大型發電機組定子水路堵塞故障分析

摘要：當前，火力發電裝機容量占全國總裝機容量的70%以上，汽輪發電機是火力發電廠的重要組成部分，而定子水路堵塞是導致火力發電機組故障的重要原因。文章針對國內大型火力發電機組定子水路堵塞原因進行了分析，并提出了處理方法與防范措施。

關鍵詞：大型發電機組；定子；水路堵塞故障；定冷水；裝機容量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2016）22-0055-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.027

1 緒論

1.1 研究背景和意義

隨著國民經濟的快速發展，全國用電需求越來越大。截至2014年底，全國裝機總量達13.6億千瓦，其中火力發電廠總裝機容量為9.7億千瓦，占全國總裝機容量的70%以上，這表明目前火力發電廠仍是給電網供電的主要電廠，因此汽輪發電機已成為電網供電的主力機組。汽輪發電機安全穩定的運行關系著電力工業及國民經濟的發展。

影響汽輪發電機（尤其是600MW或是1000MW汽輪發電機）安全穩定運行的因素很多，其中定子線棒堵塞、漏水、斷水的現象尤為突出，這些故障嚴重威脅著汽輪發電機的穩定運行，因此，國內外對發電機定子冷卻水系統問題的研究非常重視。

1.2 主要研究內容

本文以QFSN-1000-2三相同步發電機為例詳細介紹了1000MW發電機定子結構以及定子冷卻水系統，并對發電機定子水路堵塞的原因進行分析，針對故障原因提出解決方法及預防措施。

2 1000MW發電機定子及定子冷卻水系統

2.1 發電機定子結構

QFSN-1000-2三相同步發電機定子主要由機座、定子鐵心、定子繞組、端蓋等組成。

2.1.1 機座與端蓋。機座是用鋼板焊成的殼體結構，它的作用主要是支持和固定定子鐵芯和定子繞組。此外，機座可以防止氫氣泄露和承受住氫氣的爆炸力。

端蓋是發電機密封的一個組成部分，為了安裝、檢修、拆裝方便，端蓋由水平分開的上下兩半構成，并設有端蓋軸承。在端蓋的合縫面上設有密封溝，溝內充以密封膠以保證良好氣密。

2.1.2 定子鐵芯。定子鐵芯是構成發電機磁路和固定定子繞組的重要部件，為了減少鐵芯的磁滯和渦流損耗，定子鐵芯采用導磁率高、損耗小、厚度為0.5mm的優質冷軋硅鋼片沖制而成。沖片為有取向2齒片（如圖1所示），槽內放入定子線棒，背部開鴿尾槽，用于固定到定位筋上。邊段鐵心設計為階梯形，增加鐵心和轉子之間的氣隙，降低由定子鐵心端部的漏磁通及其相關電氣損耗引起的端部發熱。

2.1.3 定子繞組。定子繞組由矩形的空心和實心股線采用羅貝爾換位編制而成（如圖2所示），其中空心股線通入定冷水冷卻定子繞組。換位的目的是讓每根股線沿軸向長度，分別處于槽內不同高度的位置，這樣使得每根股線的漏電抗相等，使每根股線內電流均勻，減少直線及端部的橫向漏磁通在各股導體內產生的環流及附加損耗。

定子繞組端部所有股線均焊到水電接頭上，所有空心股線中的冷卻水通過水電接頭的水路接至靠滑環端的匯流母管。

定子繞組在槽內的固定如圖3所示，側面有半導體彈性波紋板，徑向還用帶斜度的槽楔組合固定。繞組的端部設有特殊的支撐系統，用浸膠滌玻繩綁扎固定在端部固定件上，綁扎固定后進行烘焙固化，使得整個端部在徑向和軸向上為剛性固定，確保端部固有頻率遠離倍頻，避免運行中發生共振。

2.1.4 定子出線。QFSN-1000-2三相同步發電機各相和中性點出線均通過集電環端機座下部出線罩引出機座，在出線罩與定子外機座之間放置有密封墊以維持氣密性。出線罩板采用非磁性材料以減少定子電流產生的渦流損耗。出線罩板下方開有排泄孔以防止引線周圍積存油或水。

2.2 定子冷卻水系統

QFSN-1000-2三相同步發電機定子冷卻水系統主要設備包括定子冷卻水泵、定冷水冷卻器、定子冷卻水過濾器及去離子裝置。

QFSN-1000-2三相同步發電機定子繞組是由除鹽水來冷卻的，除鹽水補給水來自凝結水系統。補給水在通入發電機繞組以前，先經過定子冷卻水系統里的去離子裝置進行離子交換，然后儲存在定子冷卻水箱里。冷卻水由定子冷卻水泵注入空心定子導體，由發電機勵側進，汽側出，流出的定子冷卻水由定冷水冷卻器冷卻。在冷卻器出口設有兩只過濾器，用來去除冷卻水中的固體雜質。發電機定子冷卻水箱有充氮保護。系統運行時，水箱上部充以氮氣，使可能漏至水冷系統中的氫氣與氮氣混合并排至大氣，同時也能防止空氣進入冷卻水，以保持水質。整個系統流程如圖4所示。

