宣布时间：2021-11-09点击：2428
随着国家电力建设的迅速生长，装机容量的不绝增大，发电机定子在运行历程中由于能量转换爆发的热效应加剧 。为了包管发电机组的宁静运行，须接纳一定的方法对发电机进行冷却 。凭据发电机类型和容量的差别，外冷式汽轮发电机常用气体进行冷却，如氢冷或空冷；内冷式汽轮发电机则接纳气体（氢气）或液体（水或油）冷却转子或定子，其中水冷是定子常用的冷却方法 。定子线圈中含有一部分空芯导线，这些导线通水冷却，可以显著降低发电机各部位的温度和温升，延长发电机寿命 。但内冷水在冷却定子的同时，会造成空芯铜导线的腐化 。
发电机定子线圈的空芯导线一般接纳纯铜，内冷水接纳去离子水 。内冷水中的可溶性离子含量很低，金属在其中的腐化相对缓慢 。发电机定子内冷水系统对水质电导率要求高，铜导线的腐化不但会使水质恶化，电导率超标，更会严重影响发电机的事情效率和宁静 。
定子内冷水情况的腐化因素
差别于其他设备中的冷却水，电力行业对定子内冷水的水质要求十分严格，针对海内大型发电机定子内冷水的水质情况，制定了明确的标准DL/T 1039-2016《发电机内冷水处理导则》 。
电导率是评价内冷水水质的重要指标，电导率崎岖代表内冷水中溶解性离子含量的几多，定子内冷水经循环使用后，可能会因为系统密封性欠好、离子交换树脂失效或pH值过高，导致其电导率逐渐增大 。
溶解氧含量是影响纯铜在内冷水中腐化的要害指标，溶解氧直接加入铜的腐化历程，是内冷水中铜腐化的阴极去极化剂 。维持内冷水的低溶氧量可以大幅降低纯铜导线的氧腐化 。关闭管路中流通的内冷水中溶解氧量相对较低 。为进一步减小内冷水中的溶解氧，已往有电厂接纳除氧剂对内冷水进行除氧处理 。然而，除氧剂的加入会大幅升高内冷水电导率及电厂的运行本钱，其在内冷水中的使用并不广泛 。
定子线圈的腐化现状
定子线圈在内冷水中的腐化问题会造成宁静事故 。尽管接纳了多重控制铜腐化的步伐，内冷水系统照旧会时时泛起铜的腐化产品沉积，这会对发电机定子造成损害，进而导致电厂的强制停电 。沉积物聚集的部位主要是冷却水流经的一些小通道和弯道，有些部位横截面积只有几平方毫米，少量氧化铜或其他腐化产品沉积就会阻塞通道并导致发电机过热，近年来海内不少电厂都爆发过这类问题 。
海内某电厂QFSN-660-2-22型汽轮发电机，运行7年后，定子线棒水路流通截面严重梗塞，致使线棒绝缘损坏，造成定子线棒接地，发电机跳闸�；� 。事故剖析认为造成线棒梗塞的原因是定子内冷水系统及补水系统密封装置不完善，水质受到二氧化碳污染，使pH偏离划定值，同时，在溶解氧的作用下，铜腐化加剧，爆发的铜氧化物梗塞管路，使得线棒过热膨胀并在应力作用下爆发绝缘损坏，导致定子在运行中因接地故障而爆发跳闸�；鹿� 。
为去除内冷水系统中的铜腐化产品，电厂常配备过滤系统 。如微粒过滤器，用以除去内冷水中的微粒物，包括可能从铜外貌释放的氧化铜或氧化亚铜 。下图为定子过滤器上附着的红色沉积物 。检查过滤器滤芯发明滤芯上红色沉积物的化学身分主要为氧化亚铜以及铜单质，还包括玄色的氧化铜颗粒 。这些沉积物的附着会导致定子线圈冷却水流量下降，定子线棒及出水温度上升，影响发电机组的正常事情 。
关于定子线圈的腐化控制，需要系统剖析定子线圈腐化的影响因素，制定合理的防护步伐，下面将从定子内冷水水质、缓蚀剂、事情情况等多个角度提出控制战略 。
定子线圈腐化的影响因素
1.溶解氧的影响
