大型发电机组定子水路堵塞故障分析

2016-08-16孙磊

中国高新技术企业 2016年22期

关键词：装机容量定子

摘要：当前，火力发电装机容量占全国总装机容量的70%以上，汽轮发电机是火力发电厂的重要组成部分，而定子水路堵塞是导致火力发电机组故障的重要原因。文章针对国内大型火力发电机组定子水路堵塞原因进行了分析，并提出了处理方法与防范措施。

关键词：大型发电机组；定子；水路堵塞故障；定冷水；装机容量文献标识码：A

中图分类号：TM623 文章编号：1009-2374（2016）22-0055-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.027

1 绪论

1.1 研究背景和意义

随着国民经济的快速发展，全国用电需求越来越大。截至2014年底，全国装机总量达13.6亿千瓦，其中火力发电厂总装机容量为9.7亿千瓦，占全国总装机容量的70%以上，这表明目前火力发电厂仍是给电网供电的主要电厂，因此汽轮发电机已成为电网供电的主力机组。汽轮发电机安全稳定的运行关系着电力工业及国民经济的发展。

影响汽轮发电机（尤其是600MW或是1000MW汽轮发电机）安全稳定运行的因素很多，其中定子线棒堵塞、漏水、断水的现象尤为突出，这些故障严重威胁着汽轮发电机的稳定运行，因此，国内外对发电机定子冷却水系统问题的研究非常重视。

1.2 主要研究内容

本文以QFSN-1000-2三相同步发电机为例详细介绍了1000MW发电机定子结构以及定子冷却水系统，并对发电机定子水路堵塞的原因进行分析，针对故障原因提出解决方法及预防措施。

2 1000MW发电机定子及定子冷却水系统

2.1 发电机定子结构

QFSN-1000-2三相同步发电机定子主要由机座、定子铁心、定子绕组、端盖等组成。

2.1.1 机座与端盖。机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。此外，机座可以防止氢气泄露和承受住氢气的爆炸力。

端盖是发电机密封的一个组成部分，为了安装、检修、拆装方便，端盖由水平分开的上下两半构成，并设有端盖轴承。在端盖的合缝面上设有密封沟，沟内充以密封胶以保证良好气密。

2.1.2 定子铁芯。定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件，为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，定子铁芯采用导磁率高、损耗小、厚度为0.5mm的优质冷轧硅钢片冲制而成。冲片为有取向2齿片（如图1所示），槽内放入定子线棒，背部开鸽尾槽，用于固定到定位筋上。边段铁心设计为阶梯形，增加铁心和转子之间的气隙，降低由定子铁心端部的漏磁通及其相关电气损耗引起的端部发热。

2.1.3 定子绕组。定子绕组由矩形的空心和实心股线采用罗贝尔换位编制而成（如图2所示），其中空心股线通入定冷水冷却定子绕组。换位的目的是让每根股线沿轴向长度，分别处于槽内不同高度的位置，这样使得每根股线的漏电抗相等，使每根股线内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生的环流及附加损耗。

定子绕组端部所有股线均焊到水电接头上，所有空心股线中的冷却水通过水电接头的水路接至靠滑环端的汇流母管。

定子绕组在槽内的固定如图3所示，侧面有半导体弹性波纹板，径向还用带斜度的槽楔组合固定。绕组的端部设有特殊的支撑系统，用浸胶涤玻绳绑扎固定在端部固定件上，绑扎固定后进行烘焙固化，使得整个端部在径向和轴向上为刚性固定，确保端部固有频率远离倍频，避免运行中发生共振。

2.1.4 定子出线。QFSN-1000-2三相同步发电机各相和中性点出线均通过集电环端机座下部出线罩引出机座，在出线罩与定子外机座之间放置有密封垫以维持气密性。出线罩板采用非磁性材料以减少定子电流产生的涡流损耗。出线罩板下方开有排泄孔以防止引线周围积存油或水。

2.2 定子冷却水系统

QFSN-1000-2三相同步发电机定子冷却水系统主要设备包括定子冷却水泵、定冷水冷却器、定子冷却水过滤器及去离子装置。

QFSN-1000-2三相同步发电机定子绕组是由除盐水来冷却的，除盐水补给水来自凝结水系统。补给水在通入发电机绕组以前，先经过定子冷却水系统里的去离子装置进行离子交换，然后储存在定子冷却水箱里。冷却水由定子冷却水泵注入空心定子导体，由发电机励侧进，汽侧出，流出的定子冷却水由定冷水冷却器冷却。在冷却器出口设有两只过滤器，用来去除冷却水中的固体杂质。发电机定子冷却水箱有充氮保护。系统运行时，水箱上部充以氮气，使可能漏至水冷系统中的氢气与氮气混合并排至大气，同时也能防止空气进入冷却水，以保持水质。整个系统流程如图4所示。

