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優(yōu)化發(fā)電機內冷卻水防止銅腐蝕的方法和措施

文檔作者：白亞民戴驥宋朝暉文檔來源： 1．華北電力科學研究院有限責任公司 2．東方電機控制設備有限公司 3．國電電力大同發(fā)電有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2022年03月19日
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2006年4月
第7卷第4期
電力設備
Electrical Equipment
Apr,2006
VO1．7 NO．4
優(yōu)化發(fā)電機內冷卻水防止銅腐蝕的方法和措施
白亞民 ，戴 驥 ，宋朝暉
(1．華北電力科學研究院有限責任公司，北京市100045；2．東方電機控制設備有限公司，四川省德陽市618000；
3．國電電力大同發(fā)電有限責任公司，山西省大同市037043)
摘要：對國內水內冷汽輪發(fā)電機長期運行后普遍存在內冷空心銅導線腐蝕和絕緣引水管堵塞等問題進行了分析，
提出了防止銅線圈腐蝕以廈水管堵塞的有效方法和措施。
關鍵詞：水內冷；發(fā)電機繞組；銅腐蝕；水管堵塞
中圍分類號：TM623．3
大型發(fā)電機定、轉子繞組采用水內冷技術較好地
解決了內部散熱問題，使發(fā)電機溫升得到了有效的控
制。為發(fā)電設備長期安全穩(wěn)定運行提供了必要的保障。
隨著發(fā)電機水內冷卻技術的不斷進步，特別是國外先
進制造技術的引進，近些年發(fā)電機內冷水系統故障有
了明顯下降，但依然是造成發(fā)電機非計劃停運的主要
原因之一，特別是銅線圈腐蝕以及水管堵塞故障的現
象依然時有發(fā)生，這是因為雖然在設計、材料、工藝等
方面的技術進步對防止水系統機械性故障的發(fā)生有了
較大改善。但目前我國火力發(fā)電廠在內冷水系統設備
的運行、維護和管理等方面，普遍存在一定的問題。
發(fā)電機長期安全穩(wěn)定運行對內冷水質的要求比
較高，某些技術指標達不到要求，特別是電導率和酸
堿度(pH值)超標長期運行，可能會產生很嚴重的后
果。因此，相應的國家標準、電力行業(yè)標準、機械行業(yè)
標準，以及原國家電力公司頒布的防止發(fā)生重大電力
生產事故的措施中，都專門對發(fā)電機內冷水水質控制
做出了規(guī)定。但由于各生產廠家和不同時期制定的
不同體系的標準對水質要求的規(guī)定不夠統一。在生產
實踐中產生了一定的混亂，甚至由于某些參數規(guī)定的
不合理，最終導致了發(fā)電機水內冷管路發(fā)生堵塞等故
障，為此原國家經貿委于2002年發(fā)布了新編制的電
力行業(yè)標準 ，對此進行了規(guī)范。
本文介紹了發(fā)電機內冷水系統的工作原理和相
關參數控制的理論基礎，從理論上對內冷水質控制不
當可能產生的危害進行了闡述，并介紹了優(yōu)化內冷水
系統控制的有效手段和重要措施。
1 發(fā)電機內冷水系統的結構
1．1 定子繞組水內冷卻
定子繞組水冷卻回路是從水箱流出的水經過泵、
冷卻器、主過濾器、匯流管，流入定子繞組，最后再回
到水箱。當水經過主過濾器后，有6％ ～1O％ 的水分
流到混合床(Mixed Bed)凈化。主回路水壓、水溫可
以調節(jié)，氧含量由于水箱中氮的存在而得到控制。
1．2 定子和轉子繞組水內冷卻
水冷卻轉子繞組需要采用專用措施來密封其定
子部分與轉子部分的過渡通道。主回路的水從水箱
經過水泵，流人冷卻器和主過濾器。水流過主過濾器
后，一半將進入定子繞組，另一半則進入轉子繞組。
定子繞組排放出的冷卻水直接流回水箱，而轉子繞組
流出的冷卻水要經過水接頭才返回到水箱。
2 運行中冷卻回路的化學性及干擾
2．1 水的中性控制
