托克托电厂600MW发电机冷氢温度高原因分析及处理

秦军旗

摘 要：依据托克托电厂近年来几起600MW发电机运行中冷氢温度高的处理过程和SIS曲线对发电机历史运行数据的记录，分析了托克托电厂600MW发电机运行中冷氢温度高的原因。引起托克托电厂600MW发电机运行中冷氢温度高的主要原因有发电机冷却器冷却水管堵塞，冷却器排空失效，发电机内漏油。根据不同的引起托克托电厂600MW发电机运行中冷氢温度高的原因，给出了解决托克托发电厂600MW发电机运行中冷氢温度高的具体方法和防范措施。

关键词：发电机；冷却器；氢气；温度高

中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0135-03

托克托电厂目前有8台600MW发电机，一期两台600MW东方日立发电机，二至四期6台600MW东方发电机。这8台发电机各有4个氢气冷却器，冷却器立放在发电机机座的四角，冷却器均由开式水冷却，冷却器水管材质为镍白铜，冷却器水管绕片材质为紫铜。8台发电机均采用单流环密封油系统，水氢氢冷却方式，径向多流式密闭循环的通风方式，安装在转轴上的轴流式风扇将氢气分别鼓入气隙和铁芯背部，进入铁芯背部的的氢气再进入各个风区冷却发电机各个部件，最后氢气从机座风道进入冷却器，被冷却器冷却后的氢气进入风扇前，进行再循环。这8台发电机在近年来运行中均出现过冷氢温度高的问题，发电机运行中要求冷氢温度在35～46℃之间，但实际运行中，有些发电机的冷氢温度已高达55℃，有些甚至更高。发电机运行中冷氢温度高，造成发电机内部铁芯、线棒等部件的热量散发不出去，直接影响到发电机的使用寿命，限制了发电机的输出能力。

1 发电机运行中冷氢温度高的原因分析

发电机的冷氢温度即被氢气冷却器冷却后的氢气温度。除去发电机冷却和通风系统的设计缺陷，发电机在运行中冷氢温度高应从两个方向着手分析。一是发电机产生了比正常运行时多的热量，超出了发电机的设计散热能力，例如发电机内氢气纯度低于设计值，发电机的通风损耗及转子摩擦损耗将增加，这样发电机内产生的总的热量就有可能超出发电机的散热能力，使得发电机冷氢温度高。二是发电机氢气冷却器在发电机运行中换热不良导致发电机冷氢温度高。从托克托电厂近年来处理的发电机冷气温度高的实践来看，后一种原因，即发电机氢气冷气器在发电机运行中换热不良占主要原因。

1.1 冷却器冷却水管堵塞

托克托电厂8台600MW发电机冷却器冷却水管在运行中均有过不同程度的堵塞造成发电机在运行中冷氢温度高，托克托电厂冷却器用的冷却水为开式水，水质较脏，容易堵塞冷却器水管，一期两台东方日立发电机因其冷却器水管的内径较小，更容易堵塞。水管被水中的杂物堵塞，一方面使水流量减少，另一方面又因冷却水与管壁之间存在的污泥减弱了冷却水和管壁的热交换，使得发电机冷氢温度高。

图1为托克托电厂2号发电机在2016年4月19日至4月22日期间，一个氢气冷却器的冷氢温度与发电机负荷的SIS历史曲线图。从图中曲线的前段部分可以看出，2号发电机在满负荷运行时冷氢温度已达50℃，超出冷氢标准上限温度4℃。图中凸出的冷氢温度曲线部分为冷却器在线捅刷时，因冷却器进出水路被关闭，冷却器内无水流过，失去了冷却功能，固冷氢温度上升至58℃。一组冷却器捅刷时，机组限负荷在420MW。从图中曲线的后半段可以看出冷却器捅刷后，冷却器的冷却效果明显改善，冷氢温度在机组满负荷运行时为42℃，温度值符合标准。