2.3 本章小结

本章以QFSN-1000-2三相同步发电机为例介绍其定子结构以及定子冷却水系统，为下一章分析定子冷却水堵塞原因奠定了理论基础。

3 定子水路堵塞原因分析及处理方法

定子水路堵塞在国内外很普遍，除用不锈钢管之外，据调查不论哪一家，国内外公司都发生过定子水路堵塞，国内情况更严重一些。国内进口机组中最严重的是GEC公司360MW，1998年竟发生10多公斤铜堵塞，日立1000MW、ALSTOM950MW等都发生了定子水路堵塞，国内几大家都发生了类似问题。

3.1 定子水路堵塞原因分析

定子水路堵塞分异物堵塞、氧化铜腐蚀、引线气堵三种，原因不同处理方法也不相同。

3.1.1 异物堵塞。异物堵塞主要是异物颗粒进入定子水路，如发电机制造或安装时遗留的异物，进水管路滤网破损或发电机检修时将异物引入。

例如：定州电厂#1发电机定子线棒堵塞击穿，2004年2月5日，定州电厂#1发电机13槽汽端上层出水盒3/4被纸巾堵塞，导致13、14上层线棒R处裂纹击穿，造成不应有损失。

3.1.2 氧化铜腐蚀。由上文可知，定子线棒的材料是铜，在一定条件下，定子线棒和定冷水发生化学反应生成氧化铜，如未及时采取措施，将会引起更严重

事故。

例如：定州电厂#2发电机定子线棒堵塞，定州电厂2004年9月10日完成#2机组168试运，11月20日出现个别同层出水温度差13摄氏度，临修、小修反冲洗均无效，个别线棒流量差仍超过10%。2006年2月大修决定更换4、7、9、13、31共5根下层线棒和所有上层线棒，处理后问题得到解决，原因是运行水质不好和制造厂残水引起的定子线棒腐蚀。

3.1.3 引线气堵。定冷水加压时，管道中的水在没有气泡的情况下循环运行：如果由于某种原因导致定冷水流失，管道上部会中存在大量气体。由于空气比水的密度小，高压端的水因为压不下空气而被阻断，导致这条管道里的水无法循环，形成气堵。

3.2 定子水路堵塞的处理方法及防范措施

定子水路堵塞，外观现象是水流量减少、进水压力增加或进出水压差增加、定子线棒温度增加或各线棒之间的温差增加等，如不及时处理，会引起定子线棒过热，从而引发线棒绝缘损坏或发电机短路事故。针对定子水路堵塞不同原因处理方法也不同。

为了将定子水路堵塞异物排除，可采用定冷水系统扰动方法，即改变定冷水流量，如未改变堵塞情况，可采用反冲洗。

情况严重时，应立即停机，针对水流量低的线棒重点冲洗，必要时进行酸洗。酸洗的主要目的是去除定子线棒的氧化铜腐蚀。

为防止定子线棒氧化铜腐蚀，对定子冷却水有着严格的要求，由图5可知，定冷水pH值在8.5～8.7时铜的腐蚀速率最低。因此定冷水pH值应控制偏碱性。例如：沿海某电厂1000MW机组发电机定冷水pH值规定为8。

国内常见几种内冷水优化装置的参数比较如表1。

经过比较，国内大型汽轮发电机大多采用微量加碱+专用混床优化处理法处理定冷水，严格控制定冷水的pH值、电导率、铜离子含量、硬度。例如：沿海某电厂1000MW机组发电机定冷水经过优化装置后电导率控制在0.3μs/cm以下。

3.3 本章小结

本章主要阐述了大型汽轮发电机定子水路堵塞的原因以及处理方法和防范措施。

4 结语

本文以QFSN-1000-2三相同步发电机为例详细介绍了1000MW发电机定子结构以及定子冷却水系统，并针对发电机定子水路异物堵塞、氧化铜腐蚀、引线气堵原因进行分析，根据堵塞原因不同提出了处理方法，如加大水流量方法、反冲洗法等，重点阐述了如何控制定冷水pH值、电导率相关参数来降低定子线棒的腐蚀。