實驗研究證明，冷卻水質酸堿度為中性，含氧量
低、凈化度高、導電率低，不含其他化學物質，這樣才能
達到最佳功效。在實際運行中發(fā)現，在水中若注入一
點兒氧，它將立即與銅表面產生化學反應，此時的閉環(huán)
系統其含氧量濃度小于3O ／L。由于不斷對支流進
行凈化，其水的電導率將會維持在約0．1 la,S／cm。
定子冷卻水調節(jié)系統設置了大量的部件和設備，
在系統沒有受到干擾，結構緊密的情況下這些部件將
可靠運行。若水泵、閥門及其管件等部件結構不緊
密，在有空氣介入的情況下，將會造成由于結構引起
的干擾，也會產生氧化銅沉淀物。
銅的腐蝕率取決于水中的氧濃度和pH值。有關
部門對銅腐蝕的研究結果顯示當氧濃度為200～
300 la,g／L時，銅的腐蝕率最大。隨著pH值的增加，
腐蝕率將降低，當pH值達到一定值時，腐蝕率已接近
零了，見圖1。對比結果表明，在不考慮氧化層的條件
下，在低氧化還原電勢下(氧濃度<100 g／L)，將形成
Cu：O；在高氧化還原電勢下(氧濃度>100 ／L)，將形
成CuO。
氧化銅的溶解度取決于pH 值以及銅的化合價。
在pH值小于8時，Cu O的溶解性比CuO低得多。
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經驗交流 白亞民等：優(yōu)化發(fā)電機內冷卻水防止銅腐蝕的方法和措施 77
蘭 ／ I
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一
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水中含氧熏／ ．【 l o0。
圖1 銅的腐蝕速率與水的pH值及水中
儕早氧含量的關系曲線
隨著pH 值的降低，氧化銅的溶解度將大幅度升高。
pH值在8～9之間時，這2種氧化銅的溶解度都將很
低，可達到堿性度的要求。當pH值大于9時，在室溫
下，其溶解度又會升高。氧化銅的溶解度還與溫度相
關，當溫度逐漸升高時，其最小的溶解度向pH值降低
的方向移動。
到目前為止，我們可以分析出引起諸多問題的原
因了，例如導體中沉淀物的形成。一個緊湊的冷卻系
統是平衡的，不會產生任何問題。但是如果有空氣進
入，由于CO，的影響，pH值將降低，銅腐蝕率會升高，
溶液中Cu 和Cu 將隨之增加，氧化銅溶解度也將升
高。同時氧化還原電勢也將升高，這將形成大量的比
Cu，O溶解度高的CuO。若氧氣只是瞬間進入，如空
氣瞬間泄漏，氧氣將會很快被混合床消耗，二氧化碳
將被釋放出來，氧化還原電勢將下降，pH 值將上
升 j。這將使CuO溶解度降低，產生沉淀，從而導致
空心導體有沉淀。
除了機械部分有沉淀外，在高干擾區(qū)域內，溶液
過飽和也會產生晶體沉淀，這就是管壁波紋形成的原
因。若水流流速受限的情況沒有被及時糾正，被冷卻
的導體將因此發(fā)生局部過熱，甚至破壞導體絕緣，最
終會熔化定子線棒。
當水流流速受限時，可以通過對各單個線棒水流
量和溫度等參數的變化，確認內冷水管路被堵塞的狀
況。若有沉淀物則可酸化清洗掉。清洗溶液的選擇
取決于阻塞物的類型，比如是氧化銅還是金屬銅。若
冷卻水為中性，在空氣飽和的狀態(tài)下，將產生高溶解
度的CuO，同時也將增加銅的腐蝕度。
2．2 水的堿性+低氧控制
進一步實驗研究表明，在pH值為8～9時，只產
生微弱的銅腐蝕和溶解氧化銅現象。這里推薦一種
優(yōu)化發(fā)電機冷卻水回路的方法：使冷卻水具有堿性+
低氧特性。
使冷卻水具有堿性有以下2種方式：① 注入堿
液；② 使用鈉元紊，Na從陽離子交換樹脂中提取。
最先考慮到的是第2種方法，但為了提取Na，需
要將樹脂維持在一定的比例，這是不容易辦到的，盡
管這種方法仍在一些發(fā)電機組中使用。
采用注入堿液的方法目前已被證實是安全可靠
的，并被國外制造商作為標準方法，其特點是在流過
