600 MW定子线棒出水温度异常原因分析及处理方案

齐瑞鹏

(哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040)

0 引言

近年来，随着现代社会电力需求不断增加、技术水平的提高，人们对大型水氢冷汽轮发电机的冷却系统要求越来越高，尤其是对定子线棒冷却系统的运行要求提高，但实际运行中定子线棒经常出现温度异常现象。水氢冷汽轮发电机定子线棒采用水内冷的冷却方式，当发电机工况发生变化时，定子线棒出水温度也会发生变化。为保证发电机定子线棒内水温处于正常水平，应对故障特征进行仔细辨识，查明原因并及时处理，避免误判造成损失。本文结合600 MW等级水氢冷发电机定子线棒出水温度异常实例，对其现象、原因进行分析，提出有针对性、合理的处理方案及措施，并在实践中得到验证。

1 故障情况

某电厂#1汽轮发电机型号为QFSN-600-2，额定功率为600 MW，额定电压20 kV，定子绕组为双Y接线形式，采用水氢氢的冷却方式。该机组投产运行7年，运行期间定子线棒出水温度均未出现异常。某日定子#1槽内下层线棒出水温度与同层线棒出水温度差值达到报警值，在此期间不同工况下，该线棒出水温度差值见表1，发电机定子线棒其余测点温度均在正常范围内。

表1 不同工况下定子#1槽内下层线棒与同层线棒出水温度差值情况

2 原因分析

一般情况下，造成发电机定子线棒出水温度异常的主要原因为测温元件故障和定子线棒异常。测温元件是监测发电机运行状况的关键部件，通常预置在机组内部，测温元件故障、安装工艺的分散性及电气接触不良，均会导致定子线棒出水温度异常。本文发电机#1槽内下层线棒出水温度的测温元件安装在线棒出水绝缘连接管接头上，经现场对测温元件及回路检查，该测点元器件无异常，故排除测温回路问题。

发电机定子线棒的通水导线锈蚀、堵塞，冷却水出力不稳定等因素，都会引起定子线棒出水温度异常。依据DL/T 1164—2012《汽轮发电机运行导则》，对发电机定子线棒冷却水的压力和定子三相电流进行检查，结果无异常，故排除冷却水出力不稳定因素[1]。在机组停机检修期间，通过内窥镜观察定子#1槽内下层线棒汽励两端水盒内部情况，发现励端水盒内无异常，汽端水盒内1根空心导线中有亮点，疑似异物，如图1所示。

图1 汽端水盒内情况

从#1槽内下层线棒励端充氮气至0.5 MPa对线棒内部进行吹扫，线棒汽端流出的水带有黑色粉末，经化验后确认黑色粉末为氧化铜，并未发现其它异物，如图2所示。水排净后再次使用内窥镜对定子#1槽内下层线棒汽励两端水盒内部情况进行检查，观察发现汽端水盒内亮点消失。

图2 黑色粉末

为确认其他定子线棒是否存在黑色粉末，对出水温度较高的定子线棒分别进行吹扫，其中#9槽内下层线棒发现少许黑色粉末，其余线棒未发现黑色粉末及异物，故排除其他定子线棒存在黑色粉末。

根据机组长期运行状态和检查结果，可以确认定子#1槽内下层线棒温度异常是由线棒中通水导线堵塞所导致的。定子线棒水路堵塞可分为异物堵塞、腐蚀、引线气堵三种[2]，造成本发电机#1槽内下层线棒出水温度异常的原因为氧化铜腐蚀，而水质中含氧量偏高和pH值偏低是引起氧化铜腐蚀的最主要原因。《汽轮发电机产品使用说明书技术数据及曲线》中对水质的要求是：25 ℃时的pH值8～9，铜化合物含量≤20 μg/L，电导率在0.5～1.5 μs/cm范围内，而电厂没有保存相应的水质检测数据，无法直接确定电厂的水质是否符合要求。通过对比同类型机组定子线棒出现氧化腐蚀的情况，以及长期运行经验来看，机组#1槽内下层定子线棒出水温度异常的主要原因是水质不合格所导致。

3 处理方案及建议

机组停机检修时，拆除#1槽内下层线棒水接头处防护，安装冲洗工具，单独对线棒进行冲洗与反冲洗工作。线棒出水口阀门全开使水流量最大，水压0.35 MPa左右进行水锤式多次冲击；清理后检查线棒出水端滤网是否有异物杂质等；最后重新装配新绝缘引水管，做热水流试验，检查线棒堵塞情况。

机组停机检修后，在541～570 MW负荷情况下，测量出#1槽内下层线棒出水温度与同层线棒出水温度差值在6.1～7.2 K范围，虽未到达报警值，但相比其它槽内线棒的同槽内出水温度差值还是相对高点，如表2所示。

表2 不同工况下定子#1槽内下层线棒与同层线棒出水温度差值情况

此现象是由于定子#1槽内下层线棒的通水导线已经明显发生过氧化腐蚀，氧化铜附着在空心铜线内部，虽经过反复冲洗处理，但通水导线内部仍存在氧化铜。运行一段时间后，由于定子冷却水起到冲洗作用，内部堵塞明显好转，#1槽内下层线棒出水温度差值降为1 K左右。

为避免定子线棒由氧化腐蚀造成线棒出水温度异常的情况再次发生，建议现场运维人员重点关注以下几点：

(1) 定子线棒氧化腐蚀，是由于水质不合格所导致，根据《汽轮发电机产品使用说明书技术数据及曲线》中对水质的要求应严格监控定子内冷水水质，水质要求如下：

铜化合物含量≤20 μg/L

25 ℃时的电导率0.5～1.5 μs/cm

25 ℃时的pH值8～9

25 ℃时的硬度<2 μgE/L

25 ℃时的含氨(NH3)量微量

25 ℃时的含氧量<20 μg/L

(2) 运行中监测定子内冷水入口、出口压力，监测绕组温度及出水温度及差值变化及与出力变化趋势。

(3) 在机组停机检修时反复冲洗，检测每次反复冲洗后的水质情况，并定期对冲洗滤网进行检查，检查滤网是否存在磨损或表面附着杂质等现象。

4 结论

通过对600 MW等级水氢冷汽轮发电机定子线棒出水温度异常的实例分析，快速有效确认出问题原因，即忽视了对定子线棒的定期保养，且未按照《汽轮发电机产品使用说明书技术数据及曲线》标准对定子内冷水水质进行严格监控，从而导致定子线棒出水温度异常。本文提出的处理方案与建议，避免了定子线棒由氧化腐蚀造成的堵塞风险，有效的解决了定子线棒出水温度异常问题，为发电机的安全稳定运行提供了参考和帮助。