定子内冷水系统通常呈密封状态，但在实际运行历程中不可制止会有少量空气进入系统，造成内冷水中铜导线腐化 。
铜的腐化产品与溶解氧含量有关 。当溶解氧质量浓度低于100μg/L时，铜被氧化成氧化亚铜；当溶解氧质量浓度为200~300μg/L时，氧化亚铜继续被氧化生成氧化铜，且在此条件下铜的腐化速率***大 。研究标明，铜爆发腐化时，其外貌通�；嵘伤隳�，内层为Cu2O，外层为CuO层，且Cu2O和CuO在水中的溶解度均受溶解氧含量的影响，一般来说较低的溶解氧含量会大幅降低铜的腐化速率 。别的，氧化物膜的稳定性也受溶解氧含量的影响，当内冷水中的溶解氧含量小于20μg/L时，Cu2O稳定保存；而当溶解氧含量高于20μg/L时，CuO可以稳定保存 。
2.pH值的影响
内冷水pH值对铜的腐化历程有影响显著 。在酸性介质中，氢离子可以破坏铜外貌氧化膜的稳定性 。在中性或碱性介质中，铜外貌爆发氧化爆发的氧化亚铜膜稳定性较好，对金属基体具有良好的�；ぷ饔� 。pH还会影响氧化亚铜的溶解速率，在一定规模内，升高溶液pH可以使氧化亚铜的溶解速率处于较低水平，可是pH过高又会增进Cu2O向CuO转变 。pH升高还会对氧化膜的厚度爆发明显影响，在碱性溶液（pH为7.5~8.5）中，接纳原子力显微镜视察铜外貌的腐化产品膜，发明其在pH7.5溶液中形成的氧化膜厚度为30~60nm，在pH8.5溶液中形成的氧化膜厚度显著增加，抵达400nm，且完整笼罩铜外貌的氧化膜具有更高的粗糙度和更好的附着力 。
3.溶解二氧化碳的影响
一旦内冷水系统密封不完全，空气中的二氧化碳就会溶解在内冷水中，生成碳酸，碳酸继续电离出H+，从而降低内冷水的pH 。内冷水中溶解的二氧化碳还会与铜外貌的氧化膜Cu2O反应，生成碱式碳酸铜 。因此，当内冷水中同时保存溶解氧和二氧化碳时，与Cu2O反应会使铜的耗氧腐化获得增进，并且生成的碱式碳酸铜不易在空芯铜导线内壁附着，容易被水流冲洗而随内冷水在系统中流动，进一步损坏铜外貌的氧化膜而加剧铜导线的腐化 。腐化加速使内冷水中Cu2+?CO32+等杂质离子浓度显著增大，进而提高了内冷水的电导率 。固态腐化产品还可能在铜导线的内壁聚集，影响铜导线的传热性能并降低内冷水的流量，使得内冷水的冷却效果下降 。
4.电导率的影响
电导率是评价内冷水水质的一项主要指标，从电化学角度来看，电导率越低则溶液电阻越大，爆发电化学腐化的阻力也就越大，腐化电流密度则越小 。DL/T 1039-2016《发电机内冷水处理导则》划定的内冷水电导率不高于2μS/cm 。但也有看法认为，在太纯净的水中金属的溶解速度反而会增加，如当内冷水电导率低于1μS/cm时，铜的溶解明显增大，腐化加速；当内冷水的电导率降到0.5μS/cm时，铜的腐化速度增加了1.8倍；当其电导率降到0.2μS/cm时，铜的腐化速度增加了35倍，该看法还需要更多试验来验证 。一般来说，仅通过降低内冷水的电导率来控制腐化不敷严谨，还要结合其他因素综合考虑 。
定子线圈腐化的控制要领
1.改善定子内冷水的水质
降低内冷水的溶解氧含量
目前，电厂常接纳氢气笼罩在内冷水的上方，以阻遏空气，减少氧气和二氧化碳溶入内冷水中 。具体实施时在水箱充水之前先将发电机内充入氢气并加压，使其抵达一定的压力，除去发电机内冷水系统的空气 。之后，向系统中充入冷却水置换出氢气 。待水箱充满水后启动泵以一定的压力使冷却水进入定子绕组线圈，重复充水使水箱的水位降低，再向水箱内充氢气 。通过这样严格的水-气置换，宁静地排出氧气和二氧化碳并使系统阻遏了空气 。