離子交換混合床(Mixed Bed)的回路中注入堿液。
堿液裝置和工作過程見圖2。為了方便測量裝置
監(jiān)控堿液的濃度，在水純度最高的地方(如混合床后)
注入堿液溶液。堿液由泵注入到水處理回路。
圖2 發(fā)電機冷卻水系統原理圖
堿性+低氧狀態(tài)對水的要求控制范圍見表1。
因電氣因素，主回路水的電導率不應超過1．5 txS／cm。
pH值要維持在8～9之間。陽離子交換后的電導率
用于監(jiān)控混合床內負離子交換樹脂的性能。為了避
免產生過低的氧化還原電勢和銅離子減少的現象，定
子和轉子冷卻水的含氧量應保持在1O～30懈／L，“水氫
氫”定子繞組水冷卻要求含氧量要保持不大于30 L。
表1 發(fā)電機內冷水堿性+低氧狀態(tài)下的監(jiān)測項目
從表1可以看出。在堿性+低氧狀態(tài)下，銅含量
≤5 g／L，實際通?？梢宰龅?lt;2 g／L。這些值表明
銅的腐蝕率是極低的。應對定子和轉子繞組冷卻水
的電導率和氧進行連續(xù)監(jiān)控，其他測量項目可一個月
進行一次檢測。
冷卻水采用堿性+低氧量的最大優(yōu)勢是受空氣
8 7 6 5 4 3 2
nd、靜硝基毽君霹
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78 電力設備 第7卷第4期
進入的影響不大。pH值為8～9時，氧對銅的腐蝕沒
什么影響，CO 對pH 值的影響也甚微。整個冷卻系
統有足夠的緩沖能力 。
除了監(jiān)控諸如電導率、氧含量等重要的化學控制
參數外，還要監(jiān)控以下參數，以供報警：① 定子單根線
棒溫度和不同槽間溫差；② 各分支路出水溫度和溫
差；③ 液壓參數(壓差、流速等)。
目前按圖2所示原理開發(fā)的一種新型發(fā)電機內
冷水控制系統(含自動加堿裝置)已經在國電大同二
電廠二期600 Mw 發(fā)電機上試運，運行效果比較滿
意，使內冷水質得到了明顯改善。
3 對DL／T 801—20O2的一些詮釋
已經執(zhí)行了幾年的電力行業(yè)標準DL／T 801—
2002對規(guī)范發(fā)電機內冷水質的監(jiān)測和管理起到了重
要的指導作用，但需要說明的是該標準規(guī)定的pH值
為7．0—9．0，并不是上面文中所述的最理想的范圍
8．0～9．0，而且從圖1中可以看出，不管水中的含氧
量是多少，pH值為7時銅的腐蝕速率都數倍于pH值
等于8的情況，換句話說，pH值在7—8之間仍然存
在一定的腐蝕現象，絕不是理想的水質范圍，但該標
準為什么這樣規(guī)定呢? 筆者參加了標準的審查和報
批工作，該標準在長達2年多的制定過程中，對pH值
范圍的規(guī)定始終爭論比較大。工作組調查中發(fā)現，近
些年國外先進的發(fā)電機內冷水質的規(guī)定和檢索到的
有關研究文獻都表明，把pH值控制在8．0—9．0之間
最理想，這在國外已經有了明確的結論，所以標準編
寫工作組最初的征求意見稿是把pH 值控制范圍規(guī)
定為8．0—9．0。后來經過專家反復論證及大量征求
基層意見，由于過去普遍執(zhí)行控制在7．0～8．0之間
的規(guī)程，因此大量現有的水質控制設備基本能夠滿足
舊規(guī)程的要求，在保證電導率合格的前提下，一般可
以使水質pH值維持在7．0～7．5之間運行，也是基本
可以保證發(fā)電機安全的，至少腐蝕速度比較慢。研究
證實，pH值低至6．95是銅腐蝕速率急劇增加的界
限，并且pH值在7．0—7．2以下水中含銅量才很快增
加 ，所以把7．0作為最低標準要求還是可以接受
的。如果立即規(guī)定不能低于8．0，我國大量的現行發(fā)
電機內冷水處理設備將立即面臨淘汰，這不符合國
情，也是不現實的。因此，該標準保留了pH值在7～
8之間仍認為合格的舊標準規(guī)定，但把上限升高到9，
若某發(fā)電機還是保持過去的pH值在7～7．5運行，就
