摘要：當(dāng)前，火力發(fā)電裝機(jī)容量占全國總裝機(jī)容量的70%以上，汽輪發(fā)電機(jī)是火力發(fā)電廠的重要組成部分，而定子水路堵塞是導(dǎo)致火力發(fā)電機(jī)組故障的重要原因。文章針對(duì)國內(nèi)大型火力發(fā)電機(jī)組定子水路堵塞原因進(jìn)行了分析，并提出了處理方法與防范措施。

關(guān)鍵詞：大型發(fā)電機(jī)組；定子；水路堵塞故障；定冷水；裝機(jī)容量 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM623 文章編號(hào)：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(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國用電需求越來越大。截至2014年底，全國裝機(jī)總量達(dá)13.6億千瓦，其中火力發(fā)電廠總裝機(jī)容量為9.7億千瓦，占全國總裝機(jī)容量的70%以上，這表明目前火力發(fā)電廠仍是給電網(wǎng)供電的主要電廠，因此汽輪發(fā)電機(jī)已成為電網(wǎng)供電的主力機(jī)組。汽輪發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行關(guān)系著電力工業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

影響汽輪發(fā)電機(jī)（尤其是600MW或是1000MW汽輪發(fā)電機(jī)）安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素很多，其中定子線棒堵塞、漏水、斷水的現(xiàn)象尤為突出，這些故障嚴(yán)重威脅著汽輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，國內(nèi)外對(duì)發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)問題的研究非常重視。

1.2 主要研究內(nèi)容

本文以QFSN-1000-2三相同步發(fā)電機(jī)為例詳細(xì)介紹了1000MW發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)以及定子冷卻水系統(tǒng)，并對(duì)發(fā)電機(jī)定子水路堵塞的原因進(jìn)行分析，針對(duì)故障原因提出解決方法及預(yù)防措施。

2 1000MW發(fā)電機(jī)定子及定子冷卻水系統(tǒng)

2.1 發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)

QFSN-1000-2三相同步發(fā)電機(jī)定子主要由機(jī)座、定子鐵心、定子繞組、端蓋等組成。

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

端蓋是發(fā)電機(jī)密封的一個(gè)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(gòu)成，并設(shè)有端蓋軸承。在端蓋的合縫面上設(shè)有密封溝，溝內(nèi)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(gòu)成發(fā)電機(jī)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(dǎo)磁率高、損耗小、厚度為0.5mm的優(yōu)質(zhì)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(nèi)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(shè)計(jì)為階梯形，增加鐵心和轉(zhuǎn)子之間的氣隙，降低由定子鐵心端部的漏磁通及其相關(guān)電氣損耗引起的端部發(fā)熱。

2.1.3 定子繞組。定子繞組由矩形的空心和實(shí)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(nèi)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(nèi)電流均勻，減少直線及端部的橫向漏磁通在各股導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)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(huán)端的匯流母管。

定子繞組在槽內(nèi)的固定如圖3所示，側(cè)面有半導(dǎo)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(shè)有特殊的支撐系統(tǒng)，用浸膠滌玻繩綁扎固定在端部固定件上，綁扎固定后進(jìn)行烘焙固化，使得整個(gè)端部在徑向和軸向上為剛性固定，確保端部固有頻率遠(yuǎn)離倍頻，避免運(yùn)行中發(fā)生共振。

2.1.4 定子出線。QFSN-1000-2三相同步發(fā)電機(jī)各相和中性點(diǎn)出線均通過集電環(huán)端機(jī)座下部出線罩引出機(jī)座，在出線罩與定子外機(jī)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(chǎn)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(tǒng)

QFSN-1000-2三相同步發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)主要設(shè)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(fā)電機(jī)定子繞組是由除鹽水來冷卻的，除鹽水補(bǔ)給水來自凝結(jié)水系統(tǒng)。補(bǔ)給水在通入發(fā)電機(jī)繞組以前，先經(jīng)過定子冷卻水系統(tǒng)里的去離子裝置進(jìn)行離子交換，然后儲(chǔ)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(dǎo)體，由發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)進(jìn)，汽側(cè)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(shè)有兩只過濾器，用來去除冷卻水中的固體雜質(zhì)。發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱有充氮保護(hù)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，水箱上部充以氮?dú)?，使可能漏至水冷系統(tǒng)中的氫氣與氮?dú)饣旌喜⑴胖链髿猓瑫r(shí)也能防止空氣進(jìn)入冷卻水，以保持水質(zhì)。整個(gè)系統(tǒng)流程如圖4所示。

