托克托電廠600MW發電機冷氫溫度高原因分析及處理

秦軍旗

摘 要：依據托克托電廠近年來幾起600MW發電機運行中冷氫溫度高的處理過程和SIS曲線對發電機歷史運行數據的記錄，分析了托克托電廠600MW發電機運行中冷氫溫度高的原因。引起托克托電廠600MW發電機運行中冷氫溫度高的主要原因有發電機冷卻器冷卻水管堵塞，冷卻器排空失效，發電機內漏油。根據不同的引起托克托電廠600MW發電機運行中冷氫溫度高的原因，給出了解決托克托發電廠600MW發電機運行中冷氫溫度高的具體方法和防范措施。

關鍵詞：發電機；冷卻器；氫氣；溫度高

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0135-03

托克托電廠目前有8臺600MW發電機，一期兩臺600MW東方日立發電機，二至四期6臺600MW東方發電機。這8臺發電機各有4個氫氣冷卻器，冷卻器立放在發電機機座的四角，冷卻器均由開式水冷卻，冷卻器水管材質為鎳白銅，冷卻器水管繞片材質為紫銅。8臺發電機均采用單流環密封油系統，水氫氫冷卻方式，徑向多流式密閉循環的通風方式，安裝在轉軸上的軸流式風扇將氫氣分別鼓入氣隙和鐵芯背部，進入鐵芯背部的的氫氣再進入各個風區冷卻發電機各個部件，最后氫氣從機座風道進入冷卻器，被冷卻器冷卻后的氫氣進入風扇前，進行再循環。這8臺發電機在近年來運行中均出現過冷氫溫度高的問題，發電機運行中要求冷氫溫度在35～46℃之間，但實際運行中，有些發電機的冷氫溫度已高達55℃，有些甚至更高。發電機運行中冷氫溫度高，造成發電機內部鐵芯、線棒等部件的熱量散發不出去，直接影響到發電機的使用壽命，限制了發電機的輸出能力。

1 發電機運行中冷氫溫度高的原因分析

發電機的冷氫溫度即被氫氣冷卻器冷卻后的氫氣溫度。除去發電機冷卻和通風系統的設計缺陷，發電機在運行中冷氫溫度高應從兩個方向著手分析。一是發電機產生了比正常運行時多的熱量，超出了發電機的設計散熱能力，例如發電機內氫氣純度低于設計值，發電機的通風損耗及轉子摩擦損耗將增加，這樣發電機內產生的總的熱量就有可能超出發電機的散熱能力，使得發電機冷氫溫度高。二是發電機氫氣冷卻器在發電機運行中換熱不良導致發電機冷氫溫度高。從托克托電廠近年來處理的發電機冷氣溫度高的實踐來看，后一種原因，即發電機氫氣冷氣器在發電機運行中換熱不良占主要原因。

1.1 冷卻器冷卻水管堵塞

托克托電廠8臺600MW發電機冷卻器冷卻水管在運行中均有過不同程度的堵塞造成發電機在運行中冷氫溫度高，托克托電廠冷卻器用的冷卻水為開式水，水質較臟，容易堵塞冷卻器水管，一期兩臺東方日立發電機因其冷卻器水管的內徑較小，更容易堵塞。水管被水中的雜物堵塞，一方面使水流量減少，另一方面又因冷卻水與管壁之間存在的污泥減弱了冷卻水和管壁的熱交換，使得發電機冷氫溫度高。

圖1為托克托電廠2號發電機在2016年4月19日至4月22日期間，一個氫氣冷卻器的冷氫溫度與發電機負荷的SIS歷史曲線圖。從圖中曲線的前段部分可以看出，2號發電機在滿負荷運行時冷氫溫度已達50℃，超出冷氫標準上限溫度4℃。圖中凸出的冷氫溫度曲線部分為冷卻器在線捅刷時，因冷卻器進出水路被關閉，冷卻器內無水流過，失去了冷卻功能，固冷氫溫度上升至58℃。一組冷卻器捅刷時，機組限負荷在420MW。從圖中曲線的后半段可以看出冷卻器捅刷后，冷卻器的冷卻效果明顯改善，冷氫溫度在機組滿負荷運行時為42℃，溫度值符合標準。

