發電機定子冷卻水水質控制技術分析

鐘翠

摘 要：介紹影響內冷水腐蝕和堵塞的因素。內冷水處理的原理和應用，并對每種方法進行了評價。

關鍵詞：發電機;內冷水;腐蝕

發電機內冷水作為高壓電場中的冷卻介質，其水質好壞直接影響發電機的運行安全，這一特殊環境要求其必須具備絕緣性，對銅導線無腐蝕性，同時不能有顆粒物沉積，否則將造成銅導線堵塞燒毀事故。為了達到這個要求，國家相關標準對內冷水水質做出了嚴格規定， 最新電力標準 DL/T1039-2016 《發電機內冷水處理導則》對內冷水各項指標的規定如表 1 所示。

a適用于轉子獨立冷卻水系統和雙水冷卻機組公用循環水系統。

1發電機銅線棒腐蝕機理

在中性或弱酸性水溶液中Cu-H2O體系的反應如下：

反應式⑴可知，影響銅在水中腐蝕的因素是水中的溶解氧濃度和pH值，降低內冷水中的溶解氧濃度或提高內冷水的pH值都可以抑制反應式⑴的平衡向右移動，有效阻止發電機銅線棒在內冷水中的腐蝕。

如圖1所示，當溶解氧濃度小于100μg/L時，銅腐蝕速度與溶解氧濃度幾乎成線形關系，溶解氧濃度越高，銅腐蝕速度越大。該規律表明，對于非密閉內冷水系統，溶氧量不能降到30μg/L以下，不采取除氧措施，保持較高溶氧量反而可以降低銅的腐蝕速度。

圖2是Cu-H2O體系的電位-pH平衡圖，當pH>6.8時，Cu-H2O體系中的銅處于鈍化區，即在中性及弱堿性水溶液中，銅表面能形成致密的氧化亞銅膜，隔斷銅本體與氧氣、水的接觸，阻止銅的進一步腐蝕;但是當水溶液的堿性較大時，水溶液中的Cu-H2O體系將發生如下反應：

反應⑵的發生使反應⑴的平衡向右移動，促進了銅的腐蝕。由此可見，在低pH值的水溶液中，由于銅表面不能生成氧化亞銅保護膜而使銅快速腐蝕;而在高pH值的水溶液中，由于水溶液中的銅離子的絡合，同樣加速了銅的腐蝕。因此，DL/T801-2010標準提出了內冷水的pH值控制上限，即控制內冷pH=7.0～9.0（有除氧工況）和pH=8.0～9.0（無除氧工況）。圖3的試驗曲線證實了上述結論。

內冷水主要水質指標包括pH值、電導率和含銅量。制定pH值標準是為了阻止發電機銅線棒腐蝕，其理論依據是Cu-H2O體系的電位-pH平衡圖（圖2）。

當凝汽器泄漏時，凝結水中有硬度，采用凝結水作補充水就有可能在內冷水系統沉積鈣垢，導致內冷水過水通道堵塞。對于密閉內冷水系統，內冷水溶氧量較小，處于圖1中的線性區域，即銅線棒的腐蝕速率與內冷水溶氧量呈線性關系。為控制銅腐蝕速率，并考慮現有除氧技術條件，規定了內冷水的溶氧量小于30μg/L。

由于目前的發電機內冷水系統絕大部分沒有除氧系統，內冷水的溶氧量指標均不能合格，考慮到實際運行要求，《大型發電機定冷水質及系統技術要求》（DL/T801-2010）增加了不除氧工況，即在不除氧的工況下，控制pH=8.0～9.0，也認為內冷水水質合格。

2.目前國內常用的內冷水處理工藝

2.1 小混床旁路處理工藝

原理是取出內冷水循環量的8～10%通過裝有H型和OH型樹脂的小混床旁路處理，除去內冷水中的銅離子和其他雜質離子，降低內冷水的電導率和銅離子濃度。采用此工藝的內冷水電導率在0.1μS/cm（25℃）左右，pH值在7.0左右，內冷水質不能達到新標準要求，銅線棒腐蝕的因素依然存在。而且小混床中的離子交換樹脂失效后不能再生，需要購買新樹脂更換，運行成本較高。

