汽轮发电机定子线棒层间温度和出水温度异常分析与处理

吴笃超

(国家能源集团科学技术研究院有限公司，江苏 南京 210023）

0 引 言

目前，大型汽轮发电机定子线棒通常用水作为介质进行冷却，即通过定子冷却水带出定子线棒内的基本铜耗（直流铜耗）和附加损耗（交流附加损耗）等所产生的热量。通过发电机温升试验和监测定子线棒层间温度与出水温度可以有效发现发电机内冷水回路是否存在问题，防止因内冷水回路堵塞造成发电机线棒烧损。在国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中也有“定子线棒层间测温元件的温差达8 ℃或定子线棒引水管同层出水温差达8 ℃时应报警，定子线棒温差达14 ℃或定子引水管出水温差达12 ℃，或任一定子槽内层间测温元件温度超过90 ℃或出水温度超过85 ℃时，应立即降低负荷，在确认测温元件无误后，为避免发生重大事故，应立即停机”的要求，但造成发电机定子线棒层间温度和出水温度异常的原因有很多，遇到异常时应仔细辨认识别。本文主要介绍几种常见的定子线棒温度异常情况，并结合实际给出分析方法和处理意见。

1 几种常见的发电机定子线棒层间温度和出水温度异常情况及分析

1.1 测温元件故障

根据运行经验，定子线棒测温元件故障是导致定子线棒层间温度和出水温度异常的重要原因。由于测温元件故障，因此其反映的温度并非定子线棒的真实温度，应查找问题所在并及时更换。常见的测温元件故障包括测温元件损坏和测温元件引线破损或虚接两种。

1.1.1 测温元件损坏

测温元件损坏是指测温元件因质量问题或长时间使用老化导致无法正确反馈温度。通常定子线棒层间内埋设有两套测温铂电阻，一套运行，另一套为备用[1]。由于两套测温铂电阻同时损坏的概率较小，因此若怀疑测温元件损坏，可在不同工况下测量两套元件的电阻值，若阻值不同则可判断为测温元件本身的问题。

1.1.2 测温元件引线破损或虚接

测温元件引线破损是指因长时间运行，测温元件引线之间互相摩擦导致引线表皮及屏蔽层破损，又因发电机内磁场作用，造成测量信号跳变。测温元件引线虚接是指引线与接线板之间接触不良，导致接触电阻增大，造成显示温度与实际不符。这类故障通常会引起显示温度跳变，可以通过在分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）上查看温度历史曲线来判断是否存在此类问题。

1.2 异物堵塞

异物堵塞是指异物通过定子冷却水的内循环水路进入定子线棒，从而堵塞内部空心导线，造成水流量减小，定子线棒层间温度和出水温度升高。常见的异物包括水垢、焊渣以及脱落的法兰密封衬垫等[2]。某厂#2机组额定功率为330 MW，额定电流为11 207 A。在进行#2发电机温升试验过程中，发现其定子线棒4#槽出水温度较其余各槽出水温度偏高，定子线棒36#槽层间温度（测温元件埋在槽内上下层线棒之间）较其余各槽温度偏高，实测数据具体如表1和表2所示。

表1 4#槽出水与其余各线棒出水在不同工况下的温度比较

表2 36#槽层间与其余各槽层间在不同工况下的温度比较

由表1和表2可以看出，有功功率在330 MW左右时，线棒出水温度温差达15.1 ℃，线棒层间温度温差达12.1 ℃，均超过规定要求，且偏离值随着负荷的增加而快速增加。在排除测温元件故障的情况下，参照发电机定子装配图，可以判断出水4#上层线棒与36#槽内下层线棒相应水支路存在微堵的可能。

1.3 人为原因

在实际运行中，操作人员疏忽大意或“两票三制”制度落实不到位等也可能导致定子线棒层间温度和出水温度显示异常。如某厂#1机组额定功率为660 MW，额定电流为19 245 A。2016年10月26日，电科院技术人员在该厂例行检查时发现#1发电机定子线棒出水温度显示异常。在负荷为320 MW时，定子冷却水进口温度为41.0 ℃，定子冷却水出口温度为45.7 ℃，而42个定子线棒出水温度在40.9～41.8 ℃，比定子冷却水出口温度低，并且在之后的观察中还发现随着负荷的升高定子线棒出水温度基本没有变化。

