汽輪發電機定子線棒層間溫度和出水溫度異常分析與處理

吳篤超

(國家能源集團科學技術研究院有限公司，江蘇 南京 210023）

0 引 言

目前，大型汽輪發電機定子線棒通常用水作為介質進行冷卻，即通過定子冷卻水帶出定子線棒內的基本銅耗（直流銅耗）和附加損耗（交流附加損耗）等所產生的熱量。通過發電機溫升試驗和監測定子線棒層間溫度與出水溫度可以有效發現發電機內冷水回路是否存在問題，防止因內冷水回路堵塞造成發電機線棒燒損。在國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中也有“定子線棒層間測溫元件的溫差達8 ℃或定子線棒引水管同層出水溫差達8 ℃時應報警，定子線棒溫差達14 ℃或定子引水管出水溫差達12 ℃，或任一定子槽內層間測溫元件溫度超過90 ℃或出水溫度超過85 ℃時，應立即降低負荷，在確認測溫元件無誤后，為避免發生重大事故，應立即停機”的要求，但造成發電機定子線棒層間溫度和出水溫度異常的原因有很多，遇到異常時應仔細辨認識別。本文主要介紹幾種常見的定子線棒溫度異常情況，并結合實際給出分析方法和處理意見。

1 幾種常見的發電機定子線棒層間溫度和出水溫度異常情況及分析

1.1 測溫元件故障

根據運行經驗，定子線棒測溫元件故障是導致定子線棒層間溫度和出水溫度異常的重要原因。由于測溫元件故障，因此其反映的溫度并非定子線棒的真實溫度，應查找問題所在并及時更換。常見的測溫元件故障包括測溫元件損壞和測溫元件引線破損或虛接兩種。

1.1.1 測溫元件損壞

測溫元件損壞是指測溫元件因質量問題或長時間使用老化導致無法正確反饋溫度。通常定子線棒層間內埋設有兩套測溫鉑電阻，一套運行，另一套為備用[1]。由于兩套測溫鉑電阻同時損壞的概率較小，因此若懷疑測溫元件損壞，可在不同工況下測量兩套元件的電阻值，若阻值不同則可判斷為測溫元件本身的問題。

1.1.2 測溫元件引線破損或虛接

測溫元件引線破損是指因長時間運行，測溫元件引線之間互相摩擦導致引線表皮及屏蔽層破損，又因發電機內磁場作用，造成測量信號跳變。測溫元件引線虛接是指引線與接線板之間接觸不良，導致接觸電阻增大，造成顯示溫度與實際不符。這類故障通常會引起顯示溫度跳變，可以通過在分布式控制系統（Distributed Control System，DCS）上查看溫度歷史曲線來判斷是否存在此類問題。

1.2 異物堵塞

異物堵塞是指異物通過定子冷卻水的內循環水路進入定子線棒，從而堵塞內部空心導線，造成水流量減小，定子線棒層間溫度和出水溫度升高。常見的異物包括水垢、焊渣以及脫落的法蘭密封襯墊等[2]。某廠#2機組額定功率為330 MW，額定電流為11 207 A。在進行#2發電機溫升試驗過程中，發現其定子線棒4#槽出水溫度較其余各槽出水溫度偏高，定子線棒36#槽層間溫度（測溫元件埋在槽內上下層線棒之間）較其余各槽溫度偏高，實測數據具體如表1和表2所示。

表1 4#槽出水與其余各線棒出水在不同工況下的溫度比較

表2 36#槽層間與其余各槽層間在不同工況下的溫度比較

由表1和表2可以看出，有功功率在330 MW左右時，線棒出水溫度溫差達15.1 ℃，線棒層間溫度溫差達12.1 ℃，均超過規定要求，且偏離值隨著負荷的增加而快速增加。在排除測溫元件故障的情況下，參照發電機定子裝配圖，可以判斷出水4#上層線棒與36#槽內下層線棒相應水支路存在微堵的可能。

1.3 人為原因

在實際運行中，操作人員疏忽大意或“兩票三制”制度落實不到位等也可能導致定子線棒層間溫度和出水溫度顯示異常。如某廠#1機組額定功率為660 MW，額定電流為19 245 A。2016年10月26日，電科院技術人員在該廠例行檢查時發現#1發電機定子線棒出水溫度顯示異常。在負荷為320 MW時，定子冷卻水進口溫度為41.0 ℃，定子冷卻水出口溫度為45.7 ℃，而42個定子線棒出水溫度在40.9～41.8 ℃，比定子冷卻水出口溫度低，并且在之后的觀察中還發現隨著負荷的升高定子線棒出水溫度基本沒有變化。

