发电机冷却水水质标准探讨

发电机冷却水水质标准探讨 摘 要：发电机冷却水控制、电导率和水中铜离子含量，是为了保证发电机有足 够的电气绝缘性能和防止对空芯铜导线产生侵蚀性。发电机冷却水水质标准有163 1985、121451989、76041986，其控制指标各异。阐述了三个标准中电导率、 不同的原因，根据理论计算和实际分析，按1631985 控制电导率在 5.0/ 以内，既能保证发电机的电气绝缘性能，又可通过提高值或向冷却水中加入缓蚀剂， 达到防腐目的。因此，建议采用1631985 作为发电机冷却水水质标准。 关键词：发电机冷却水；铜腐蚀；电气绝缘性能 由于水内冷发电机具有单机容量大、体积小、重量轻等特点，因此，在电厂中得到广 泛应用。国外大型水内冷机组采用的是全密闭式冷却水系统，系统内充以惰性气体，维持 正压，防止氧和二氧化碳的进入，并用除氧装置和混和床来控制电导率及去除铜离子，调 节冷却水水质无氧，从而提高发电机的绝缘性能和防止腐蚀。国内由于投资及多方面的原 因，做到完全密封比较困难。一般采用敞开式冷却水系统。 不论是密闭式还是敞开式，冷却水电导率的控制在国内外差异较大，一般在 0.510 /。 电导率控制的高低，应从电气绝缘性能和腐蚀角度考虑。冷却水电导率越小，电气绝 缘性能越好，但水质的不易控制，偏低，易发生铜腐蚀。 应寻求一个既能保证发电机绝缘性能，又能防止铜管腐蚀的控制标准。 1 发电机冷却水控制标准 1.1 发电机冷却水水质的要求 由于发电机冷却水是在高压电场中作冷却介质。应以保证发电机安全、经济运行为前 提，其基本要求是： (1)有足够的绝缘性能，即较低的电导率。电导率高，冷却水中 的离子含量多，在电场作用下会导电，而水系统的外壳接地。所以，发电机冷却水水质不 良会引起发电机绕阻对地短路，导致泄漏电流和损耗增加，严重时还会发生电气闪络，闪 络时除了泄漏电流急剧增大外，还会引起闪络部位的水沸腾，形成高压的水和蒸汽混合物， 破坏了冷却水的正常循环，甚至损坏设备。 (2)对发电机的空芯铜导线和冷却水系统应无侵蚀性，即要有较高的值。如果有侵 蚀性，则铜腐蚀产物在空芯铜导线的内表面沉积，使热传导受到阻碍，造成发电机线圈温 升增加，腐蚀产物甚至会堵塞空芯铜导线而造成线圈过热，水压降增大，直接影响发电机 的出力，最终可能导致发电机线圈的损坏。 (3)不允许发电机冷却水中的杂质在空芯铜导线内结垢。由于冷却水水质纯净，没有硬 度或硬度非常小，不会结钙、镁垢。但如果有腐蚀产物或灰尘等进入，会使其附着在铜管 上，可定期进行清洗除去。 1.2 控制标准 基于对发电机冷却水的要求，冷却水水质应有适宜的值、电导率和较低的铜离子 含量。 发电机冷却水控制有部颁标准和国家标准，但对电导率的控制指标不相同，表 1 为原 水利部标准(1631985)、表 2 为国家标准(121451989)规定的发电机冷却水水质。 表 1 水内冷发电机冷却水质量标准(1631985) 处理方式 电导率/ -1(25) 铜/ -1 (25) 添加缓蚀剂 5 40 6.8 不添加缓蚀剂 5 200 7.6 表 2 水内冷发电机冷却水质量标准(121451989) 处理方式 电导率/ -1(25) 铜/ -1 (25) 添加缓蚀剂 10 40 6.8 不添加缓蚀剂 10 200 7.0 而国家标准(7064 1986)汽轮发电机通用条件 中对发电机冷却水水质要求如 下：(1)100以下发电机冷却水电导率不大于 5.0/；(2)100及以上不大于 2.0/。其中，为 6.58.0。 1.2.1 三个标准中电导率不同的原因分析 三个标准中对电导率要求的差异不是由于标准的改进造成的，它们是从不同角度考虑 并在各自领域发挥作用的现行标准。 1631985 和121451989 由电力行业提出，前者作为部颁标准，后者升为国 家标准。是根据运行经验和理论计算制定的。121451989 相应要求偏低，适应范围 更广。 70641986 与121451989 无直接联系，它是由设备制造行业提出，从提高 发电机绝缘性能考虑对水质要求较严格。目前，随着小机组的逐渐淘汰，一般都为 100及以上机组，则要求电导率不大于 2.0/。 1.2.2 按国标(7064 1986)控制的难点 发电机制造厂家按国标(70641986) 规定，拟定运行参数，电厂遵照厂家要求控 制电导率不大于 2.0/，值在 6.58.0，但在执行过程中遇到困难。 (1)值和电导率不能同时达标：发电机冷却水的补充水为除盐水或凝结水，也可将 除盐水和凝结水按一定比例补充。 电厂中除盐水其值为 7.0，电导率小于 0.2/。