发电机定子线棒温差大问题分析与总结

发电机定子线棒温差大问题分析与总结

高守江

上海电气电站工程公司   上海市   200000

摘要

发电机在长期运行过程中，会出现在定子线棒层间温度与对应线圈出水温度之间存在着过高的温度差的故障。文章对该故障的发现，检测，测试，分析等作了较详尽的叙述。分析结果表明，温差过大是由于定子冷却水管路堵塞等因素造成的，因此，在实际操作中，只要对定子线棒层间温差、出水温度等的变化趋势进行监测，必要时进行反冲洗，就能保证定子线棒的工作温度在一个平稳的范围内，就能保证发电机的正常、安全运转。

关键词：定子线棒；层间；出水；温差大

1 定子线棒温度异常的检查与初步分析

2019年以来，伊拉克华事德电站#4发电机运行过程中定子线棒#10、19、28引水管出水温差高的现象持续出现，如图表1

              表1  发电机相线棒温度和出水温度记录表

根据纪录表明，在发电机的负荷在75%以下时，相线棒层间温差最大为9.7℃在发电机的负荷在75%以上时，相线棒层间温差最大为15.8℃。这个参数超过了《汽轮发电机运行规程》6.3.4中关于定子线棒出水温差、定子线棒引水管出水温差超过8℃时的警告要求，故DCS系统画面报警。

由于定子线棒层间之间存在较大的温差，这对机组的安全运行有很大的威胁，必须对其进行深入的分析，找出产生这种现象的原因，才能确保机组的安全运行。

首先，对机组的冷却系统、冷却水、机组的其它工作参数等进行了全面的检测，没有发现问题。其次，对温度传感器和整个测量电路的检测也没有发现任何问题，在此基础上，采用更换检测回路中 A/D转换器，并在检测温度异常点与正常点的检测位置时更换检测器，检测器与检测回路在检测过程中没有出现任何异常，检测结果与检测结果一致。同时，在对机组增载和减载实验中，由于定子铁芯的异常所致的导线温度通常不会随着负载的变化而发生改变，因此可以将定子铁芯的异常所致的导线温度的异常原因排除在外。在排除了测量因素及定子铁芯故障原因所产生的温度偏差后，发现通常情况下发电机线棒温度的异常上升，主要是由于发电机线棒内部冷却水回路中有异物堵塞、结垢等，致使冷却水量不足，从而使其温度上升。而水回路中的异物阻塞主要有两种，一种是由于发电机的水回路经过长时间的运转，在这个过程中，有铜渣、铜屑、破碎的垫圈等掉落到水回路中，从而引起阻塞。另一种可能是在机组内外冷却水系统进行检修时，有异物混入到水系统中。同时在机组负荷上升的过程中，线棒层间的温差会升高，在机组负荷下降的过程中，线棒层间的温差会降低，此现象与定冷水系统阻塞导致的温差变化的情况类似。

在确定初步思路后，决定先检查定子线棒的堵塞，常用的办法是在发电机停机后，一根一根地重复清洗，并进行流速测试，以找出发电机线棒中的空芯有无堵塞的问题。

2 定子水回路的检查冲洗及热水流试验

2.1 检查冲洗

为了进一步搞清楚定子冷却水回路内的情况，将绝缘引水管拆开后用内窥镜伸入检查，绝大部分绝缘引水管中发现了黑色结垢，结垢是在绝缘引水管套筒位置形成的。部分绝缘引水管内的结垢可取出，轻微碰触即断裂。

图为绝缘引水管内壁的结垢情况

对所有定子线棒做了单根线棒冲洗，在汽侧通入洁净水和仪用压缩空气，在励端用白布兜接异物，并将所有线圈内冲洗出的黑色异物积存于盆内。单根线圈冲出异物情况如下图所示，冲出的黑色异物后经化学成分分析为氧化铜。

图为单根线圈冲洗出的异物

后来对#10槽、#19 槽、#28 槽等 3 根上层相线棒及其他定子绕组进行了反冲洗约 8h，拆开外部进水管滤网检查，发现了数块大小不一的橡胶垫碎屑，最长的约15mm，宽度约 3mm。在现场又发现总进出水管与发电机外部连接管道位置所用衬垫材质为橡胶衬垫，因此判断水路中发现的橡胶垫碎屑是此位置的橡胶垫老化掉渣进入水路系统。

