0 引言

近年来，随着越来越多的大型发电机组投入运行，对发电机定子冷却水(以下简称定冷水)水质的要求也越来越高。定冷水系统出现异常会给发电机运行带来极大风险，目前国内对定冷水系统故障研究主要集中在铜线棒结垢、腐蚀原因等方面^[1-4]，但是，定冷水电导率控制不当也会造成发电机接地跳闸。定冷水在发电机系统内相当于软导体，对发电机绝缘有重要影响，只要其电导率升高至一定数值，定冷水就会将发电机线棒与外界接通，从而发生发电机瞬时接地故障。本文根据发电机的结构特性，分析了引起发电机定冷水水质异常的各种风险因素，并提出避免水质异常的措施。

1 定冷水处理方式

为满足发电机绝缘和铜线棒防腐蚀要求，定冷水一般使用除盐水或凝结水，因微碱性条件能有效抑制铜的腐蚀，所以将定冷水pH值提高到7.6以上，铜离子的体积浓度只能控制在70 μg/L^[3]，远大于GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》规定的定冷水铜体积浓度≤20 μg/L的要求^[5]，必须采用除盐处理。

目前大型发电机定冷水应用的主要处理技术可以分为碱性树脂、小混床+加碱、直接加碱等，通过离子交换树脂对定冷水5%~10%的水量进行处理，不仅可以除去铜离子，而且能保证定冷水的电导率符合要求。

2 定冷水主要控制参数 2.1 电导率

发电机定冷水在空心铜导线内运行，必须达到绝缘、无腐蚀、不结垢的要求，在所有关于发电机定冷水的标准中，对电导率都进行极其严格的规定，即电导率尽可能小，否则会引起发电机接地保护动作跳闸^[6-7]。

2.2 泄漏电流

发电机定冷水泄漏电流的部位主要为绝缘引水管，引水管的泄漏电流i_s可以通过欧姆定律计算，见式(1)：

(1)

式中K_H20 —水的电导率，S/m；

d—缘引水管的内径，m；

L—绝缘引水管的长度，m；

U—发电机出口电压，V。

由于发电机定子电压远超转子电压，随着机组容量增加，定子电压也会增高，目前大容量机组发电机的出口电压已达20~27 kV，因此定冷水必须在满足标准要求的前提下尽量纯净，否则会因泄漏电流大而导致发电机跳闸。

2.3 接地电阻

600 MW注入式发电机定子接地保护定值为：接地阻抗小于12 000 Ω时保护报警、小于4500 Ω时保护动作，对应定冷水的电导率分别为83 μS/cm和220 μS/cm。接地变压器为理想变压器时其等值电路图如图 1所示。

以注入式发电机接地保护为例，在发电机中性点接地变压器副边注入20 Hz的低频电源，通过接地变压器耦合到一次侧，可以测出低频电压和电流，通过式(2)可以计算出接地电阻。

(2)

式中R_K—接地电阻，Ω；

R_e—取复数的实部，Ω；

K—滑动电阻的实测阻值，Ω；

U_GO —从分压器中采样的零序电压，V；

I_GO —接地变压压器副边零序电流，A；

3 定冷水电导率异常案例分析

在发电厂中，定冷水处理、发电机运行及消缺往往由不同部门负责，这些因素都会给发电机带来风险。

3.1 定冷水处理系统设备运行异常

常用的定冷水处理工艺为“小混床-加碱”，该工艺是在对定冷水进行混床除盐处理的同时，再加入NaOH溶液，以提高定冷水pH值，抑制发电机铜线棒的腐蚀^[8]。该过程首先将固体NaOH配置成0.1%~0.5%的稀溶液，然后通过加碱计量泵将其加入到定冷水处理离子交换器出口，同时通过电导表监测瞬时加药量，去除定冷水中杂质离子，提高pH值抑制定冷水系统腐蚀，但会存在以下风险：