但除盐水箱不严密，受二氧 化碳等溶解气体的影响，除盐水的值低于 7.0，电导率变为 1.0/。溶解的二氧 化碳越多，值越低。每升除盐水最多可溶解 1的二氧化碳，值将降至 5.5。发 电机冷却水补除盐水后，值在 6.4，电导率为 1.5/，电导率合格，但值偏 低，会发生铜腐蚀。 凝结水为蒸汽作功后的冷凝水，其值为 8.09.0，电导率为 2.0/左右。 值高的原因为凝结水含有微量氨，但凝结水的电导率受给水加氨调整的影响大。如发 电机冷却水补充凝结水，随着冷却水溶解气体的增多，电导率必然会增大，超过控制的 2.0/。 表 3 为某厂补充不同水质补充水，发电机冷却水水质情况。 表 3 补充水为除盐水和凝结水时发电机冷却水水质情况 补充水 (25) 电导率/ -1(25) 2+/ -1 除盐水 6.34 1.2 380 凝结水 7.54 4.5 20 凝结水和除盐水按比例混合补充，由于给水加氨量及运行工况的变化，凝结水电导率 也会发生变化，具体实施可操作性差，现场也无法控制。 向冷却水中加入铜缓蚀剂可防止铜的腐蚀，但铜缓蚀剂的加入势必增加电导率，即使 补充除盐水也会使电导率超过 2.0/。 综上所述，不论采用何种办法，值、铜离子含量和电导率不能同时达到要求。 (2)值控制在 6.9 以下不能防止铜腐蚀：在有溶解氧的情况下，在除盐水或含盐量 不高的冷却水中，其表面将因全面均匀腐蚀而生成具有双层结构的氧化膜，底层为氧化亚 铜，表层为氧化亚铜或氧化铜。 铜的电极电位高，值在铜的腐蚀中起关键作用，当值低于 6.9 时，水质显弱 酸性，水中的氢离子与铜的氧化膜反应。此时，铜处于腐蚀区，表面很难形成稳定的表面 膜，铜的腐蚀急剧增加。 发电机冷却水在敞开系统中，氧和二氧化碳的溶解，一方面，使冷却水的值低于 6.9，发生铜腐蚀。另一方面，水中游离二氧化碳又破坏铜管的初始氧化膜，使铜管表面的 氧化铜保护膜变成碱式碳酸铜，反应式如下： 2 2+2 2+2 2+ 22 32() 2 生成的碱式碳酸铜在水流的冲刷下容易被剥落，铜的基体更易遭到腐蚀，使冷却水中 的铜含量明显增加。 从表 3 可看出，值 6.34，铜离子达 380/，说明要防止铜腐蚀，必须提高 值，至少应控制值在 7.0 以上。但70641986 控制值 6.58.0，如值在 6.56.9，也符合标准，但铜处于腐蚀区，铜的腐蚀没有得到抑制。 1.2.3 采用部标(163 1985)控制冷却水水质 冷却水控制电导率，是绝缘的需要，以防止产生泄漏电流。引起发电机冷却水泄漏电 流的部位主要是绝缘引水管，每根绝缘引水管泄漏电流值可由下式计算： (1) 式中，为泄漏电流值，；为水的电导率，/；为绝缘引水管的长度， ；为绝缘引水管内径，；为定子线圈或转子线圈的电压，。 绝缘引水管的常见规格有142，192。长度依定子线圈而定， 一般是 3040/。如以 13.8发电机定子电压为例，设绝缘引水管长度为 500，规格为192。由(1)式计算，当冷却水电导率为 2/，泄漏电流 为 0.97；当电导率为 10/时，泄漏电流为 4.8。从数据看，泄漏电流值较小， 为毫安级。且当电导率为 10/时，相应的绝缘电阻已约 10。 发电机对绝缘电阻和泄漏电流无明确规定，据介绍，为模拟绝缘引水管试验，用充满 水的聚四氟乙烯塑料管在 12的电压下进行耐压试验，测得电气闪络的泄漏电流为 6070，考虑金属氧化物或金属颗粒对泄漏电流的影响，冷却水电导率在 5.0/ 时，泄漏电流为 2.4，能满足发电机绕阻绝缘的需要。目前，敞开式冷却水系统大都控 制电导率低于 5.0/，保证了机组的安全经济运行。当电导率控制在 5.0/ 以 下，才有条件提高冷却水的值，并可对铜管进行缓蚀处理。当然，在防止腐蚀的同时， 应尽量使电导率小一些。 从防腐和绝缘角度考虑，推荐使用部颁标准(1631985) 。 2 发电机冷却水的控制 当冷却水的标准确定后，冷却水可按下列方法控制。 (1)补充凝结水 凝结水的值在 8.09.0，电导率为 2.0/左右，控制凝结水的补水量，使冷 却水的值达 7.6 以上，电导率不大于 5.0/，达到部颁标准 (1631985)的要 求。 补充凝结水的缺点：敞开式冷却水系统不严密，氨气挥发，二氧化碳等气体的溶解， 将使冷却水值降低。须连续补充凝结水，才能保证冷却水的值。凝结水的补入， 冷却水箱须放出部分水，才能保持水量平衡。这部分水直接排掉，损失大，不经济，如回 收至凝结水中，铜离子带入锅炉系统，产生铜垢，发生腐蚀。且凝结水的值、电导率 随给水的加氨量变化发生波动，使冷却水不易控制，如氨的含量高，使铜管发生氨腐蚀。 目前，单纯补凝结水