發電機冷卻器在線捅刷時的方法及注意事項有：在措施方面，要關閉冷卻器進出水門，打開冷卻器排污門和排空門，排出冷卻器內的存水；確認冷卻器內水已放干凈，以防水室蓋板打開后，水漏到發電機下的其他設備上，造成設備損壞或跳機事件，托克托電廠已發生兩起因冷卻水流到發電機出線箱內造成機組不能按期并網的事故；冷卻器在線捅刷時，需一組一組的捅刷，發電機停運一組冷卻器要求降負荷20%運行，但這時其他冷卻器的冷卻能力也因管路堵塞而降低，故要根據實際情況限負荷運行，如托克托電廠2號發電機冷卻器在線捅刷時將負荷限制在420MW運行，如按降負荷20%算，限負荷值應為480MW；冷卻器捅刷的工具為長6米，外徑8mm，內徑5mm的銅管，銅管內部穿一根鉛絲，鉛絲一端綁扎一大小合適的試管刷，另一端綁扎在銅管上，試管刷比冷卻器銅管稍大些，試管刷一定要綁扎牢固；用一頭帶試管刷的銅管逐個捅刷冷卻器水管，注意遇到捅不動的水管，不能使勁捅，以防捅漏冷卻器水管，一旦冷卻器銅管被捅漏，發電機內400kPa左右的氫氣就會泄露出來。

防止發電機冷卻器水管堵塞而造成冷氫溫度高的防范措施有：合理的安排發電機冷卻器水管捅刷工作，如機組長期運行，捅刷工作應選在機組低負荷時期進行；根據機組運行狀態，盡量將冷卻器捅刷工作安排在發電機停機或機內氫氣置換后進行；最根本的防范措施是想辦法改善冷卻水水質，保證冷卻水水路濾網的質量和性能。

1.2 冷卻器排空失效

發電機冷卻器排空失效，冷卻器在檢修投運后會在上水室內聚集大量的氣體，或在正常運行中冷卻器上水室內聚集大量從水中析出的氣體，水室蓋內的氣體占據了水流的路徑，導致冷卻器的水流量減小，從而降低了冷卻器的換熱能力，最終導致發電機冷氫溫度高。

圖2為托克托電廠6號發電機在2016年11月24日至11月25日期間，一個氫氣冷卻器的冷氫溫度與發電機負荷的SIS歷史曲線圖。從圖中曲線可以看出發電機起機后，此組冷卻器冷氫溫度高達60℃，造成冷氫溫度高的原因是這組冷卻器排空失效，這組冷卻器排空失效的原因是排空管路堵塞，無法排空。冷卻器通水后，大量的空氣聚集在冷卻器上水室內，此時上水室內僅有一薄層水流從上水室內流過，水流量及其小，造成冷卻器不能冷卻，故冷氫溫度高達60℃。從圖中后半段曲線可以看出對冷卻器采取排空措施后，冷氫溫度下降到41℃。

因此組冷卻器排空管路堵塞無法排空，故需采取特殊措施：關閉冷卻器進出水門，松動固定氫氣冷卻器上水室蓋兩條相鄰螺栓，待能感覺到有空氣從水室蓋與冷卻器結合面處呲出即可，通過觀察進水壓力表判斷冷卻器內水壓的變化情況，待冷卻器進水壓力將近為0時，稍打開冷卻器進水門，壓力稍增加一點即可，待冷卻器上水室蓋板松動的螺栓處有水流出時，擰緊之前松動的兩道螺栓，再完全打開冷卻器進出水門。雖然此種方法不能完全的排空上水室蓋內的空氣，但從圖中可以看出這種方法也達到了很好的效果。此種方法的原理是：托克托電廠所處地理環境氣壓大約為90kPa，冷卻器上水室蓋松動螺栓處有水流出時，上水室內氣體的絕對壓力為90kPa，松動的兩道螺栓被擰緊后，因冷卻器進水壓力約220kPa，故此時冷卻器上水室內的氣體絕對壓力為310kPa，根據氣體溫度、體積、壓強計算公式，這時水室蓋板內的氣體體積縮小為三分之一還要多，故上水室內可以通過和最大水流量比三分之二多的水流量。

防止因冷卻器排空失效而引起冷氫溫度高的措施有：定期進行冷卻器排空，合理安排排空周期，在冷卻水質較差的情況下，這個周期要盡量短些，這樣可以減少因水質差而導致排空管路堵塞的可能性；對冷卻器進行排空時，應逐個對冷卻器進行排空，托克托電廠的大多數冷卻器排空管路兩路或四路并一路，如果兩路或四路一起排空，很可能造成有的冷卻器未排空的情況；發電機運行中如有排空管路損壞或堵塞，應利用機組停機時期及時進行疏通和修復。