也可以在涡轮发电机定子绕组到真空箱的冷却水回流管道间设计装置小型的除氧机，以进一步严格除氧，这可大幅降低定子线圈的腐化 。外洋有电厂利用该计划进行试验，发明定子绕组水冷系统中铜导体的腐化速率平均降低了2.1倍，有效阻止了定子线圈的耗氧腐化 。在氢水冷式涡轮发电机的设计革新中可以参考此要领 。
海内也有接纳氮气笼罩的方法除氧 。与氢气笼罩相比，其阻遏效果略差 。主要是因为氮气密度与空气相当，一旦系统中有空气进入，不易排除洁净 。而氢气密度低，可以笼罩在水箱顶部，使系统在完全关闭的条件下运行，不必担心水封吹破，冷却水罐和回水管线均可充满氢气，提高设备运行的可靠性 。使用氢气密封的***缺点就是氢气是可燃气体，保存宁静危害，在设备运行历程中要谨慎使用 。
2.内冷水微碱处理
一般电厂都使用除盐水或凝结水作为定子线圈的内冷水 。除盐水中的杂质离子含量极低，电导率小，切合电力行业有关定子内冷水的标准 。由于内冷水电导率很低，险些无缓冲性，当空气中的CO2溶入后会使内冷水的pH低于7，较低pH条件下铜导线的腐化更为严重 。因此，维持内冷水的pH在合适的规模是缓解铜导线腐化的行之有效的要领 。
海内已往对定子内冷水的要求比较低，通常使用凝结水并在凝结水系统连接加氨装置 。内冷水中微量的氨可以使其pH坚持在8.8以上，但添加氨水会增大内冷水的电导率，且氨还会与铜离子反应爆发络合物梗塞线圈，如果系统中有混床水处理装置还会造成树脂污染，使之失效 。
另外，也有接纳NaOH来调理内冷水pH至8~9，但综合内冷水中保存的其他离子如Cu2+,Cu+等，这种处理方法可使内冷水的总电导率凌驾2μS/cm，且随着设备运行时间的延长，电导率不绝增加，甚至会凌驾5μS/cm，电导率过高的内冷水不切合定子线圈的绝缘要求 。在使用碱性物质调理内冷水的pH时，pH和电导率很难同时抵达要求 。目前较为可靠的提高内冷水pH的要领是接纳特殊的离子交换使内冷水呈弱碱性，同时满足内冷水的电导率要求，抵达缓解定子线圈腐化的目的 。
3.小混床处理
小混床处理的目的是除去冷却水中的杂质离子，电厂常用的小混床有RNa-ROH型树脂混床和RH-ROH型树脂混床 。许多电厂在实际生产中常将RNa-ROH型树脂和RH-ROH型树脂配合使用 。利用RH-ROH型树脂控制冷却水的电导率，利用RNa-ROH型树脂控制内冷水的弱碱性，使内冷水的电导率和pH同时满足要求，控制内冷水电导率为1~5μS/cm、pH为7~9，既满足了内冷水的水质要求，又***洪流平地降低了定子线圈的腐化 。
4.添加缓蚀剂
在内冷水中添加缓蚀剂是古板的定子空芯铜线圈腐化控制要领，较早开发的缓蚀剂有2-巯基苯骈噻唑（MBT）和苯并三氮唑（BTA），其因对内冷水中铜腐化具有优异的缓蚀效果而被广泛使用 。这两种缓蚀剂对纯铜具有相同的缓蚀机理，即缓蚀剂分子在铜外貌以化学或物理吸附的方法形成吸附膜，将铜基体与腐化介质隔离，以抑制铜的腐化 。但这两种缓蚀剂在使用历程中均保存一定的缺陷 。如在使用时需严格控制缓蚀剂浓度，浓度过低非但不可起缓蚀作用，反而会加速铜腐化；而浓度太高也会降低其缓蚀效果，这是因为这类缓蚀剂在铜外貌的吸附成膜方法：使用浓度较低时，随着缓蚀剂浓度的增加，缓蚀率逐渐增大，此时缓蚀剂分子倾向于在与铜外貌平行的偏向吸附；缓蚀剂抵达***佳浓度后，继续增加缓蚀剂浓度则会引起分子间的排斥力，导致缓蚀剂分子的笔直或非平面吸附，使缓蚀率下降 。BTA发挥***佳缓蚀作用的浓度远小于MBT，且其加入对溶液电导率的影响不大 。另外MBT在使用时必须加碱溶解，这会增加内冷水的电导率 。添加古板缓蚀剂在一定水平减缓了定子线圈的腐化，但由于MBT等缓蚀剂的水溶性较差，容易以不溶态附着在线圈内壁而影响内冷水的冷却效果 。