发电机冷却器在线捅刷时的方法及注意事项有：在措施方面，要关闭冷却器进出水门，打开冷却器排污门和排空门，排出冷却器内的存水；确认冷却器内水已放干净，以防水室盖板打开后，水漏到发电机下的其他设备上，造成设备损坏或跳机事件，托克托电厂已发生两起因冷却水流到发电机出线箱内造成机组不能按期并网的事故；冷却器在线捅刷时，需一组一组的捅刷，发电机停运一组冷却器要求降负荷20%运行，但这时其他冷却器的冷却能力也因管路堵塞而降低，故要根据实际情况限负荷运行，如托克托电厂2号发电机冷却器在线捅刷时将负荷限制在420MW运行，如按降负荷20%算，限负荷值应为480MW；冷却器捅刷的工具为长6米，外径8mm，内径5mm的铜管，铜管内部穿一根铅丝，铅丝一端绑扎一大小合适的试管刷，另一端绑扎在铜管上，试管刷比冷却器铜管稍大些，试管刷一定要绑扎牢固；用一头带试管刷的铜管逐个捅刷冷却器水管，注意遇到捅不动的水管，不能使劲捅，以防捅漏冷却器水管，一旦冷却器铜管被捅漏，发电机内400kPa左右的氢气就会泄露出来。

防止发电机冷却器水管堵塞而造成冷氢温度高的防范措施有：合理的安排发电机冷却器水管捅刷工作，如机组长期运行，捅刷工作应选在机组低负荷时期进行；根据机组运行状态，尽量将冷却器捅刷工作安排在发电机停机或机内氢气置换后进行；最根本的防范措施是想办法改善冷却水水质，保证冷却水水路滤网的质量和性能。

1.2 冷却器排空失效

发电机冷却器排空失效，冷却器在检修投运后会在上水室内聚集大量的气体，或在正常运行中冷却器上水室内聚集大量从水中析出的气体，水室盖内的气体占据了水流的路径，导致冷却器的水流量减小，从而降低了冷却器的换热能力，最终导致发电机冷氢温度高。

图2为托克托电厂6号发电机在2016年11月24日至11月25日期间，一个氢气冷却器的冷氢温度与发电机负荷的SIS历史曲线图。从图中曲线可以看出发电机起机后，此组冷却器冷氢温度高达60℃，造成冷氢温度高的原因是这组冷却器排空失效，这组冷却器排空失效的原因是排空管路堵塞，无法排空。冷却器通水后，大量的空气聚集在冷却器上水室内，此时上水室内仅有一薄层水流从上水室内流过，水流量及其小，造成冷却器不能冷却，故冷氢温度高达60℃。从图中后半段曲线可以看出对冷却器采取排空措施后，冷氢温度下降到41℃。

因此组冷却器排空管路堵塞无法排空，故需采取特殊措施：关闭冷却器进出水门，松动固定氢气冷却器上水室盖两条相邻螺栓，待能感觉到有空气从水室盖与冷却器结合面处呲出即可，通过观察进水压力表判断冷却器内水压的变化情况，待冷却器进水压力将近为0时，稍打开冷却器进水门，压力稍增加一点即可，待冷却器上水室盖板松动的螺栓处有水流出时，拧紧之前松动的两道螺栓，再完全打开冷却器进出水门。虽然此种方法不能完全的排空上水室盖内的空气，但从图中可以看出这种方法也达到了很好的效果。此种方法的原理是：托克托电厂所处地理环境气压大约为90kPa，冷却器上水室盖松动螺栓处有水流出时，上水室内气体的绝对压力为90kPa，松动的两道螺栓被拧紧后，因冷却器进水压力约220kPa，故此时冷却器上水室内的气体绝对压力为310kPa，根据气体温度、体积、压强计算公式，这时水室盖板内的气体体积缩小为三分之一还要多，故上水室內可以通过和最大水流量比三分之二多的水流量。

防止因冷却器排空失效而引起冷氢温度高的措施有：定期进行冷却器排空，合理安排排空周期，在冷却水质较差的情况下，这个周期要尽量短些，这样可以减少因水质差而导致排空管路堵塞的可能性；对冷却器进行排空时，应逐个对冷却器进行排空，托克托电厂的大多数冷却器排空管路两路或四路并一路，如果两路或四路一起排空，很可能造成有的冷却器未排空的情况；发电机运行中如有排空管路损坏或堵塞，应利用机组停机时期及时进行疏通和修复。

