(shí)在內(nèi)冷水箱溢流水中也發(fā)現(xiàn)了大量的樹(shù)脂。運(yùn)行值班員將離子交換器解列，交付檢修人員清理濾網(wǎng)。檢修人員在拆定子冷卻水系統(tǒng)濾網(wǎng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)粘有大量樹(shù)脂，所以判定樹(shù)脂進(jìn)入了定子冷卻水系統(tǒng)。19:58發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，22:00機(jī)組負(fù)荷220 MW，部分發(fā)電機(jī)定子線圈溫差異常偏大。14日09:35機(jī)組負(fù)荷192 MW，發(fā)電機(jī)定子線槽4，11，14，18，31，38，46號(hào)7個(gè)點(diǎn)的溫度異常偏高，最高的14號(hào)點(diǎn)偏離正常值約10 ℃。11:00機(jī)組負(fù)荷最高加到了280 MW，因定子線圈溫度過(guò)高，線圈溫差最大接近10 ℃，即減負(fù)荷到200 MW運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)定子線圈溫差最大穩(wěn)定在7.8 ℃左右，即《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》規(guī)定的定子線棒層間最大溫差8 ℃以內(nèi)的控制值。

15日02:30機(jī)組減負(fù)荷至2 MW，對(duì)定子冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行6次正反沖洗，并多次清理反沖洗濾網(wǎng)和定子冷卻水泵出口濾網(wǎng)，沖洗出大量樹(shù)脂。14:05定子冷卻水系統(tǒng)反沖洗工作結(jié)束，開(kāi)始加負(fù)荷操作。18:30機(jī)組加負(fù)荷至230 MW時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組溫差最大9 ℃，且還有上升的趨勢(shì)，即減負(fù)荷至200 MW運(yùn)行。

通過(guò)同樣帶200 MW負(fù)荷，定子冷卻水離子交換器樹(shù)脂進(jìn)入發(fā)電機(jī)前后定子線棒溫度和定子線棒匯水管出水溫度變化分析，可以判斷樹(shù)脂進(jìn)入發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)后，隨著發(fā)電機(jī)定子繞組溫度上升，部分樹(shù)脂受熱膨脹粘在發(fā)電機(jī)定子銅管上或堵塞在銅管的轉(zhuǎn)彎處，即使進(jìn)行正反沖洗仍無(wú)法沖洗出來(lái)。樹(shù)脂已經(jīng)使發(fā)電機(jī)部分定子冷卻水管路通流面積減小，流經(jīng)銅管中的冷卻水量減少，存在造成發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣局部過(guò)熱損壞、絕緣擊穿的可能。而且，機(jī)組只能靠帶200 MW以下負(fù)荷來(lái)控制定子線棒層間溫差在8 ℃以內(nèi)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。28日22:00機(jī)組停運(yùn)，反復(fù)進(jìn)行了發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水正反沖洗，但效果不明顯。于是決定解開(kāi)堵塞銅管的水電接頭進(jìn)行單根管子強(qiáng)制清理。

由于堵塞的管子位于發(fā)電機(jī)底部，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)困難，需要抽出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，檢修工作量大，直至11月20日機(jī)組才檢修完畢恢復(fù)正常運(yùn)行。機(jī)組被迫停運(yùn)23天，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失

3 樹(shù)脂跑漏原因分析

圖1所示為發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)示意圖。

圖1 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)冷水經(jīng)內(nèi)冷水泵升壓后流經(jīng)離子交換器、離子捕捉器流回內(nèi)冷水箱，由于離子交換器出口裝有濾網(wǎng)和離子捕捉器，所以樹(shù)脂不會(huì)進(jìn)入內(nèi)冷水系統(tǒng)。本次樹(shù)脂跑漏事件發(fā)生在機(jī)組臨修后啟動(dòng)初期，而機(jī)組此次臨修期間，發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行任何檢修工作。檢查離子交換器內(nèi)部15個(gè)濾水帽均完好，從交換器出口的離子捕捉器觀察窗內(nèi)觀察，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有殘留的樹(shù)脂。檢修人員打開(kāi)離子交換器頂蓋，解體檢查離子交換器，檢查其出口濾網(wǎng)完好，無(wú)破損。濾網(wǎng)網(wǎng)孔0.25 mm，樹(shù)脂無(wú)法通過(guò)，因此跑漏的樹(shù)脂不會(huì)是從離子交換器出口通過(guò)離子捕捉器進(jìn)入到內(nèi)冷水系統(tǒng)的。