在排除測溫元件故障的情況下，技術人員詢問了電廠之前的運行狀況，得知該廠#1機組在10月4日到10月15日之間因鍋爐結焦而停機，通過在DCS上調取歷史曲線發現在10月4日停機前定子線棒出水溫度一切正常，其溫度與定子冷卻水出口溫度相近，10月15日起機之后定子線棒出水溫度出現異常，其溫度與定子冷卻水進口溫度相近，因此懷疑#1發電機定冷水系統運行方式出現問題。經電廠調查發現，在#1機組停機期間，運行人員曾對#1發電機定冷水系統進行反沖洗，但反沖洗操作完畢后并未將定冷水系統各閥門恢復到正常運行狀態，即定冷水系統一直在反沖洗狀態下運行，因此DCS顯示的定子線棒出水溫度實際為定子線棒的進水溫度。

2 缺陷處理

2.1 由于測溫元件故障導致的溫度異常

當判斷定子線棒層間溫度和出水溫度異常是測溫元件故障引起時，應通知熱工人員立即檢查測溫元件是否完好。需先開出工作票，工作票安全措施執行完畢，并經監盤的運行人員同意后方可開始工作。對于需要檢查的溫度異常點，可就地測量元件的直流電阻值，并換算成溫度值與DCS顯示值對比查看是否一致，同時檢查絕緣是否正常，檢查線路有無虛接、短路或斷線等問題。若測溫元件損壞，應在停機期間對其進行更換，在更換測溫元件的過程中要做好防止異物進入發電機的措施，更換工作結束后要對發電機進行氣密試驗，防止發電機運行中漏氫。若測溫元件引線破損，應更換引線并重新綁扎固定，包括線與線之間的固定以及線與穿線管直接的固定，避免它們之間相互摩擦。若測溫元件虛接，則應對測溫元件的接頭重新插拔和緊固。

2.2 異物堵塞導致的溫度異常

當判斷定子線棒層間溫度和出水溫度異常可能是異物堵塞引起時，應及時降低機組負荷，并盡快安排停機。停機后應先做水流量試驗或熱水流試驗，檢查有無水流量偏低或線棒出水降溫曲線分散較大的線棒，若存在這樣的線棒，還需檢查其與運行中溫度異常的線棒有無對應關系[3]。試驗結束后對定子繞組整體進行正反向沖洗，每次沖洗完成后應檢查過濾網，查看是否有異物遺落。整體沖洗結束后可拆開發電機，對溫度異常的單根線棒分別用氮氣和凝結水進行反復數次正反向沖洗，直至異物徹底清除?；謴屠@組線棒水路后，發電機再進行整體正反向沖洗，檢查濾網是否仍有異物，然后再次進行水流量試驗或熱水流試驗，驗證沖洗的結果[4]。

2.3 人為原因導致的溫度異常

人為原因導致的溫度異常要針對每個事件具體來處理，如上文提到的反沖洗操作完畢后并未將定冷水系統各閥門恢復到正常運行狀態導致的溫度異常，可在跟調度請示之后，由運行人員將#1機負荷降至100 MW，無功調至0 Mvar，解除#1機斷水保護和備用定冷水泵連鎖，之后同時操作4個閥門，全開發電機進水手動門、全開發電機回水手動門、全關發電機反沖洗進水手動門以及全關發電機反沖洗濾網后手動門。操作完畢后檢查#1發電機相關系統各參數正常，投入備用定冷水泵連鎖，斷水保護，機組加負荷至330 MW，穩定一段時間后各參數均正常，顯示#1機定冷水系統已切換回正常運行方式。

減少人為原因導致的溫度異常還應以預防為主，加大對運行人員的培訓和管理力度，按照《汽輪發電機運行導則》（DL/T 1164—2012）的要求，定子內冷水的流量和進出水溫度等應至少每兩小時抄錄一次[5]。運行人員除了按時抄錄數據外，還應具備判斷相關各項參數是否符合正常值的能力。

3 結 論

定子線棒層間溫度和出水溫度是大型汽輪發電機運行過程中重要的監控參數，一旦定子冷卻水水路堵塞，冷卻介質無法將線棒產生的熱量帶走，就有可能造成發電機定子繞組絕緣受損，從而出現機組非停事故。發現定子線棒層間溫度和出水溫度異常時，正確判斷異常原因并及時處理至關重要，根據本文給出的溫度異常分析方法可以快速對可能的原因進行排查并及時處理，從而規避風險，保證發電機穩定運行。