發電機定冷水水質異常分析及控制措施

摘要：本文介紹了發電機定冷水的作用及水質要求和質量標準，并通過某廠異常情況分析，表明隨著H2漏入發電機內冷水中的主要雜質氣體CO2，是造成內冷水水質異常的原因，并提出水質異常時的處理思路以及針對故障原因提出解決措施。

關鍵詞：定冷水;二氧化碳;電導率;銅離子;解決措施

一、概述

發電機定冷水又稱發電機定子冷卻水，簡稱定冷水。部分大型發電機定子和轉子全部采用水冷卻，也有的是定子用水冷卻，轉子和鐵芯采用氫冷卻的。發電機定冷水通常選用除鹽水作為冷卻水質，凝結水作為備用水源。除鹽水純度高，能夠滿足絕緣要求，但是pH值較低，一般在6.0～6.8之間，使得發電機定子線棒始終處于熱力學不穩定區，根據Cu-H2O體系中的電位-pH平衡圖可知：除鹽水對系統有一定的侵蝕性，另據學術期刊介紹：銅、鐵金屬在水中遭受的腐蝕是隨著水溶液pH值的降低而增大的。銅、鐵在pH=8左右為腐蝕的鈍化區[1]。凝結水的pH值高，能夠一定程度的補償定冷水的pH值，但是凝結水中的氨對銅具有非常明顯的氨腐蝕，如果凝結水采用加氨處理的情況下就不適合作為定冷水的補充水源。

由于定冷水的pH低，使水中含銅量及電導率均在高限，腐蝕產物還可能在線棒的通流部分沉積，引起局部過熱，甚至造成局部堵死，影響發電機組的安全運行。運行過程中水冷器的泄漏以及水冷器投運前未經沖洗或沖洗不徹底等都會使生水中的雜質進入定冷水系統，造成系統腐蝕和堵塞，定冷水的電導率過高，降低了發電機的絕緣性能，同樣不利于發電機的安全運行。因此對發電機定冷水進行處理是十分必要的。

二、發電機定冷水水質要求及質量標準

2.1水質要求

發電機定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人時，內冷卻水的補充水必須用除鹽水。[2]由于內冷水在高電壓電場中作冷卻介質，因此各項質量要求必須以保證發電機安全經濟運行為前提。發電機內冷水水質應符合如下技術要求：

a.有足夠的絕緣性能（即較低的電導率），以防止發電機線圈的短路。

b.對發電機銅導線和內冷水系統無腐蝕性。????c.不允許發電機內冷水中的雜質在空心導線內結垢，以免降低冷卻效果，使發電機線圈超溫，導致絕緣老化和失效。2.2 質量標準????根據GB/T12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》發電機定子空心銅導線冷卻水水質控制標準的規定，如下表。[3]

三、案例分析

3.1某廠發電機冷卻系統概述

某廠#2發電機為QFSN-300-2型三相交流同步發電機，發電機采用水、氫、氫冷卻方式，即定子線圈及其相組連接線、主引線、中性點引線及出線瓷套均采用水內冷，轉子繞組、定子鐵芯及其構件采用氫氣冷卻。主要冷卻介質之一的氫氣，由裝在轉子兩端的漿式風扇強制循環，并通過設置在定子機座頂部汽、勵兩端的氫氣冷卻器進行冷卻。

發電機的結構型式為密封式。定子鐵芯由高導磁、低比損耗的無取向冷軋硅鋼板沖制的扇形片疊壓而成，每張沖片的兩面均經絕緣處理。定子線圈由實心股線和空心股線編織而成，繞組槽內部分采用540?羅貝爾換位，以減小環流附加損耗。五分之一股線為空心股線?？招墓删€構成冷卻線圈的水路。因此線圈本身的溫度很低。定子繞組對地絕緣采用“F”級多膠云母帶連續纏繞模壓成型。繞組槽內部分的固定采用在上、下層線棒間放有中溫固化適形材料，以使相互保證徑向壓緊的同時允許線棒軸向漲縮，以便適應調峰運行工況并滿足事故狀態下所要求的足夠的剛度和強度。定子繞組總進、出水匯流管分別裝在機座的勵端和汽端，在出線罩內還裝有單獨的出水小匯流管。