經(jīng)調(diào)查，機(jī)組上次臨修停機(jī)，內(nèi)冷水系統(tǒng)退出運(yùn)行時(shí)，離子交換器沒(méi)有同時(shí)進(jìn)行隔離，其進(jìn)、出口門均處于“開(kāi)”的狀態(tài)。機(jī)組檢修后重新啟動(dòng)，內(nèi)冷水系統(tǒng)在無(wú)壓狀態(tài)下投運(yùn)，系統(tǒng)注水時(shí)，運(yùn)行人員沒(méi)有關(guān)嚴(yán)凝結(jié)水至內(nèi)冷水箱補(bǔ)水手動(dòng)門。在A凝結(jié)水泵啟動(dòng)后，壓力為1.5 MPa左右的凝結(jié)水通過(guò)補(bǔ)水手動(dòng)門大量進(jìn)入內(nèi)冷水箱，內(nèi)冷水箱溢流管不能及時(shí)排出多余的補(bǔ)水，水箱就會(huì)被充滿。于是具有一定壓力的補(bǔ)水會(huì)通過(guò)離子交換器的出口，進(jìn)入離子交換器內(nèi)，使離子交換器內(nèi)的水逆向流動(dòng)。由于離子交換器的進(jìn)口沒(méi)有裝設(shè)濾網(wǎng)，逆向流動(dòng)的水夾帶出離子交換器內(nèi)大量的樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)離子交換器進(jìn)水管進(jìn)入內(nèi)冷水濾網(wǎng)后管道。內(nèi)冷水泵啟動(dòng)后，樹(shù)脂從內(nèi)冷水濾網(wǎng)后管道進(jìn)入整個(gè)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)。跑漏的樹(shù)脂隨著內(nèi)冷水系統(tǒng)循環(huán)后，大部分回到內(nèi)冷水箱，最后截留在內(nèi)冷水泵出口濾網(wǎng)處，個(gè)別發(fā)電機(jī)銅管阻擋截留了部分樹(shù)脂，造成部分銅管堵塞。此類事件在國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組中也曾經(jīng)發(fā)生過(guò)。

另外，此事件發(fā)生后，拆開(kāi)反沖洗濾網(wǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)有少量發(fā)黑的樹(shù)脂，可以判定此事件發(fā)生之前正常啟停內(nèi)冷水泵時(shí)也有少量樹(shù)脂進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)，只是由于數(shù)量少?zèng)]有引起銅管堵塞。

4 防范措施

(1) 規(guī)范操作。發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)投退時(shí)，其離子交換器也必須同時(shí)投退。即內(nèi)冷水系統(tǒng)退出運(yùn)行時(shí)(停運(yùn)內(nèi)冷水泵前)，必須關(guān)閉離子交換器進(jìn)出口門，將其與系統(tǒng)隔離；內(nèi)冷水系統(tǒng)投運(yùn)(啟動(dòng)內(nèi)冷水泵)后，在確認(rèn)離子交換器正常完好的情況下，緩慢打開(kāi)其進(jìn)出口門，同時(shí)注意監(jiān)視內(nèi)冷水水質(zhì)的變化情況，注意檢查離子交換器內(nèi)樹(shù)脂的高度位置，注意檢查離子交換器內(nèi)樹(shù)脂是否有跑漏現(xiàn)象，確保系統(tǒng)正常完好。

(2) 內(nèi)冷水系統(tǒng)投退操作時(shí)應(yīng)緩慢小心，防止對(duì)系統(tǒng)造成過(guò)大的沖擊。用除鹽水向內(nèi)冷水箱注水時(shí)，必須關(guān)嚴(yán)凝結(jié)水至內(nèi)冷水箱補(bǔ)水手動(dòng)門。

(3) 由于內(nèi)冷水離子交換器設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)水側(cè)沒(méi)有裝設(shè)濾網(wǎng)，存在流經(jīng)離子交換器的冷卻水發(fā)生逆流時(shí)，樹(shù)脂進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的隱患，因此須對(duì)離子交換器系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造：用不銹鋼精密激光打孔濾網(wǎng)代替多孔圓桶外包滌綸網(wǎng)的樹(shù)脂捕捉器；在定子冷卻水離子交換器進(jìn)水管道加裝不銹鋼精密激光打孔過(guò)濾器；考慮到截留破碎樹(shù)脂的需要，將定子冷卻水泵出口微孔直徑為0.25 mm的精密激光打孔過(guò)濾器更換為微孔直徑0.1 mm的精密激光打孔過(guò)濾器。