核電廠發電機定子冷卻水處理技術探討

楊挺 雷水雄 許兆洋

中核核電運行管理有限公司二廠

前言

近年來隨著核電運行機組和裝機容量的增加，頻繁出現定子空心銅導線腐蝕和絕緣引水管堵塞，導致定子冷卻水控制流量下降故障，如秦山二廠1號機組在108大修結束后，出現發電機定子冷卻水流量下降以及定子進出口壓差逐漸增大異常情況。檢查發現定子冷卻水系統的Cu含量有明顯上升，最大到27ppb，比正常運行期間5ppb高很多，因不滿足機組運行的要求引起停機。大亞灣核電廠也出現過同樣的問題。可見，發電機定子冷卻水系統的安全運行直接影響和威脅機組的安全穩定，因此，通常對定子冷卻水系統水質控制要求如下：

1) 較低的電導率；

2) 減少雜質離子的進入和降低系統中的雜質；

3) 不發生發電機空心導線內沉積結垢，避免堵塞。

1 發電機定子冷卻水的水質要求

2010 年，電力行業電機標準化技術委員會對《大型發電機內冷卻水及其系統技術要求》進行升版，并于 2011 年 5 月 1 日起執行。新的標準明確規定：發電機內冷卻水應采用除鹽水或凝結水。當發現汽輪機凝汽器有循環水漏入時，內冷卻水的補充水必須用除鹽水。水質要求見表1。

表1 發電機內冷水水質控制標準[1]

從新標準 DL/T801-2010 可以看出，新的電力行業標準，更加突出對定子冷卻水系統 pH 的控制。

2 定子冷卻水處理方式

DL/T201-2010《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》關于發電機定子冷卻水的控制參數為pH、電導率、Cu含量、溶解氧等，其中影響系統腐蝕的參數主要為pH和溶解氧。

2.1 注入堿液

注入堿液的方法安全可靠并被國外制造商作為標準方法，常見的注入堿液法為直接用含少量氨的凝結水給定子冷卻水系統補水，達到提高定子冷卻水系統pH目的。優點：方式簡單易行，已在很多火電廠采用，田灣核電也采用此方式（注：田灣核電站正常運行期間凝結水精處理系統保持運行，氨含量相對較低，補水pH接近9.0）。缺點： CEX氨含量高，補水對定子冷卻水pH有較大影響，pH波動較大。

2.2 離子交換一加堿堿化法

用除鹽水作內冷水，在除鹽床下游加入0.1%～1%的氫氧化鈉溶液，以秦山二廠為例， 2012年4月增加了氫氧化鈉加入裝置，截至12月底，系統運行穩定，系統冷卻水pH保持在8.5±0.2，電導率保持在1.0±0.2μs/cm范圍內，銅含量從4.5ppb降到1.0ppb以下，定子冷卻水堿化樹脂床進口鈉離子濃度維持在30ppb左右，床出口鈉離子最高2.9ppb。但由于該方式是直接加入強電解質NaOH，對運行指標的控制和設備可靠性的要求都較高。

2.3 低氧控制方式

《透平型同步電機技術要求》（GB/T 7064—2008）附錄D中規定：如果電機內冷水系統中含氫量（體積含量）超過2%，應加強對電機的監測；若超過10%應立即停機處理。這就要求，用氮氣對定子冷卻水箱頂部小流量連續吹掃或保持一定壓力，這樣既可保證含氫量不超標，也可使定子冷卻水系統低氧含量滿足標準。為保證水箱頂部氫氣不超標（<2%），確保定子冷卻水中溶解氧含量滿足技術規范（≤30ppb），建議對水箱頂部采用氮氣小流量（200L/h左右）連續吹掃，既保證水箱頂部氫氣含量滿足規范，也保證定子冷卻水中溶解氧含量小于30ppb。同時，采用連續吹掃模式后，正常運行期間運行人員可以不必再進行定期吹掃，減少工作量。目前，秦山三期、大亞灣核電都已實施此方法，氫氣控制在2%以下，定子冷卻水溶解氧在10ppb以下。其缺點是增加氮氣消耗量，增加生產成本。