2.3 本章小結

本章以QFSN-1000-2三相同步發電機為例介紹其定子結構以及定子冷卻水系統，為下一章分析定子冷卻水堵塞原因奠定了理論基礎。

3 定子水路堵塞原因分析及處理方法

定子水路堵塞在國內外很普遍，除用不銹鋼管之外，據調查不論哪一家，國內外公司都發生過定子水路堵塞，國內情況更嚴重一些。國內進口機組中最嚴重的是GEC公司360MW，1998年竟發生10多公斤銅堵塞，日立1000MW、ALSTOM950MW等都發生了定子水路堵塞，國內幾大家都發生了類似問題。

3.1 定子水路堵塞原因分析

定子水路堵塞分異物堵塞、氧化銅腐蝕、引線氣堵三種，原因不同處理方法也不相同。

3.1.1 異物堵塞。異物堵塞主要是異物顆粒進入定子水路，如發電機制造或安裝時遺留的異物，進水管路濾網破損或發電機檢修時將異物引入。

例如：定州電廠#1發電機定子線棒堵塞擊穿，2004年2月5日，定州電廠#1發電機13槽汽端上層出水盒3/4被紙巾堵塞，導致13、14上層線棒R處裂紋擊穿，造成不應有損失。

3.1.2 氧化銅腐蝕。由上文可知，定子線棒的材料是銅，在一定條件下，定子線棒和定冷水發生化學反應生成氧化銅，如未及時采取措施，將會引起更嚴重

事故。

例如：定州電廠#2發電機定子線棒堵塞，定州電廠2004年9月10日完成#2機組168試運，11月20日出現個別同層出水溫度差13攝氏度，臨修、小修反沖洗均無效，個別線棒流量差仍超過10%。2006年2月大修決定更換4、7、9、13、31共5根下層線棒和所有上層線棒，處理后問題得到解決，原因是運行水質不好和制造廠殘水引起的定子線棒腐蝕。

3.1.3 引線氣堵。定冷水加壓時，管道中的水在沒有氣泡的情況下循環運行：如果由于某種原因導致定冷水流失，管道上部會中存在大量氣體。由于空氣比水的密度小，高壓端的水因為壓不下空氣而被阻斷，導致這條管道里的水無法循環，形成氣堵。

3.2 定子水路堵塞的處理方法及防范措施

定子水路堵塞，外觀現象是水流量減少、進水壓力增加或進出水壓差增加、定子線棒溫度增加或各線棒之間的溫差增加等，如不及時處理，會引起定子線棒過熱，從而引發線棒絕緣損壞或發電機短路事故。針對定子水路堵塞不同原因處理方法也不同。

為了將定子水路堵塞異物排除，可采用定冷水系統擾動方法，即改變定冷水流量，如未改變堵塞情況，可采用反沖洗。

情況嚴重時，應立即停機，針對水流量低的線棒重點沖洗，必要時進行酸洗。酸洗的主要目的是去除定子線棒的氧化銅腐蝕。

為防止定子線棒氧化銅腐蝕，對定子冷卻水有著嚴格的要求，由圖5可知，定冷水pH值在8.5～8.7時銅的腐蝕速率最低。因此定冷水pH值應控制偏堿性。例如：沿海某電廠1000MW機組發電機定冷水pH值規定為8。

國內常見幾種內冷水優化裝置的參數比較如表1。

經過比較，國內大型汽輪發電機大多采用微量加堿+專用混床優化處理法處理定冷水，嚴格控制定冷水的pH值、電導率、銅離子含量、硬度。例如：沿海某電廠1000MW機組發電機定冷水經過優化裝置后電導率控制在0.3μs/cm以下。

3.3 本章小結

本章主要闡述了大型汽輪發電機定子水路堵塞的原因以及處理方法和防范措施。

4 結語

本文以QFSN-1000-2三相同步發電機為例詳細介紹了1000MW發電機定子結構以及定子冷卻水系統，并針對發電機定子水路異物堵塞、氧化銅腐蝕、引線氣堵原因進行分析，根據堵塞原因不同提出了處理方法，如加大水流量方法、反沖洗法等，重點闡述了如何控制定冷水pH值、電導率相關參數來降低定子線棒的腐蝕。

參考文獻

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作者簡介：孫磊，男，黑龍江齊齊哈爾人，供職于廣東大唐國際雷州發電有限責任公司，研究方向：電氣工程及自

動化。

（責任編輯：蔣建華）