1.3 发电机内漏油

托克托电厂8台600MW发电机内部均有不同程度的进油，可以确定的是发电机内的进油是密封油通过内油挡与发电机转轴之间的间隙或内油挡自身的间隙进入发电机内部的。密封油大量进入发电机内，在氢气循环的带动下形成油雾，附着在发电机内部的各个部件上。其中，因转子高速旋转，密封油附着量几乎没有，因氢气冷却器冷却水管上的绕片几乎成水平状态，且因为了增加换热面积，绕片做成褶皱型，上述两个原因导致绕片上部大量附着密封油，相比于绕片上部积油，绕片下部积油较少。这样，氢气冷却器水管上的绕片与氢气之间加了一层密封油，减弱了氢气与绕片的换热。托克托电厂8号发电机内部进油最为严重，8号发电机在夏季大负荷运行时冷氢温度高达55度，严重影响机组的安全、稳定运行。工作人员多次对8号发电机氢气冷却器进行在线捅刷，冷氢温度下降效果均不明显。

图3为托克托电厂8号发电机在2016年8月1日至8月15日期间，其中两个氢气冷却器冷氢温度与发电机负荷的SIS历史曲线图。从图中可以看出，在此时期内，发电机冷氢温度高达55℃，且波动较大。2016年9月至10月中修期间，工作人员检查发现发电机励磁端密封瓦与轴颈有摩擦痕迹，造成发电机轴颈磨损，密封瓦与轴颈间隙变大，导致密封油回油量增加，密封油回油量超出了内油挡的挡油能力，大量密封油进入发电机内。这次中修期间工作人员做了如下相关的工作：对磨损的轴颈进行了补焊处理，调整好了密封瓦与轴颈间的间隙；对发电机出线罩内大量的积油进行了清理；抽出了四组氢气冷却器，冷却器抽出平放到地面后，聚集在绕片上大量的密封油淌到了地面，对氢气冷却器冷却水管内部进行了冲洗，但并未对冷却器水管上的绕片进行专门的清洗。2016年10月末8号机组检修完毕起机后，8号发电机冷却器冷氢温度明显下降许多，随着时间的推移，冷却效果是越来越好。分析其原因为本次中修所做的工作彻底的解决了密封油大量进入发电机内的这一缺陷，且清理了发电机出线箱内部的积油，冷却器铜管绕片上的积油虽未特意的清理，但绕片上的积油已减少，且随着氢气循环逐渐被带走，从排污管路排出，绕片上的油越来越少，冷却器的换热能力越来越强，固冷却器的冷氢温度表现为逐渐下降趋势，最终冷氢温度符合要求且稳定。

图4为8号发电机在2017年8月1日至8月15日期间，其中两个氢气冷却器冷氢温度与发电机负荷的SIS历史曲线图。从图中可以看出此时期内发电机冷氢温度稳定在42℃左右，且波动很小。

因密封油漏进发电机内而造成冷氢温度高的解决办法是要彻底的治理住发电机内漏油的问题。防止因发电机内漏油而引起发电机冷氢温度高的防范措施有：在发电机检修时要做好内油挡、密封瓦的检修、监督和验收工作；可将普通油挡更换为新型油挡，东方电机厂家目前有一种新型油挡能较好的挡住密封油，防止密封油内漏；检修中调整好密封瓦与轴颈间隙和位置；防止误操作造成油氢压力不符合要求导致密封油大量进入发电机内的事件；利用机组停机机会，清理发电机出线箱内积油，清理氢气冷却器绕片上油垢，对绕片上的油污，可用热水冲洗，必要时可加入一些磷酸三钠，冲洗干净后再用压缩空气吹干。

2 结语

通过以上分析和在托克托电厂的实践，托克托电厂目前冷氢温度高的主要原因有冷却水管堵塞，冷却器排空失效，发电机内部进油这三大原因。氢气冷却器冷氢温度高的原因也有可能是冷却水温度、压力、水质、气体纯度、监测元件、初始设计等某一方面或多方面原因综合引起的，因此在分析氢气冷却器冷氢温度高时要全面、综合的进行分析、比较，找出真正的引起冷氢温度高的原因，在工作中以达到事半功倍的效果。

参考文献

[1]安洪光，佟义英.火力发电生产典型异常事件汇编.辅机部分[M].北京.中国电力出版社，2013.

[2]倪安华.电气设备及其系统[M].北京.中國电力出版社，2007.