发电机内冷水处理方式选择与应用

龙协峰

（贵州黔桂发电有限责任公司 贵州盘县 553531）

发电机内冷水处理方式选择与应用

龙协峰

（贵州黔桂发电有限责任公司 贵州盘县 553531）

火电厂发电机内冷水系统的水质与发电机的对地绝缘性能和铜线棒的腐蚀速率密切相关，其水质控制方法直接影响机组的运行安全。我厂发电机内冷水系统采用专用水质处理装置，通过特殊的离子交换工艺处理，提高内冷水的pH值，降低内冷水的电导率和铜离子浓度，使发电机内冷水各项水质指标达到国家标准要求。

发电机；内冷水处理；选择；应用

1 基本情况介绍

贵州黔桂发电有限责任公司“上大压小”改建工程为2×660MW机组，发变组采用的是东方电机股份有限公司生产的QFSN-660-2-22B三相同步发电机，额定功率660MW（扣除采用自并励静止励磁所需的功率），额定容量733.3MVA，额定电压22kV，额定功率因数0.9，最大连续输出功率与汽轮机相匹配，最大容量783MVA。发电机采用水-氢-氢冷却方式。即定子线圈直接水冷，转子线圈直接氢冷（气隙取气方式），定子铁芯氢冷，定子引出线氢冷。密封油系统采用单流环式密封。

2 发电机铜线腐蚀的机理

在中性或弱酸性水溶液中Cu-H2O体系的反应如下：

由反应式⑴可知，影响铜在水中腐蚀的因素是水中的溶解氧浓度和pH值，降低内冷水中的溶解氧浓度或提高内冷水的pH值都可以抑制反应式（1）的平衡向右移动，有效阻止发电机铜线棒在内冷水中的腐蚀。

当溶解氧浓度小于100μg/L时，铜腐蚀速度与溶解氧浓度几乎成线形关系，溶解氧浓度越高，铜腐蚀速度越大。因此，《大型发电机定冷水质及系统技术要求》（DL/T801-2010）规定定冷水的溶解氧浓度小于30μg/L，以降低铜线棒腐蚀速度；随着水中溶解大。但当溶解氧浓度的含量增大到一定值时，由于铜的表面钝化，其腐蚀速度又会降低。该规律表明，对于非密闭内冷水系统，溶氧量不能降到30μg/L以下，不采取除氧措施，保持较高溶氧量反而可以降低铜的腐蚀速度。

图1 溶解氧浓度与铜腐蚀速度的关系曲线（40℃）

在Cu-H2O体系的电位与pH平衡图中，当pH>6.8时，Cu-H2O体系中的铜处于钝化区，即在中性及弱碱性水溶液中，铜表面能形成致密的氧化亚铜膜，隔断铜本体与氧气、水的接触，阻止铜的进一步腐蚀；但是当水溶液的碱性较大时，水溶液中的Cu-H2O体系将发生如下反应：

反应（2）的发生使反应（1）的平衡向右移动，促进了铜的腐蚀。由此可见，在低pH值的水溶液中，由于铜表面不能生成氧化亚铜保护膜而使铜快速腐蚀；而在高pH值的水溶液中，由于水溶液中的铜离子的络合，同样加速了铜的腐蚀。因此，DL/T801-2002标准提出了内冷水的pH值控制上限，即控制内冷水pH7.0～9.0。

由于很难完全密封内冷水系统，受空气中CO2的影响，内冷水和补充的除盐水的pH值一般在6.2～6.5之间。在这样的水质条件下，根据电位与pH平衡图，铜处于腐蚀区，腐蚀产物进入内冷水导致内冷水中的铜离子浓度和电导率增大。所以，内冷水系统难于密封，内冷水pH值超标，必然导致电导率和铜离子浓度超标。实际生产中为了保证发电机的绝缘要求，采用频繁更换内冷水或采用小混床处理以保证电导率达标。在这个过程中铜离子被部分除去而达标，但pH值仍没有达标，导致铜线棒腐蚀的因素仍存在，铜线棒的腐蚀没有被阻止。

3 发电机内冷水水质要求及质量标准

（1）对水质要求由于内冷水在高电压电场中作冷却介质，因此各项质量要求必须以保证发电机安全经济运行为前提。发电机内冷水水质应符合如下技术要求：①有足够的绝缘性能（即较低的电导率），以防止发电机线圈的短路。②对发电机铜导线和内冷水系统无腐蚀性。③不允许发电机内冷水中的杂质在空心导线内结垢，以免降低冷却效果，使发电机线圈超温，导致绝缘老化和失效。

（2）系统配置处理方式及水质情况：在发电机内冷水处理系统上设置200升小混床，利用特种树脂进行水质处理，处理后水质基本达到DL/T801-2002标准（pH 为 7～9，电导率为≤0.5μS/cm（25℃））标准。

（3）现行质量标准根据《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》（DLT801-2010）的规定，发电机内冷水质量标准如下：内冷水主要水质指标包括 pH 值（8.0～9.0）、电导率（0.4～2.0μS/cm（25℃））和含铜量≤20μg/L。控制pH值是为了阻止发电机铜线棒腐蚀。除盐水纯度高，能够满足绝缘要求，但是除盐水pH值较低，一般在6.0～6.8之间，使得发电机定子线棒始终处于热力学不稳定区，从铜离子浓度与pH的关系曲线图可知，在pH为8.5时，铜的腐蚀速率最小（见图2）。

图2 铜离子浓度（即腐蚀）与pH的关系

（4）发电机内冷水的三大指标，电导率、pH值和铜离子浓度，它们之间有密切的联系，在碱性（7.5～9.0）的状态下，电导率与pH值呈一定的正比关系，而pH值>8的时候，能保证铜离子浓度<10ppb，因此调整装置的阀门可根据内冷水的pH值进行调节，辅以注意内冷水电导率。

但是，如果内冷水呈酸性（pH<7），电导率与pH值就不成正比关系了，因为此时铜的腐蚀速率会迅速上升，铜离子浓度的上升也会导致电导率升高。尽量避免内冷水在酸性状态，因为此状态会导致电导率、pH值和铜离子不断恶化，甚至恶性循环。

4 系统改造

2015年9月份，采用某公司提供的专用内冷水处理装置，型号为SZSY-3型。根据机组发电机内冷水系统的现场实际情况，在系统流程不变的基础上进行改造。选用离子交换树脂应为均粒树脂，树脂失效后可再生重复使用；树脂采用H型、Na型、阴树脂配合使用，改造后流程如图3所示。

图3

5 改造后运行效果（见表1～2）

从CS系统采集的数据可以看出，改造后水质达到《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》（DLT801-2010）的规定。

表1 （#1机组运行数据）

表2 （#2机组运行数据）

6 结束语

该装置在我公司的应用从目前运行情况看，效果运行良好，树脂再生周期长，维护量少，操作简便，从根本上减缓和抑制了对铜导线的腐蚀。

TG172.81

A

1004-7344（2016）21-0063-02

2016-7-7

龙协峰（1977-），男，苗族，贵州晴隆人，助理工程师，本科，主要从事电厂化学水处理及水分析管理工作，研究方向为防止电厂热力设备结垢、积盐、腐蚀，电厂用油质监督和入炉煤质管理。