1.3 發電機內漏油

托克托電廠8臺600MW發電機內部均有不同程度的進油，可以確定的是發電機內的進油是密封油通過內油擋與發電機轉軸之間的間隙或內油擋自身的間隙進入發電機內部的。密封油大量進入發電機內，在氫氣循環的帶動下形成油霧，附著在發電機內部的各個部件上。其中，因轉子高速旋轉，密封油附著量幾乎沒有，因氫氣冷卻器冷卻水管上的繞片幾乎成水平狀態，且因為了增加換熱面積，繞片做成褶皺型，上述兩個原因導致繞片上部大量附著密封油，相比于繞片上部積油，繞片下部積油較少。這樣，氫氣冷卻器水管上的繞片與氫氣之間加了一層密封油，減弱了氫氣與繞片的換熱。托克托電廠8號發電機內部進油最為嚴重，8號發電機在夏季大負荷運行時冷氫溫度高達55度，嚴重影響機組的安全、穩定運行。工作人員多次對8號發電機氫氣冷卻器進行在線捅刷，冷氫溫度下降效果均不明顯。

圖3為托克托電廠8號發電機在2016年8月1日至8月15日期間，其中兩個氫氣冷卻器冷氫溫度與發電機負荷的SIS歷史曲線圖。從圖中可以看出，在此時期內，發電機冷氫溫度高達55℃，且波動較大。2016年9月至10月中修期間，工作人員檢查發現發電機勵磁端密封瓦與軸頸有摩擦痕跡，造成發電機軸頸磨損，密封瓦與軸頸間隙變大，導致密封油回油量增加，密封油回油量超出了內油擋的擋油能力，大量密封油進入發電機內。這次中修期間工作人員做了如下相關的工作：對磨損的軸頸進行了補焊處理，調整好了密封瓦與軸頸間的間隙；對發電機出線罩內大量的積油進行了清理；抽出了四組氫氣冷卻器，冷卻器抽出平放到地面后，聚集在繞片上大量的密封油淌到了地面，對氫氣冷卻器冷卻水管內部進行了沖洗，但并未對冷卻器水管上的繞片進行專門的清洗。2016年10月末8號機組檢修完畢起機后，8號發電機冷卻器冷氫溫度明顯下降許多，隨著時間的推移，冷卻效果是越來越好。分析其原因為本次中修所做的工作徹底的解決了密封油大量進入發電機內的這一缺陷，且清理了發電機出線箱內部的積油，冷卻器銅管繞片上的積油雖未特意的清理，但繞片上的積油已減少，且隨著氫氣循環逐漸被帶走，從排污管路排出，繞片上的油越來越少，冷卻器的換熱能力越來越強，固冷卻器的冷氫溫度表現為逐漸下降趨勢，最終冷氫溫度符合要求且穩定。

圖4為8號發電機在2017年8月1日至8月15日期間，其中兩個氫氣冷卻器冷氫溫度與發電機負荷的SIS歷史曲線圖。從圖中可以看出此時期內發電機冷氫溫度穩定在42℃左右，且波動很小。

因密封油漏進發電機內而造成冷氫溫度高的解決辦法是要徹底的治理住發電機內漏油的問題。防止因發電機內漏油而引起發電機冷氫溫度高的防范措施有：在發電機檢修時要做好內油擋、密封瓦的檢修、監督和驗收工作；可將普通油擋更換為新型油擋，東方電機廠家目前有一種新型油擋能較好的擋住密封油，防止密封油內漏；檢修中調整好密封瓦與軸頸間隙和位置；防止誤操作造成油氫壓力不符合要求導致密封油大量進入發電機內的事件；利用機組停機機會，清理發電機出線箱內積油，清理氫氣冷卻器繞片上油垢，對繞片上的油污，可用熱水沖洗，必要時可加入一些磷酸三鈉，沖洗干凈后再用壓縮空氣吹干。

2 結語

通過以上分析和在托克托電廠的實踐，托克托電廠目前冷氫溫度高的主要原因有冷卻水管堵塞，冷卻器排空失效，發電機內部進油這三大原因。氫氣冷卻器冷氫溫度高的原因也有可能是冷卻水溫度、壓力、水質、氣體純度、監測元件、初始設計等某一方面或多方面原因綜合引起的，因此在分析氫氣冷卻器冷氫溫度高時要全面、綜合的進行分析、比較，找出真正的引起冷氫溫度高的原因，在工作中以達到事半功倍的效果。

參考文獻

[1]安洪光，佟義英.火力發電生產典型異常事件匯編.輔機部分[M].北京.中國電力出版社，2013.

[2]倪安華.電氣設備及其系統[M].北京.中國電力出版社，2007.