2.3 本章小結(jié)

本章以QFSN-1000-2三相同步發(fā)電機(jī)為例介紹其定子結(jié)構(gòu)以及定子冷卻水系統(tǒng)，為下一章分析定子冷卻水堵塞原因奠定了理論基礎(chǔ)。

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(nèi)外很普遍，除用不銹鋼管之外，據(jù)調(diào)查不論哪一家，國內(nèi)外公司都發(fā)生過定子水路堵塞，國內(nèi)情況更嚴(yán)重一些。國內(nèi)進(jìn)口機(jī)組中最嚴(yán)重的是GEC公司360MW，1998年竟發(fā)生10多公斤銅堵塞，日立1000MW、ALSTOM950MW等都發(fā)生了定子水路堵塞，國內(nèi)幾大家都發(fā)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(jìn)入定子水路，如發(fā)電機(jī)制造或安裝時(shí)遺留的異物，進(jìn)水管路濾網(wǎng)破損或發(fā)電機(jī)檢修時(shí)將異物引入。

例如：定州電廠#1發(fā)電機(jī)定子線棒堵塞擊穿，2004年2月5日，定州電廠#1發(fā)電機(jī)13槽汽端上層出水盒3/4被紙巾堵塞，導(dǎo)致13、14上層線棒R處裂紋擊穿，造成不應(yīng)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化銅，如未及時(shí)采取措施，將會(huì)引起更嚴(yán)重

事故。

例如：定州電廠#2發(fā)電機(jī)定子線棒堵塞，定州電廠2004年9月10日完成#2機(jī)組168試運(yùn)，11月20日出現(xiàn)個(gè)別同層出水溫度差13攝氏度，臨修、小修反沖洗均無效，個(gè)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(yùn)行水質(zhì)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(shí)，管道中的水在沒有氣泡的情況下循環(huán)運(yùn)行：如果由于某種原因?qū)е露ɡ渌魇В艿郎喜繒?huì)中存在大量氣體。由于空氣比水的密度小，高壓端的水因?yàn)閴翰幌驴諝舛蛔钄?，?dǎo)致這條管道里的水無法循環(huán)，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(xiàn)象是水流量減少、進(jìn)水壓力增加或進(jìn)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(shí)處理，會(huì)引起定子線棒過熱，從而引發(fā)線棒絕緣損壞或發(fā)電機(jī)短路事故。針對(duì)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(tǒng)擾動(dòng)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(yán)重時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)，針對(duì)水流量低的線棒重點(diǎn)沖洗，必要時(shí)進(jìn)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(duì)定子冷卻水有著嚴(yán)格的要求，由圖5可知，定冷水pH值在8.5～8.7時(shí)銅的腐蝕速率最低。因此定冷水pH值應(yīng)控制偏堿性。例如：沿海某電廠1000MW機(jī)組發(fā)電機(jī)定冷水pH值規(guī)定為8。

國內(nèi)常見幾種內(nèi)冷水優(yōu)化裝置的參數(shù)比較如表1。

經(jīng)過比較，國內(nèi)大型汽輪發(fā)電機(jī)大多采用微量加堿+專用混床優(yōu)化處理法處理定冷水，嚴(yán)格控制定冷水的pH值、電導(dǎo)率、銅離子含量、硬度。例如：沿海某電廠1000MW機(jī)組發(fā)電機(jī)定冷水經(jīng)過優(yōu)化裝置后電導(dǎo)率控制在0.3μs/cm以下。

3.3 本章小結(jié)

本章主要闡述了大型汽輪發(fā)電機(jī)定子水路堵塞的原因以及處理方法和防范措施。

4 結(jié)語

本文以QFSN-1000-2三相同步發(fā)電機(jī)為例詳細(xì)介紹了1000MW發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)以及定子冷卻水系統(tǒng)，并針對(duì)發(fā)電機(jī)定子水路異物堵塞、氧化銅腐蝕、引線氣堵原因進(jìn)行分析，根據(jù)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(diǎn)闡述了如何控制定冷水pH值、電導(dǎo)率相關(guān)參數(shù)來降低定子線棒的腐蝕。

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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(fā)電有限責(zé)任公司，研究方向：電氣工程及自

動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）