凭据内冷水系统的特点和环保要求，若要接纳缓蚀剂控制铜在内冷水中的腐化，需要结合内冷水情况研究设计更合适的缓蚀剂 。一般用于内冷水的缓蚀剂需满足以下三点使用要求：
（1）低毒环保，随着环保要求的提高以及内冷水水质要求，铜缓蚀剂通常都要求添加量少，毒性小，无污染 。
（2）缓蚀性能更好，铜缓蚀剂分子大多是依靠其有机基团与金属外貌的化学吸附，以阻遏介质中腐化性离子的侵蚀作用 。
（3）使用时不应对内冷水的电导率爆发较大影响，以一定量加入时既能有良好的缓蚀率，又能满足内冷水的低电导率要求 。这些年研究的一些新型铜缓蚀剂主要有唑类和氨基酸类以及席夫碱有机缓蚀剂 。
唑类缓蚀剂目前研究较多，基于古板缓蚀剂革新衍生出一系列新型唑类缓蚀剂，如2-MBT，其有机分子中氮或硫的保存可以通过与铜形成配位键来提高其缓蚀性能，溶解在溶液中的2-MBT还可以与铜反应形成络合物，该络合物可在铜外貌起�；ぷ饔� 。四唑类衍生物，如5-苯基四唑，邻溴5-苯基四唑等，其通过Cu-N键与铜外貌原子爆发化学吸附，且动电位极化剖析其既能抑制阳极铜的溶解历程，还能抑制阴极氧的还原，所形成的吸附膜具有较高的吸附能和笼罩度，缓蚀性能突出，甚至在较强的酸性溶液中都能稳定发挥其缓蚀性能，可作为酸洗缓蚀剂应用于定子铜导线在�；诩涞乃嵯蠢� 。
氨基酸和席夫碱类缓蚀剂作为铜缓蚀剂的研究已有多年 。氨基酸类缓蚀剂在结构上保存氨基基团，可作为良好的吸附位点吸附于铜外貌而发挥缓蚀作用 。较早研究的氨基酸类有机缓蚀剂有聚天冬氨酸（PASP）、半胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met）、丙氨酸（Ala）等 。关于微碱性的内冷水情况，半胱氨酸也有良好的缓蚀性能 。半胱氨酸分子中除含氨基基团外，还保存a-SH基团，在碱性条件下也可吸附在铜外貌形成Cu(I)cys�；つ�，Cu(I)cys配合物因其较高的稳定性而具有有效的缓蚀作用 。席夫碱是含有R2C=NR基团的胺、酮或醛的缩合产品，其分子结构中的亚氨基团极易与金属配合，形成结构稳定的配合物，从而起到良好的缓蚀作用 。虽然一些新型缓蚀剂较古板缓蚀剂在缓蚀性能或环保上有奇特的优势，但若要实际应用，还需验证其是否能满足内冷水的要求 。
5.严格的水质监测
在内冷水系统配置相应的进出口水监测装置，在线监测压力、流量、温度及电导率等参数 。另外配置断水�；ぴ谙呒嗖狻⒙┧觳庾爸�，以提高内冷水水质的监测水平 。同时需注意，仪表冷却不良或定子内冷水系统水质参数设定不当都会带来空芯铜导线的腐化问题 。完善的监测装置可以资助系统工程师监视水质并将参数坚持在设计值之内 。在发电机运行历程中，一旦冷却水系统水流量或压力，以及进出口水温泛起异常，水质监测系统将立即反响异常信息，并提供充裕的时间使发电机恢复正常事情，避免冷却水系统进一步阻塞 。
定子线圈的保养
1.化学清洗