定冷水系統中水泵從水箱內抽取冷卻水、以冷卻器、過濾器送往定子繞組，最后再回到水箱，形成一個回路。主水路冷卻水的導電率運行是由離子交換器來控制的。由離子交換器、流量計組成的軟化水回路旁路接于主水路冷卻器出口和水箱之間。通過離子交換器的水量一般不超過主水路水量的8%～10%，軟化后的水導電率為0.1～0.4?s/cm，從而維持冷卻水的低電導率要求。當軟化后水導電率高且不能維持冷卻水導電率要求時，離子交換器可短時退出運行進行再生或更換。

發電機采用雙流環式密封，通過軸頸與密封瓦之間的油膜阻止氫氣外逸。

3.2定冷水水質異常情況

#2機組停機檢修期間，10月21日10：30設備部電氣專業要求投入#2機定冷水反沖洗運行8h反沖洗時間到后聯系汽機專業檢查定冷水出口濾網，濾網內有少量顆粒。

因需進行2號機組發電機氫系統檢修工作（排氫口加裝阻火器），21日19：00 開始#2發電機氣體置換二氧化碳置換氫氣，停止定冷水系統運行。23日09：33#2發電機二氧化碳置換氫氣結束。

25日12：40檢修工作結束，氫氣置換二氧化碳。26日07點發電機氫氣置換二氧化碳結束，投入定冷水及離子交換柱，檢查電導較高3.7μs/cm且緩慢上升;09：10#2發電機補氫至250kpa，調整油氫差壓及定冷水壓正常，定冷水流量正常，因電導居高不下，停運定冷水系統運行，停運后將系統內存水放空后補至550mm后再次啟動2A定冷水泵，電導仍較高10μs/cm。12：30聯系化學手測離子交換柱進出口水質0.7μs /cm合格，要求設備部儀表班重新校驗電導儀。13：00重新啟動定冷水系統，進行串水，電導降至4.5μs /cm。

27日04：30檢查定冷水系統電導突升至10μs/cm，離子交換柱出口電導突升至26μs /cm，停運定冷水系統，進行原因分析。10：28經排查較緊凝補水至凝結水注水門，定冷水系統離子交換柱出口電導下降至正常0.45μs/cm，對定冷水進行串水。15：00發電機入口電導0.67μs/cm，停止串水。化驗定冷水系統銅超標61μg/L（標準 ≤20μg/L）、PH值6.3偏低。

28日機組啟動后，因定冷水不串水情況下，電導持續緩慢上升及銅離子持續超標。安排進行串水保持水質的同時，進行原因分析。11月02日電導及銅離子逐步穩定并降至合格范圍。

3.3原因排查分析

1、凝結水串水至凝補水系統，導致定冷水補水水源電導高。期間主要表現在26日22：24啟動凝結水系統后，27日04：30檢查定冷水系統電導突升至10μs /cm，離子交換柱出口電導突升至26μs /cm。

2、定冷水回水箱管入口位置過高，使沒有封閉的水箱水位表面在回水的攪拌下與大氣充分接觸，大氣中的CO2能夠影響到定冷水PH值及電導率。實際檢查回水箱管入口位置并不高，排除此項原因。

3、定冷水泵機械密封漏空氣，機械密封摟入的空氣在隨泵體打水的過程，也會將空氣中的CO2帶入，同樣會影響定冷水PH值及電導率。通過切換泵運行排除此項原因。

4、冷卻器中閉式水漏入至定冷水。機組運行中閉式水電導1.2μs/cm，PH值為8.5左右，如有漏入，會影響電導，但不會使PH值降低。而實際化驗定冷水系統PH值約6.3左右，排除此項原因。

5、定冷水中漏入H2影響。純H2本身不會對定冷水的PH值及電導差生影響，但H2中雜質氣體如空氣及CO2氣體卻影響到定冷水PH值及電導率。在#2機組停機檢修期間，發電機進行CO2置換H2。期間CO2漏入發電機定冷水系統，定冷水是純水，緩沖性小，即使有少量CO2進入，也會使水的PH值急劇下降，使銅落入腐蝕區，銅表面的保護膜受到破壞，導致腐蝕。另外CO2還會與氧聯合作用，使銅表面的氧化銅保護膜轉變為堿式碳酸銅，在水流沖刷下易剝落，使水中銅離子含量增加。