2.2 微堿性處理工藝和加堿處理工藝

該工藝也是采用小混床旁路處理內冷水循環量的8～10%，只是改變了小混床的離子交換樹脂種類及其數量比例， 將Na型、H型和OH型三種樹脂以一定數量混合裝入混床中，出水水質決定于小混床中的離子交換樹脂層態分布及其數量比例，不能人為調控內冷水水質，因此內冷水質波動較大，內冷水pH值在6.5～7.5（標準值為pH值8.0～9.0），水質不能根據標準要求調整，難于保證內冷水水質達標。而且小混床中的離子交換樹脂失效后不能再生，每次更換樹脂需要10多萬元，運行成本較高。

加堿處理工藝是在上述小混床旁路處理的基礎上增加一臺劑量泵和一個NaOH溶液箱，在滿足電導率要求的前提下，通過在線化學儀表自動控制向內冷水中加入少量的氫氧化鈉以提高內冷水pH值，需要7-10天配一次氫氧化鈉溶液。該工藝對控制系統要求嚴格，在線化學儀表、檢測傳感器、信號放大電路、信號傳輸過程以及加藥泵驅動控制系統等環節中的任何故障均可能導致內冷水水質波動，甚至過度加藥導致內冷水電導率嚴重超標致使發電機絕緣不合格，影響發電機運行安全。所以只可作為臨時處理措施，不宜作為長期運行方式。

2.3 分床處理工藝（陰陽床處理工藝）

分床處理工藝是將Na型、H型和OH型三種樹脂分別裝在三個離子交換器內，內冷水并聯進入Na床和H床，然后進入OH床，調節Na床的進水量可以調節內冷水的pH值，調節H床的進水量可以調節內冷水的電導率，從而人為調控內冷水水質使其滿足標準要求（見圖5），可以控制pH值8.0～8.3，電導率0.4～1.0μS/cm（25℃），銅離子濃度小于10μg/L。整個運行周期內水質指標能穩定達標，旁路處理水量僅為內冷水循環量的1～2%

2.4 使用“凝結水+除鹽水”調節內冷水水質的工藝

“凝結水+除鹽水”：該工藝將凝結水和除鹽水引入中間水箱，通過在線化學儀表和PLC自動控制調節中間水箱水質，當水質達到標準后補入內冷水箱，并將內冷水箱中不合格的內冷水排入凝汽器熱水井。

當凝結水系統出現異常情況時，將直接影響到發電機內冷水的水質。例如一旦凝汽器泄漏，循環冷卻水進入凝結水，將鈣鎂等雜質帶入內冷水，在發電機銅線棒內結垢積鹽，堵塞發電機銅線棒，也會使發電機局部過熱燒毀。

在線化學儀表和控制系統故障很難人為掌控，所以自動控制本身就存在一定的不安全因素。

2.內冷水處理系統技術改造工藝的選擇

目前可供選擇的內冷水處理工藝有加堿處理工藝、補充水使用凝結水工藝、分床旁路處理工藝（陰陽床處理工藝）等。在可選擇的內冷水處理工藝中，加堿處理工藝和補充水使用凝結水工藝均存在不安全因素，內冷水質波動大，pH值和電導率易超標，運行控制的可靠性要求高，而且采用凝結水作補充水會攜帶氨進入內冷水系統，超過一定濃度的氨有可能與銅離子生成銅氨絡離子，破壞銅表面的保護膜，導致銅的腐蝕。當凝汽器泄漏時，凝結水中有硬度，采用凝結水作補充水就有可能在內冷水系統沉積鈣垢，導致內冷水過水通道堵塞，采用這兩種工藝運行上具有風險，發電機存在安全隱患。根據調查，目前能使內冷水水質安全穩定達標的內冷水處理工藝是分床處理工藝。