大型发电机定子绕组及内冷水系统运行异常分析处理与防范措施

聂勇智

（广东国华粤电台山发电有限公司，广东 江门 529228）

现代大型汽轮发电机定子绕组由于采用水冷方式，设计电流密度选取值很大，例如国产600WM汽轮发电机定子绕组设计电流密度：8.1/mm2，下层线棒为10.1A/mm2。而早年生产的老式氢外冷气轮发电机定子绕组设计电流密度只有2.8-3.2A/mm2左右，显然对水冷汽轮发电机定子绕组及其冷水系统提出了极高的要求。

由于种种原因，使发电机定子绕组及其内冷水系统发生异常运行情况，最终造成发电机定子绕组绝缘破坏的故障时有发生，对此，国家电网公司颁发的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中，针对水冷汽轮发电机定子绕组及其内冷水系统的安全运行提出了明确的要求。

一、异常运行分析及处理

A发电厂＃2发电机是上海电机厂制造的600MW汽轮发电机其定子绕组为水内冷

1 定子绕组异常运行情况简介

1.1 2004年7月16日投产前作短路试验时，线棒间出水温差高达15℃.投产后，在额定负荷下线棒间温差长期在12℃以上。并有时随运行时间增长而温差增大的趋势。其中以＃9下和＃39上线棒最为严重。

1.2 在60%额定负荷左右时，各线棒间出水温差属正常范围，当负荷增加到额定负荷的80%以上时，个别线棒的出水温度开始与负荷的增加成正比升高，此时与其对应的线棒温度也升高，使线棒间温差达6℃以上，其中以＃9下和＃39上线棒表现最为突出。

1.3 出水温度偏高的线棒全都在定子绕组水平中心以下位置，其中以上层线棒;:＃34、＃37、＃39、＃40和下层线棒＃5、＃7、＃8、＃9的出水温度为最高，其它位于定子绕组水平中心以下的线棒的出水温度也全都偏高。

1.4 投产运行至今近三个月以来，定子绕组进出口内冷水压差与长期稳定不变的特点。

2 异常运行情况分析处理

2.1 从上述异常运行情况的各种表现可断定，该发电机从168试运前短路试验时开始，定子绕组个别线棒已经与机械杂质堵塞，从定子近出口水压差能长期保持稳定不变这一事实，更说明是个别线棒堵塞。

2.2 运行中切换滤网，投入从未运行过的滤网，发现期内部有较多细颗粒状机械杂质和体积较大（约1.2×1.5×2.0mm）数量较少，质地柔韧的深褐色不规则形状杂物，另外，还有从滤网破损脱落下来的毛绒状纤维物。

停机后，首先作热水流试验，发现各线棒出水降温曲线分散性较大，但与运行中出水温度偏高的线棒无明显对应关系。在进行定子绕组整体正向冲洗前后检查滤网时，发现有少量细颗粒状机械杂质。在进行反向冲洗后检查滤网时，发现有很多细颗粒状机械杂质和较多大块貌似氧化皮状杂物，其中最大的体积约0.3×4×5mm.经化验认为这些杂物的主要成分是氧化铜和四氧化三铁生成的。焊后这些氧化物没有彻底清除，运行中铜导体与氧化层之间产生膨胀差，最终使氧化层脱落被水冲走至滤网里或卡滞在线棒空心导线内。另外，还有发现滤网破损脱落下来碎片及毛绒状纤维物，其中最大的碎片体积约2×5×12mm。

拆开发电机，对出水温度的个别线棒单根分别用氮气、凝结水、氮气加凝结水（即水锤法）先后进行反复数次正反向冲洗，直至杂质异物彻底清除和水流量测试合格为止。这些个别线棒的槽号分别是:上层＃33、＃34、＃37、＃39和下层＃5、＃7、＃8、＃9共8根线棒。

恢复绕组线棒水路后，发电机进行整体正反向冲洗，检查滤网未发现异物和杂质，然后作热水流试验，发现各线棒出水温度下降曲线比较集中一致。

发电机重新投入运行后，在50%负荷时，线棒间出水温差达5℃左右，属不正常现象，当在额定负荷时，线棒间出水温差：上层＃39与＃6之间达10℃，下层＃9与＃39之间达7℃，其它各线棒温度及线棒间温差，线棒出水温度及线棒间出水温差分布情况与停机处理前的分布情况有较大变化，即有的原来温度低的温度变高了，温差也变大了，也有原来温度高的温度变低了，温差也变小了。唯独不变的是原来出水温度偏高的上层＃39线棒和下层＃9线棒的温度仍然偏高。可是上层＃39线棒间出水温差由本次处理前的13℃减小到10℃，而下层＃9线棒则由本次处理前的13℃减小到7℃，它们的温差比较对象即槽号都变了。

