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发电机定子冷却水系统降低溶氧方法分析
【摘要】本文论述了发电机定子冷却水系统溶氧含量高的危害，通过对系统流程与设备结构的分析，阐述了定子冷却水系统溶氧高的可能原因，并针对各种原因提出了降低溶氧的解决方法。
【关键词】发电机；定子冷却水；溶氧；道尔顿分压定律
目前，大型发电机组大都采用水-氢-氢的冷却方式，即发电机定子采用内冷水进行冷却。发电机定子冷却水中的溶解氧是造成发电机空心铜导线腐蚀的根本因素，溶氧高可能造成铜导线的应力集中点发生腐蚀，严重时出现冷却水泄漏，从而导致发电机电气故障跳闸甚至损坏发电机本体。因此降低定子冷却水中的溶氧含量是减缓和防止发电机定子铜导线腐蚀、保证发电机安全运行的重要手段。根据《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》（DL/T 801-2002）的规定，发电机定子冷却水中的含氧量应低于30μg/L，电导率应小于2.0μS/cm。
目前所采用的定子冷却水系统除氧的方法主要有：通氮除氧、催化加氢除氧和树脂除氧。
1）通氮除氧法简介
在定子冷却水系统中设置缓冲水箱，水箱上部通入氮气进行吹扫，利用道尔顿分压定律以及亨利定律的原理，使冷却水中的溶氧析出，达到降低溶氧的目的。道尔顿分压定律：任一容器中混合气体的总压力等于各种气体分压力之和，即：P总=P氮+P氧+P氢+﹒﹒﹒。亨利定律：容器中水中溶解的气体与水面上该气体的分压力成正比。根据该定律，在压力不变的情况下，增加氮气的含量，减少氧气的含量，即减少氧气的分压，从而达到降低冷却水的溶氧的含量的目的。缺点：对系统的密封性要求很高，出现漏气的现象，且只能通过防止氧气的漏入而不能去除定子冷却水中的已有的溶解氧。
2）催化加氢除氧法简介
催化加氢除氧是通过向发电机定子冷却水中通入氢气，在钯树脂的催化作用下，发生如下反应：2H2+O2=2H2O，从而达到除氧的目的。缺点：首先，钯树脂的价格昂贵。其次，由于系统内需要通往氢气，存在很大的安全隐患，不利于此技术的推广。
3）树脂除氧法简介
树脂除氧法主要是利用氧化还原离子交换树脂自身的特点进行除氧，它具有除氧效果好、操作稳定可靠以及运行费用低等优点。本文主要通过对通氮除氧法系统进行分析，查找系统溶氧升高的原因，并针对性的采取方法降低溶氧。
1、定子冷却水系统流程
主要工艺流程为：
定子冷却水箱---定子冷却水泵---冷却换热器---机械过滤器---磁性过滤器---发电机定子绕组---定子冷却水箱
还有两个特殊的子系统，氮气吹扫系统和离子净化系统：氮气吹扫系统安装在定子冷却水箱上部，有氮气送入、吹出两个管路；离子净化系系统是定子冷却水系统的一个支路，主要是将机械过滤器后的部分水流经离子净化系统，除去离子杂质后再返回定子冷却水箱。
2、定子冷却水系统溶氧高的来源分析
1）补水水源的水质溶氧含量高
定子冷却水系统运行过程中，不可避免的会出现系统泄漏，导致定子冷却水箱的水位下降，需要对系统进行补水。如果水源的含氧量高于系统内冷却水的溶氧量时，则补水会使系统的溶氧升高。通常定子冷却水系统的补水为电站除盐水，但除盐水的水质对溶氧的要求不高，不能满足一些大型发电机的定子冷却水系统对溶氧含量极严格的要求。不过，通常由于补水量相对系统内总水量较小，所以对溶氧的影响较小。