從舊標準的“完全合格”變成新標準的“勉強維持在
規(guī)定的下限運行”，為達到新標準的“完全合格”要
求，至少應當達到8．0，因此電廠有條件時就應當對舊
設備進行改造，這是新標準的隱含意義。因此，我們
認為該標準還是過渡性的，一旦我們的發(fā)電機內冷水
處理設備普遍得到改進之后，應當按修訂的標準要求
內冷水pH值不能低于8運行。
4 結束語
根據全世界的發(fā)電機運行情況看，冷卻系統還存
在著諸多問題，最為突出的是由于空氣的進入，將造
成水流限制。冷卻回路最初運行于低氧、高純凈度的
中性水中，將其最優(yōu)化，使水的pH值提高至8—9，使
水呈堿性，這樣就有效地控制了沉淀形成，并且將主
回路水的氧含量保持在10～30 L，可避免轉子絕
緣管內形成導電層。
5 參考文獻
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[2] Heard J．G ：Summary Report to Quesfiodnaire．Corrosion in
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[3] Emshof H．W and Krug M：Water Cool~l Stator Windings of
Turbo．．Generators． Computerized Monitoring of Stas~ Bar Water
Temperature Rise for Early Detection of Over Heating due to Flow
Restrictions in the Stator Windings．CIGRE-Report No．1 1一o9．
CICRE-Conference SepL 1986．
收稿日期：2006-02-23
作者簡介：
白亞民(1949-)，男，高級工程師(教授級)，主要從事發(fā)電
機試驗研究和電機標準化工作；
戴驥(1959-)，男，高級工程師，主要從事發(fā)電機氫油水
系統設計和技術開發(fā)工作。
(責任編輯趙楊)
Method and Measures of Optimizing Generator Cooling-W ater to Prevent Copper Corrosion
BAI Ya rain ，DAI Ji ，SONG 一laui
(1．North China Electric Power Research Institute Co．，Beijmg 100045，Chim ；2．Eastm Generator Cor~rol
Equipmm Co．，Deyang 618000，China；3．Guodian Electric Power GeI on Co
．， Datong 037043．China)
Abstract：1he problems such as corrosion in water—cooled copper wire and blockage of insulation abslxaction pipe after long． term
operation for domestic water。cooled generator V~l"C卸my d’and the efective method and mOSSL~8 to prexcr~the copper In‘jillg
corrosion andblockage ofwator—pipe are pI吐forwar~ 。
Keywords：water-c00Ied； n蹦吐0r wind~ ；copper corrosion；water-piI，e blockage

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