定子内冷水系统的腐化产品沉积在空芯铜导线内壁会造成内冷水流量下降，影响传热并导致定子线圈的局部过热而影响定子正常事情，因此在发电机�；诩涑＝幽苫逑匆┘燎逑茨诶渌低彻苈�，以除去管壁上的腐化产品和其他垢层 。影响化学清洗质量的要害因素之一是选取合适的清洗剂 。清洗剂的选择通常需要满足以下条件：
（1）不可对铜导线造成较大腐化 。
（2）铜氧化物去除率较高 。
目前应用于发电机内冷水系统的清洗剂主要有冰醋酸、柠檬酸、氨基磺酸、羟基乙酸等 。通常接纳氨基磺酸和羟基乙酸的复合酸，并配合加入一定量的缓蚀剂例如BTA 。
缓蚀剂的作用是在清洗历程中抑制清洗剂对铜导线的腐化 �；逑吹墓ぞ卟豢墒嵌ㄗ酉呷�，还包括发电机空芯线棒内外貌、换热器、滤网、内冷水水箱定子水泵及相连接的管道等 。
内冷水流通的整个回路均应清洗，特别是洗除管壁或弯道处沉积的铜氧化物，过滤器和过滤筛等也须彻底清洗从而恢复内冷水的流量 。
清洗的顺序是先水洗再酸洗，***后再水洗 。并且在酸洗的历程中要实时监测清洗剂中的铜离子含量，待其浓度抵达平衡时才可停止酸洗 。水洗时要使用切合要求的除盐水，待出水口的pH抵达8~9，电导率小于2μS/cm时，清洗历程完成 。
清洗结束后应烘干定子线圈，后续通�；挂远ㄗ尤谱榻芯挡馐�，检测定子绝缘是否抵达实际运行要求 。
化学清洗后，沉积在铜外貌的腐化产品被除去，使铜基外貌裸露 。为了避免裸露的铜外貌爆发新的腐化，清洗后通�；够岫酝饷步性つご�，处理时加入碱化剂使新的铜基外貌重新氧化生成钝化膜，从而抑制了侵蚀性离子对铜基体的腐化 。但在弱酸性条件下，钝化膜也易和水中的H+反应，释放出的Cu2+和Cu+进入内冷水，增加了内冷水中的铜含量同时会使电导率超标 。为阻止钝化膜的溶解，可进一步的加入预膜剂，通常为按一定比例配比的BTA和MBT的混淆物 。BTA可以与Cu2O反应生成稳定络合膜，具有较好的耐蚀性，MBT则可以增强膜的�；ば� 。
2.定子线圈的干保养
定子线圈的干保养是海内许多电厂在�；诩涑＝幽傻谋Ｑ� 。具体步伐是在定子恒久停运期间，向空芯线圈中吹入干燥空气，使内冷水系统内的相对湿度小于60%，再抽真空进一步除去线圈内的水分并控制内部相对湿度小于30%，***后向系统内充入氮气使之处于无氧状态 。为了除去定子线圈结构中某些死角处的水分和氧气，还需要重复抽真空以降低线圈内的湿度 。
实际应用经验标明，定子线圈的干保养可以大幅减少定子线圈内的水分和氧气，从而有效控制定子在停运期间的腐化 。但要完全消除线圈内的水和空气，需要泯灭大宗的时间和本钱对线圈进行重复的抽真空吹扫 。
结束语
定子线圈的腐化与定子内冷水的水质条件紧密相关，内冷水情况对空芯铜导线的腐化起主要作用 。内冷水水质控制要综合考虑水的电导率、pH、溶解氧量、溶解二氧化碳含量等多项指标，并革新内冷水处理技术 。在满足内冷水水质标准的前提下，研究开发新型环保***的缓蚀剂也是应对定子腐化的重要偏向 。
别的，在发电机停用期间，对定子线圈的清洁保养也是控制其腐化的重要手段 。
同时，需建立有效的水质监测系统，避免因内冷水水质恶化而导致铜的腐化加剧，进而造成内冷水流量的下降，甚至梗塞线圈从而危害运行宁静 。
针对发电机内冷水系统特殊的腐化情况，未来还需进行更多详细的研究事情，剖析种种因素对定子铜线圈腐化的影响，提出更有效的要领应对定子线圈的腐化问题 。
来源：腐化与防护 作者：于华强，孟新静，葛红花
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