2）系统密封性降低，有空气漏入系统
定子冷却水系统由水箱、冷却水泵、换热器、过滤器、取样系统、净化系统、吹扫系统、管道和法兰等组成，随着系统运行时间的增加，系统内局部负压区域会吸入空气，造成溶氧的升高。出现此情况时，如果长时间找不到吸入点并消除缺陷，则系统的溶氧量将持续升高。
3）冷却器损坏，有冷却水漏入系统
冷却换热器也是导致溶氧升高的一个可能原因。换热器的一侧为定子冷却水，另一侧为设备冷却水。设备冷却水通常非封闭系统，且对水质溶氧含量没有要求，如果设备冷却水侧压力高于定子冷却水侧，则在换热器的换热管出现破损时，溶氧量高的设备冷却水进入系统内，导致系统的溶氧量短时间内大幅上升。此时，系统的总水量会增加，定子水箱的液位会上升。
3、定子冷却水降低溶氧方法
为了降低定子冷却水溶氧量，首先应分析溶氧升高的原因，并针对性的采取方法降低溶氧。
1）如果是补水水源的溶氧含量高，则首先对水源进行取样分析，确定水质
溶氧超标后，切除此补水源，查找除盐水制备系统的缺陷，消缺后进行补水。有些电站除了除盐水制备系统外，还采用溶氧含量更低的凝结水作为补水源，这种系统有如下优点：机组启动阶段，利用除盐水制备系统进行补水，当凝结水系统水质合格后转为凝结水向系统补水，提供溶氧量更低的水源，保证系统的运行在较低的溶氧水平。
2）系统漏入空气导致溶氧升高，要针对主要的隐患点进行排查，通常有以下几个薄弱点：a）定子冷却水泵的轴封处，此种情况大多出现在冷却水泵为填料密封的泵上。由于填料密封泵自身的特点，长时间运行后填料出现磨损，轴封处就会出现间隙，从而导致空气漏入系统，使系统内溶氧量升高。此时可以切换到备用泵运行，隔离此设备并进行填料的更换，处理缺陷后再投入运行。b）部分排气阀设置在系统的最高点，而由于管道内冷却水高速流动时可能在最高点形成负压，如果排气阀本身存在内漏则导致系统吸入空气，使溶氧量升高。如果排气阀有两道阀门组成，可以隔离并处理系统外侧的阀门，消除缺陷。如果只有一道阀门，系统运行中无法隔离，则可以临时封堵排气阀管线，避免系统吸入空气。c）冷却水箱均设置有溢流管线，为防止空气进入系统通常设有水封。如果由于系统内压力波动导致溢流水封破坏，则冷却水箱与空气连通，溶氧量持续上升。此时应立即对水封补水，建立正常的水封液位，隔绝外界空气。消除了系统内空气漏入点后，再通过氮气吹扫法对定子冷却水箱进行持续的吹扫，使冷却水中的溶氧析出，达到降低溶氧值的目的。
3）冷却器损坏导致溶氧升高，通过对换热器两侧取样比较水质的方法可以判断是否存在泄漏，判定存在泄漏的换热器后立即切换到备用换热器，并隔离故障设备进行检修。
如果换热器无备用，则适当降低设备冷却水侧的压力，减少泄漏量，同时投入氮气吹扫系统，持续降低溶氧量。需要注意，此时系统内水质的其它指标，如电导率等也会升高，还应该根据实际情况投入离子净化系统进行净化。
4、结论
综上所述，采用通氮除氧的定子冷却水系统具有设备简单，操作方便的优点，但是对系统的气密性要求高。当系统出现溶氧高缺陷时，应对系统设备进行排查，尽快找到泄漏点，隔离并消除缺陷，投入氮气吹扫系统进行除氧，直到系统的溶氧量合格。
参考文献
[1]霍银坤.锅炉给水除氧及氧化还原树脂除氧技术[J].环境保护，1994，9：38-40.
[2]钱达钟.发电厂水处理工程[M].北京：中国电力出版社.1998.