四、定冷水水質異?？刂拼胧?/p>

4.1定冷水電導高控制措施

（1）啟動定冷水系統后（或機組正常運行時），檢查發現電導超標，需安排進行串水，使電導降至合格范圍。

（2）串水時，啟動凝結水輸送泵，利用凝補水經過離子交換柱往定冷水進行串水。

（3）串水期間，若發現離子交換柱出口及定冷水系統電導無下降趨勢，需及時查找原因，具體如下：

a、檢查離子交換柱出口及定冷水系統就地電導取樣管回水門是否開啟;

b、安排對定冷水補水、離子交換柱出口進行手測電導率。

如測量定冷水補水及離子交換柱出口電導率合格。為確保DCS/就地電導儀其中一個水樣的真實電導率，可以關閉另一個電導率儀的取樣門。原因為：定冷水系統就地兩塊電導率儀在系統串水操作時因取樣排水互相串水，會造成測值不真實。

如測量定冷水補水水源（就地補水手動門前放水門處）電導率高，需分別測量凝補水電導率、凝結水電導率。以本次10月27日情況為例，測量凝補水電導率0.45μs/cm、凝結水電導率30μs/cm，可判斷凝結水串至凝補水，安排對各相關可互串閥門（凝結水至定冷水補水門、凝結水至閉式水補水門、凝補水至凝結水注水門）進行較緊。其中較緊凝補水至凝結水注水門，定冷水系統補水水源電導26μs/cm下降至正常0.45μs/cm。正常啟動凝結水系統時，按操作卡要求，需開啟凝補水至凝結水注水門，待凝結水系統注水結束后關閉，啟動凝結水系統，因此正常操作關閉注水門需確認已較緊。

4.2定冷水系統銅離子超標控制措施

定冷水系統投運后，化驗系統銅離子超標，可進行如下處理：

（1）及時聯系化學值班化驗定冷水系統PH值，

（2）檢查離子交換柱是否投運，如未投運及時投入。

（3）離子交換柱投入情況下，需確認樹脂是否失效，具體方法為：

a、聯系化驗班及化學儀表班檢修人員到場;

b、通知運行盤前監盤人員后，關閉離子交換柱出口、定冷水系統電導率儀取樣門及回水門。

c、安排化學儀表班檢修人員解開離子交換柱出口、定冷水系統電導率儀取樣管法蘭。

d、安排化驗班分別對離子交換柱出口、定冷水系統電導取樣管處取水樣，并化驗銅離子及PH值。

e、若化驗離子交換柱出口銅離子合格，可判斷樹脂未失效。若銅離子超標且PH值與定冷水系統PH值較為接近，則通知檢修更換樹脂。

（4）確認離子交換柱樹脂正常，定冷水電導在標準值范圍內，暫不安排進行定冷水串水，保持離子交換柱并入系統循環運行，并確保流量調至最大，即900～1000L/h。

（5）檢查定冷水電導接近標準值2.0μs/cm，用凝補水通過離子交換柱（離子交換柱流量調至最大，即1000L/h）向定冷水箱進行串水。串水至定冷水箱水質電導率與離子交換柱出水電導率接近時，停止串水。

（6）根據現場情況，重復（4）、（5）步操作，直至定冷水系統銅離子及PH值穩定在合格范圍內。

五、總結

當CO2漏入發電機定冷水，使水的PH值急劇下降，使銅落入腐蝕區，銅表面的保護膜受到破壞，導致腐蝕。另外CO2與氧聯合作用，使銅表面的氧化銅保護膜轉變為堿式碳酸銅，使水中銅離子含量增加。由于H2還有還原作用，銅離子會在定子導線溫度高的地方析出，形成不均勻鍍銅現象，造成定子線圈同流面積減小，阻力增加，降低其冷卻能力，造成發電機定子線圈溫度升高。此外定冷水電導升高，會使定冷水電導性增加，絕緣性能下降，發生絕緣引水管閃絡、定子繞組短路情況發生。

因此，機組正常運行中，需時刻關注定冷水水質。在發生水質異常情況下，及時分析原因并進行處理，同時需做好發電機各相關參數監視工作。

參??考??文??獻：

[1] 謝學軍，呂珂，晏敏，潘玲等，銅水體系電位-pH圖與發電機內冷水pH調節防腐?！陡g科學與防護技術》，2007，19（3）：162-163

[2] 周世平，阮羚等，《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》DL/T801-2010：1

[3] 曹杰玉，孫本達等，水內冷發電機的冷卻水質量標準。《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》：GB/T 12145—2016：7

作者簡介：吳振華，男，福建上杭，大學本科，工程師，長期從事火電廠集控運行和運行管理工作，單位：國電泉州熱電有限公司，福建省泉州市泉港區南埔鎮，郵編362804.