该发电机于投产前，定子绕组及其内水系统中存在机械杂质异物，运行中随着水循环进入并堵塞个别线棒，使这些被堵塞的线棒不断加重堵塞和可能产生其它新的被堵塞的线棒。这就是随着运行时间的增长，线棒及线棒出水温度和温差有所升高趋势的成因。

由于该型式发电机定子绕组两侧汇流管上的总进出口水管是设计在最高顶点处，这样一来，内冷水中的杂质异物在汇流管内是自上而下的漂浮沉降，而定子绕组水平中心的线棒端部都位于水平中心以上，易接收杂质异物而被堵塞，所以，实际上，凡是出水温度偏高的线棒基本上都位于定子绕组水平中心一下。

发电机定子绕组及其内冷水系统一旦有杂质异物，且线棒已经有个别堵塞现象情况出现后，经验证明，只靠正反冲洗，不可能彻底解决此问题，这时必须要整台绕组线棒单根正反冲洗才能凑效，同时还要彻底清扫检查内冷水系统，否则只单根正反向冲洗温度异常偏高的个别几根线棒，即使达到了目的，那么，当定子绕组及其内冷水系统装复后，做整体正反向冲洗时或投入运行内冷水进入循环状态时，由于没进行单根正反向冲洗的大多数线棒内杂质异物的存在，还可能使业已吹扫干净的单根线棒重新被堵塞或将来本能通畅的线棒产生新的堵塞，因此，对已经被杂质异物堵塞和污染的定子绕组，建议要施以整台线棒单根正反向冲洗方法，才能收到确切的彻底清扫效果。

二、防止定子绕组及其内冷水系统异常运行的防范措施

在认真贯彻落实国家电网公司颁发的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中针对型汽轮发电机定子绕组及其内冷水系统运行的补充意见，融进“重点要求”中，作为防范措施供参考。

1 定子绕组内冷水箱上方加装氢气含量在线监测装置，防止因主绝缘磨损，空心导线磨损漏水或定子绕组其它原因的漏水故障发展扩大成为绕组短路事故。

2 严格控制定子绕组进口内冷水压力与发电机间的压差，即氢气压力比内冷水压力高0.03-0.05Mpa，为此内冷水压力表应安装在位于发电机定子绕组进水汇流管水平中心线的标高处。

3 发电机定子绕组内冷水箱充氮装置和水封装置必须保证连续正常投入运行，防止内冷水过高溶氧而加速氧化腐蚀定子绕组。

4 定子绕组内冷水的水质应按照∕801-2002《大型发电机内冷水质及系统技术要求》，严格控制规定范围，为减缓铜空心导线的氧化腐蚀，必须控制pH值在7.0-9.0之间。

5 加强对内冷水泵维护检修，禁止使用石棉盘根，采用可靠的机械密封，杜绝因动静部分磨损下来的粉末杂物进入定子绕组的故障发生。

6 完善定子绕组内冷水反冲洗系统，定期进行反冲洗，经实际运行考察，若认为现用的滤网没有确定的可靠性，就要更换比原来数目大的激光打孔的不锈钢板制成的新型滤网，防止滤网破碎进入定子绕组。

7 完善定子绕组内冷水进出口旁路管道，凡在发电机外部内冷水系统进行解体大修后，内冷水必须首先经旁路管道循环12h以上，确认水质合格后，方可使内冷水进入定子绕组。

8 扩大发电机内部两侧汇流排污口径，并安装不锈钢法兰，以便检查和清除汇流管中的杂质，特别是其下部的沉积杂质和异物。

9 内冷水系统中原是橡胶密封垫圈的应全部更换成聚四氟乙烯垫圈，防止橡胶密封垫圈老化龟裂掉渣而堵塞定子绕组的故障发生。

10 大修时，或必要时应对定子绕组线棒分路做单根水流量试验，以检查有无杂质异物堵塞故障。

11 发电机定子绕组线棒作单根水流量试验，要用稳压水源装置（自行设计制作），试验用水源压力和测取流量时间按厂家规定统一执行，试验时所用管道口径和长度一致，以便作历次试验分析比较。

12 运行中，对定子绕组线棒层间测温元件之间的温差和对定子绕组线棒同层（上层的或下层的）的出水温差，要加强监视。

温差控制值应按制造厂的规定，制造厂无明确规定的，应按以下限额执行：定子绕组线棒层间最高与最低温差达8℃或定子绕组线棒出水温差达8℃时报警，应及时查明原因，此时可将低负荷。定子绕组线棒温差达14℃或定子绕组线棒出水温差达12℃，或任一定子绕组线棒槽内层间测温元件温度超过90℃，或任一定子绕组线棒出水温度超过85℃时，在确认测量元件无误后，应立即停机处理。

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