發(fā)電機定冷水水質(zhì)異常分析及控制措施

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

關(guān)鍵詞：定冷水;二氧化碳;電導率;銅離子;解決措施

一、概述

發(fā)電機定冷水又稱發(fā)電機定子冷卻水，簡稱定冷水。部分大型發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子全部采用水冷卻，也有的是定子用水冷卻，轉(zhuǎn)子和鐵芯采用氫冷卻的。發(fā)電機定冷水通常選用除鹽水作為冷卻水質(zhì)，凝結(jié)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(fā)電機定子線棒始終處于熱力學不穩(wěn)定區(qū)，根據(jù)Cu-H2O體系中的電位-pH平衡圖可知：除鹽水對系統(tǒng)有一定的侵蝕性，另據(jù)學術(shù)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(qū)[1]。凝結(jié)水的pH值高，能夠一定程度的補償定冷水的pH值，但是凝結(jié)水中的氨對銅具有非常明顯的氨腐蝕，如果凝結(jié)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(chǎn)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(fā)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(jīng)沖洗或沖洗不徹底等都會使生水中的雜質(zhì)進入定冷水系統(tǒng)，造成系統(tǒng)腐蝕和堵塞，定冷水的電導率過高，降低了發(fā)電機的絕緣性能，同樣不利于發(fā)電機的安全運行。因此對發(fā)電機定冷水進行處理是十分必要的。

二、發(fā)電機定冷水水質(zhì)要求及質(zhì)量標準

2.1水質(zhì)要求

發(fā)電機定冷卻水應(yīng)采用除鹽水或凝結(jié)水。當發(fā)現(xiàn)汽輪機凝汽器有循環(huán)水漏人時，內(nèi)冷卻水的補充水必須用除鹽水。[2]由于內(nèi)冷水在高電壓電場中作冷卻介質(zhì)，因此各項質(zhì)量要求必須以保證發(fā)電機安全經(jīng)濟運行為前提。發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)應(yīng)符合如下技術(shù)要求：

a.有足夠的絕緣性能（即較低的電導率），以防止發(fā)電機線圈的短路。

b.對發(fā)電機銅導線和內(nèi)冷水系統(tǒng)無腐蝕性。????c.不允許發(fā)電機內(nèi)冷水中的雜質(zhì)在空心導線內(nèi)結(jié)垢，以免降低冷卻效果，使發(fā)電機線圈超溫，導致絕緣老化和失效。2.2 質(zhì)量標準????根據(jù)GB/T12145-2016《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》發(fā)電機定子空心銅導線冷卻水水質(zhì)控制標準的規(guī)定，如下表。[3]

三、案例分析

3.1某廠發(fā)電機冷卻系統(tǒng)概述

某廠#2發(fā)電機為QFSN-300-2型三相交流同步發(fā)電機，發(fā)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(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵芯及其構(gòu)件采用氫氣冷卻。主要冷卻介質(zhì)之一的氫氣，由裝在轉(zhuǎn)子兩端的漿式風扇強制循環(huán)，并通過設(shè)置在定子機座頂部汽、勵兩端的氫氣冷卻器進行冷卻。

發(fā)電機的結(jié)構(gòu)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(jīng)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(nèi)部分采用540?羅貝爾換位，以減小環(huán)流附加損耗。五分之一股線為空心股線?？招墓删€構(gòu)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(xù)纏繞模壓成型。繞組槽內(nèi)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(yīng)調(diào)峰運行工況并滿足事故狀態(tài)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(nèi)還裝有單獨的出水小匯流管。

定冷水系統(tǒng)中水泵從水箱內(nèi)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(fā)電機采用雙流環(huán)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(zhì)異常情況

#2機組停機檢修期間，10月21日10：30設(shè)備部電氣專業(yè)要求投入#2機定冷水反沖洗運行8h反沖洗時間到后聯(lián)系汽機專業(yè)檢查定冷水出口濾網(wǎng)，濾網(wǎng)內(nèi)有少量顆粒。

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

25日12：40檢修工作結(jié)束，氫氣置換二氧化碳。26日07點發(fā)電機氫氣置換二氧化碳結(jié)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(fā)電機補氫至250kpa，調(diào)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(tǒng)運行，停運后將系統(tǒng)內(nèi)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(lián)系化學手測離子交換柱進出口水質(zhì)0.7μs /cm合格，要求設(shè)備部儀表班重新校驗電導儀。13：00重新啟動定冷水系統(tǒng)，進行串水，電導降至4.5μs /cm。