在排除测温元件故障的情况下，技术人员询问了电厂之前的运行状况，得知该厂#1机组在10月4日到10月15日之间因锅炉结焦而停机，通过在DCS上调取历史曲线发现在10月4日停机前定子线棒出水温度一切正常，其温度与定子冷却水出口温度相近，10月15日起机之后定子线棒出水温度出现异常，其温度与定子冷却水进口温度相近，因此怀疑#1发电机定冷水系统运行方式出现问题。经电厂调查发现，在#1机组停机期间，运行人员曾对#1发电机定冷水系统进行反冲洗，但反冲洗操作完毕后并未将定冷水系统各阀门恢复到正常运行状态，即定冷水系统一直在反冲洗状态下运行，因此DCS显示的定子线棒出水温度实际为定子线棒的进水温度。

2 缺陷处理

2.1 由于测温元件故障导致的温度异常

当判断定子线棒层间温度和出水温度异常是测温元件故障引起时，应通知热工人员立即检查测温元件是否完好。需先开出工作票，工作票安全措施执行完毕，并经监盘的运行人员同意后方可开始工作。对于需要检查的温度异常点，可就地测量元件的直流电阻值，并换算成温度值与DCS显示值对比查看是否一致，同时检查绝缘是否正常，检查线路有无虚接、短路或断线等问题。若测温元件损坏，应在停机期间对其进行更换，在更换测温元件的过程中要做好防止异物进入发电机的措施，更换工作结束后要对发电机进行气密试验，防止发电机运行中漏氢。若测温元件引线破损，应更换引线并重新绑扎固定，包括线与线之间的固定以及线与穿线管直接的固定，避免它们之间相互摩擦。若测温元件虚接，则应对测温元件的接头重新插拔和紧固。

2.2 异物堵塞导致的温度异常

当判断定子线棒层间温度和出水温度异常可能是异物堵塞引起时，应及时降低机组负荷，并尽快安排停机。停机后应先做水流量试验或热水流试验，检查有无水流量偏低或线棒出水降温曲线分散较大的线棒，若存在这样的线棒，还需检查其与运行中温度异常的线棒有无对应关系[3]。试验结束后对定子绕组整体进行正反向冲洗，每次冲洗完成后应检查过滤网，查看是否有异物遗落。整体冲洗结束后可拆开发电机，对温度异常的单根线棒分别用氮气和凝结水进行反复数次正反向冲洗，直至异物彻底清除。恢复绕组线棒水路后，发电机再进行整体正反向冲洗，检查滤网是否仍有异物，然后再次进行水流量试验或热水流试验，验证冲洗的结果[4]。

2.3 人为原因导致的温度异常

人为原因导致的温度异常要针对每个事件具体来处理，如上文提到的反冲洗操作完毕后并未将定冷水系统各阀门恢复到正常运行状态导致的温度异常，可在跟调度请示之后，由运行人员将#1机负荷降至100 MW，无功调至0 Mvar，解除#1机断水保护和备用定冷水泵连锁，之后同时操作4个阀门，全开发电机进水手动门、全开发电机回水手动门、全关发电机反冲洗进水手动门以及全关发电机反冲洗滤网后手动门。操作完毕后检查#1发电机相关系统各参数正常，投入备用定冷水泵连锁，断水保护，机组加负荷至330 MW，稳定一段时间后各参数均正常，显示#1机定冷水系统已切换回正常运行方式。

减少人为原因导致的温度异常还应以预防为主，加大对运行人员的培训和管理力度，按照《汽轮发电机运行导则》（DL/T 1164—2012）的要求，定子内冷水的流量和进出水温度等应至少每两小时抄录一次[5]。运行人员除了按时抄录数据外，还应具备判断相关各项参数是否符合正常值的能力。

3 结 论

定子线棒层间温度和出水温度是大型汽轮发电机运行过程中重要的监控参数，一旦定子冷却水水路堵塞，冷却介质无法将线棒产生的热量带走，就有可能造成发电机定子绕组绝缘受损，从而出现机组非停事故。发现定子线棒层间温度和出水温度异常时，正确判断异常原因并及时处理至关重要，根据本文给出的温度异常分析方法可以快速对可能的原因进行排查并及时处理，从而规避风险，保证发电机稳定运行。