图为#4 机组现场拆下的已损坏的橡胶衬垫

关闭仪用压缩空气后，用水冲一次，再用仪用压缩空气冲一次，这样反复，直至中空的线棒中没有杂质。反冲试验表明，单根线棒水回路基本清洁，表明线棒中定冷水回路阻塞情况消除。

2.2 热水流试验

冲洗完成后，进行热水流测试，加热定冷水至50℃，停运定冷水泵10分钟。停运结束（10分钟）后，快速开启冷却水阀门，再次启动水泵，让定子内部水系统通以冷却水，并使定子内部水系统保持正常运行时的压差，重点关注10/19/28号槽线棒的温度变化，且每分钟记录一次，开始试验。

热水流试验记录表

从表中记录数据分析来看，两种情况下10/19/28号槽线棒温度的下降趋势完全一致，且两次记录之间的温差很小，表明定子线棒水回路阻塞现象已经消除。

3 定子绕组结构及其冷却水回路

3  水回路的结构

图1显示了QFSN2-300型发电机定子水-电联接的形式。由图1可以看出，QFSN2-300发电机定子冷却水进入励端或集电环端总进水管后，通过聚四氟乙烯绝缘引水管以三种不同形式的水支路流入定子绕组：

a) 直接进入励端(集电环端)线圈端部、槽部,再流经汽端端部线圈及绝缘水管而至汽端总出水管,水路流过半匝线圈,这种水路共42条,占水路种类的大部分。

b) 冷却水先进入定子端部连接线，然后再与半匝线圈串联后经绝缘水管流到汽端总出水管，共有12条这样的通水支路，由于这个水路较上面a)种增多一条串联连接线，其出水温度元件读数相对地比a)种要略高一些。这些串入连接线的定子槽号对应于上层线圈槽号为1、10、19、28、37及46。对应于下层线圈槽号为4、13、22、31、40及49。槽内层间测温元件的引出线编号与上述槽号相同。

c) 对定子机座下部出线盒中的主引线和出线瓷套管的冷却,另有独立冷却水支路。冷却水也从励端总进水管进入,经过上述部件后最后引至出线盒中的出水汇流管。这种水路共有6条支路,

而此次温度异常的正好是第二种情况的#10槽、#19 槽、#28 槽的线棒，由于这种线棒的水路多增了一条串联连接线，正常情况下其出水温度元件读数就要略高一些，若是堵塞将更加明显。

图1定子水电连接图

4 水回路阻力

4 水回路沿程阻力

沿程阻力

                   （5）

式中：

h − 流体沿程阻力；

L − 管路的长度；

D − 管路的直径；

v − 流体的流速。

从公式（5）可以看出，沿程的阻力与水回路的长度以及水流速度的平方成正比，并且与水回路的当量直径成反比。

通过对上述定子冷却水回路的分析，可以看出，由于定子绕组线棒结构的原因， QFSN2-300发电机，其冷却水回路的长度，冷却水的流阻均不同，其中对应于上层线圈槽号为1、10、19、28、37及46，对应于下层线圈槽号为4、13、22、31、40及49的冷却水回路更长，如若该槽对应的冷却水管路堵塞，温差的反应会非常明显。

结论

通过对发电机定子冷却水系统进行一系列的分析、检查、冲洗及试验后，再次开机后，发电机#10槽、#19 槽、#28 槽的线棒出水温差大的现象消失，从而得知：

(1) 因为10、19、28号槽的定子绕组要比其他定子绕组要相对长一些，所以，如果每一段绕组的发热都是一样的话，该三个槽的定子绕组的发热量本身就应该偏大，同时若堵塞的情况下，由于水力阻力增大，水流分布不均匀，会加剧温差增大的程度。

(2) 此次发电机定子绕组线棒出水温差大的主要原因是有外物阻塞。

参考文献

[1] 陈聪,王士博,王尊,等.基于相关性分析的发电机定子线棒出水温度异常案例研究[J].山东电力技术, 2022(006):049.

[2] 吕伟,肖爱国.发电机定子线棒温度异常分析及诊断[J].河南科技, 2021, 040(002):51-53.

[3] 朱涛,刘永兵,张恒,等.发电机定子线棒温度异常原因分析及治理[J].电站系统工程, 2022(003):038.

[4] 上海汽轮发电机有限公司《水氢氢汽轮发电机产品说明书》