27日04：30檢查定冷水系統(tǒng)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(tǒng)，進行原因分析。10：28經(jīng)排查較緊凝補水至凝結(jié)水注水門，定冷水系統(tǒng)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(fā)電機入口電導0.67μs/cm，停止串水?；灦ɡ渌到y(tǒng)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(xù)緩慢上升及銅離子持續(xù)超標。安排進行串水保持水質(zhì)的同時，進行原因分析。11月02日電導及銅離子逐步穩(wěn)定并降至合格范圍。

3.3原因排查分析

1、凝結(jié)水串水至凝補水系統(tǒng)，導致定冷水補水水源電導高。期間主要表現(xiàn)在26日22：24啟動凝結(jié)水系統(tǒng)后，27日04：30檢查定冷水系統(tǒng)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(tǒng)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(zhì)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(fā)電機進行CO2置換H2。期間CO2漏入發(fā)電機定冷水系統(tǒng)，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(qū)，銅表面的保護膜受到破壞，導致腐蝕。另外CO2還會與氧聯(lián)合作用，使銅表面的氧化銅保護膜轉(zhuǎn)變?yōu)閴A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(zhì)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(tǒng)后（或機組正常運行時），檢查發(fā)現(xiàn)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(jié)水輸送泵，利用凝補水經(jīng)過離子交換柱往定冷水進行串水。

（3）串水期間，若發(fā)現(xiàn)離子交換柱出口及定冷水系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)閉另一個電導率儀的取樣門。原因為：定冷水系統(tǒng)就地兩塊電導率儀在系統(tǒng)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(jié)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(jié)水電導率30μs/cm，可判斷凝結(jié)水串至凝補水，安排對各相關(guān)可互串閥門（凝結(jié)水至定冷水補水門、凝結(jié)水至閉式水補水門、凝補水至凝結(jié)水注水門）進行較緊。其中較緊凝補水至凝結(jié)水注水門，定冷水系統(tǒng)補水水源電導26μs/cm下降至正常0.45μs/cm。正常啟動凝結(jié)水系統(tǒng)時，按操作卡要求，需開啟凝補水至凝結(jié)水注水門，待凝結(jié)水系統(tǒng)注水結(jié)束后關(guān)閉，啟動凝結(jié)水系統(tǒng)，因此正常操作關(guān)閉注水門需確認已較緊。

4.2定冷水系統(tǒng)銅離子超標控制措施

定冷水系統(tǒng)投運后，化驗系統(tǒng)銅離子超標，可進行如下處理：

（1）及時聯(lián)系化學值班化驗定冷水系統(tǒng)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(lián)系化驗班及化學儀表班檢修人員到場;

b、通知運行盤前監(jiān)盤人員后，關(guān)閉離子交換柱出口、定冷水系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(nèi)，暫不安排進行定冷水串水，保持離子交換柱并入系統(tǒng)循環(huán)運行，并確保流量調(diào)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(diào)至最大，即1000L/h）向定冷水箱進行串水。串水至定冷水箱水質(zhì)電導率與離子交換柱出水電導率接近時，停止串水。

（6）根據(jù)現(xiàn)場情況，重復（4）、（5）步操作，直至定冷水系統(tǒng)銅離子及PH值穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)。

五、總結(jié)

當CO2漏入發(fā)電機定冷水，使水的PH值急劇下降，使銅落入腐蝕區(qū)，銅表面的保護膜受到破壞，導致腐蝕。另外CO2與氧聯(lián)合作用，使銅表面的氧化銅保護膜轉(zhuǎn)變?yōu)閴A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(xiàn)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(fā)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(fā)生絕緣引水管閃絡(luò)、定子繞組短路情況發(fā)生。

因此，機組正常運行中，需時刻關(guān)注定冷水水質(zhì)。在發(fā)生水質(zhì)異常情況下，及時分析原因并進行處理，同時需做好發(fā)電機各相關(guān)參數(shù)監(jiān)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(fā)電機內(nèi)冷水pH調(diào)節(jié)防腐?！陡g科學與防護技術(shù)》，2007，19（3）：162-163

[2] 周世平，阮羚等，《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》DL/T801-2010：1

[3] 曹杰玉，孫本達等，水內(nèi)冷發(fā)電機的冷卻水質(zhì)量標準?！痘鹆Πl(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)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(qū)南埔鎮(zhèn)，郵編362804.