3 定子冷卻水系統化學清洗

腐蝕產物（主要是氧化銅/氧化亞銅）沉積引起阻塞也是常見問題。發電機空心導線內部結垢, 銅腐蝕產物在空心導線的內表面沉積, 如不及時處理, 可能導致發電機繞組嚴重損壞。最簡便的方法是用水作正反沖洗，如果正反沖洗仍解決不了，唯一的辦法只能考慮化學清洗。在國內不少電廠，包括核電廠都進行過化學清洗來消除缺陷，美國sanofore（評估專家Oscar所在電廠）2/3號機組都已經進行過兩次化學清洗。

但是，由于空心銅導線的截面小, 其內壁結垢的總量又不是很明確, 洗下的垢物是否會在空心導線內造成堵塞, 這是我們不得不面對的巨大風險。制定化學清洗方案就必須充分考慮這些因素, 并盡可能把風險值控制到最低。國內某核電廠1#機組已連續化學清洗兩次，效果不是很好，已決定不再化學清洗。

4 檢修期間的保養

檢修期間對發電機定子繞組線棒的保養非常重要，尤其沿海地區電廠，由于環境氣候潮濕，鹽分較高，如果不對其進行良好的保養，容易導致線棒氧化腐蝕。目前，所建核電廠大多處在沿海地區，許多電廠都已經推動檢修期間汽輪發電機定子繞組的全程保養工作。主要方式如下：

1）補充除氧水：大修機組恢復前系統補水直接從相鄰機組引除氧水,或采用膜除氧裝置除氧，目前在大亞灣和秦山二廠都有應用。

2）干燥空氣吹掃保養：干燥空氣吹掃是在發電機排水結束后,從定子繞組冷卻水的總進出口進行吹掃,除去內部殘留積水，使相對濕度控制在3.7%左右，壓力以不超過運行期間氫側壓力為準,避免造成線棒的擠壓和損傷提高吹掃效率,吹掃方式可采用恒壓直流式、恒壓逆流式、脈沖吹掃式等方式,壓力從低到高,氣量由小到大,方向頻繁切換,盡可能縮短空芯銅導線在潮濕環境下的暴露時間。

3）充氮氣保養：定子回路檢修結束后距離機組啟動還有一段時間,在此期間保持系統密閉,充入高純氮氣維持一定正壓進行保養,從而確保銅表面氧化物處于穩定的貧氧環境,避免運行期間生成的Cu2O保護膜轉變為CuO,減輕因氧化物晶型轉變而造成的氧化物剝落。

5 結束語

定子冷卻水系統的腐蝕產物（主要是氧化銅/氧化亞銅）沉積引起阻塞是電廠常見問題，化學清洗只是一種補救措施。為了盡可能降低系統腐蝕，避免故障重復發生，我們建議對定子冷卻水采用堿化+低氧控制方式，將其最優化，使定子冷卻水系統水pH值提高至8～9，使水呈堿性，這樣就有效地控制了沉淀形成，并將主回路水的氧含量保持在10μg/L～30μg/L，可避免轉子絕緣管內形成導電層。此外，在定子冷卻水系統停運或檢修期間，實施發電機定子繞組的全程保養工作，盡可能降低發電機定子繞組的腐蝕風險，確保發電機組安全穩定運行。

[1]DL/T801—2010 大型發電機內冷卻水質及系統技術要求.北京：中國電力出版社，2011

[2]喻亞.非大型發電機內冷卻水質量管理與控制技術.湖北電力, 2005年12月 第29卷增刊

[3]劉斌,吳迪等.水內冷發電機定子線棒的停用保養.腐蝕科學與防護技術,2009年5月，第21卷第3期

[4]劉海青.發電機定子冷卻水出入口壓差異常原因及處理.東北電力技術,2010年第6期

[5]聞人勤.發電機內冷水銅導線腐蝕的原因及影響因素分析[J].華北電力技術,2003(3):15-17.

6]曾德勇.水內冷發電機冷卻水系統的堿性運行及影響因素[J].中國電力,2001,34(6):24-27,34.