(1) 加碱计量泵在未与定冷水系统运行状态联锁时，易出现定冷水系统已停运，但加碱泵仍运行的情况，造成碱液持续加入到定冷水系统中，使定冷水电导率升高。

(2) 电导率表出现异常时，若显示的定冷水电导率低于设定的停止加药上限，而实际定冷水系统电导率已上涨，此时加碱泵会持续运行，将过量碱液加入到定冷水系统内，造成电导率升高。

(3) 若定冷水处理系统的离子交换器堵塞，稀碱液在离子交换器出口积存，待调整后离子交换器过水时，定冷水电导率会突然升高。

3.2 定冷水系统消缺使用介质不当

某发电机运行过程中，定冷水水箱顶部漏氢检测仪测得氢气体积分数为7.35%，按“防止电力生产事故的二十五项重点要求”规定，当排氢体积分数达到10%时，应立即停机^[9]。随后进行手工测试复核，但测试结果均为零。工作人员用CO₂对漏氢检测仪进行零点检验。从定冷水水箱顶部排气阀处通入CO₂，对漏氢检测仪取样通道进行吹扫，经检测仪出口管排出，共使用40 L的CO₂。CO₂为酸性气体，略溶于水, 当与偏碱性的定冷水接触后，会加速CO₂的溶解，并与水反应生成碳酸。因此，通入CO₂后，发电机定冷水pH值由8.2降低至6.1，而电导率由1.2 μS/cm升高至62 μS/cm，致使定子接地保护报警，险些造成机组非计划停运。

3.3 定冷水水质异常时采取措施不合适

某电厂发电机定冷水采用氢型-钠型混床处理工艺调节pH值，控制铜导线腐蚀。1号机组由于定冷水处理装置树脂失效，定冷水指标劣化，pH值下降至7以下，定冷水系统铜离子质量浓度升高至40 μg/L。处理时采取了向定冷水系统投加NaOH的办法来提高pH值。由于定冷水处理设备并未设置加碱装置，因此需要先清洗出钠离子交换器中的钠型树脂，然后加入2 L 10 %质量浓度的NaOH溶液后加满除盐水，此时，碱液质量浓度约为0.2%。将NaOH溶液加入定冷水系统约40 min后，发现发电机定子线圈进水电导率快速上升，立即停止向系统加入碱液，电导率继续上升至7.92 μS/cm，发电机随即跳闸。就地检查发现变组柜第2套保护注入式定子接地保护跳闸，低频电压、电流分别为0.816 V、2.09 mA，定冷水电导率约2500 μS/cm；通过式(2)计算出接地电阻为397 Ω，小于发电机保护定值。

分析原因，钠离子交换器中碱液进入定冷水箱底部，同时定子冷却水泵入口管也在水箱底部取水，其中水泵入口管道相距碱液进入位置不超过80 cm，因此在加碱操作时，进入水箱底部的碱液很快被水泵吸走，而不能在水箱内部充分混合完成稀释，从而导致定冷水电导率过高造成发电机跳闸。

4 风险控制措施 4.1 设备系统

发电机定冷水电导表设置高值发软光子报警、高高值发硬光子报警。定冷水系统停运时应当联停加药泵，防止系统停运后，加药泵继续运行。定期校准电导率表、保证pH值表测量准确性。定冷水离子交换器加装流量计，防止离子交换器不通水而加药泵持续运行，导致药液积存引起定冷水电导率大幅波动。

4.2 消缺

定冷水系统消缺吹扫时，应使用惰性气体(氮气) ^[10]。

4.3 水质异常处理

根据DL/T 1039—2016《发电机定冷水处理导则》，应采用自动控制加药装置加入碱化剂溶液，不可采用人为控制方式向定冷水系统加入碱化剂^[11]。应根据树脂运行周期，在树脂失效前，及时再生树脂或更换新树脂。

5 结束语

发电机定冷水电导率对发电机的绝缘有非常明显的影响，是发电机运行中的关键指标之一。发电机定冷水电导率控制不当，易造成接地电阻减小，泄漏电流增大，引起发电机接地保护跳闸，因此运行中需特别加以重视。