200MW氢冷发电机风温异常升高原因分析及应对措施

高力强

摘要：徐矿阿克苏电厂200MW氢冷发电机运行中出现出口风温异常升高现象。经分析，原因为氢气冷却器冷却水阀门门芯脱落，导致冷却器冷却水流量降低，使得出口风温升高。在机组检修期间，对发电机氢气冷却器进行了全面检查，更换了发电机氢气冷却器冷却水阀门，有效的解决了发电机风温高的问题。

关键词：发电机；风温；异常升高；应对措施

1引言

徐矿阿克苏电厂1号发电机由东方电机集团东方电机有限公司制造，发电机型号：QFSN-200-2，为三相两极同步发电机，采用封闭式自循环通风系统，冷却方式采用“水氢氢”即：定子绕组（包括定子线圈、定子引线、定子出线）采用水内冷；转子绕组采用氢内冷：转子槽内部分采用气隙取气铣孔斜流氢内冷、转子绕组端部采用纵横两路铣槽氢内冷；定子铁芯及结构件采用氢气表面冷却。机内氢气在发电机机壳内经冷风道、热风道、氢冷却器在风扇的作用下形成四进五出径向多流通风的闭路循环系统。为了防止氢气外漏和空气进入机内，在端盖与转子的结合处设有双流环式轴封，为了减少通风阻力和缩短风道，四台氢气冷却器装在发电机机壳内的四个角。

2发电机氢气冷却器工作原理

发电机内部用于热交换的氢气，在发电机两侧端部冷却风扇的作用下，在发电机内部封闭回路中，强制循环流动，吸收发电机正常运行中定子铁芯和转子绕组产生的热量。热氢流经发电机端部四周各氢气冷却器，与其内部的冷却水进行热量交换，经过冷却后的氢气再次进入发电机定子铁芯和转子绕组反复循环，实现热量传递，使发电机定子铁芯及转子绕组温度维持在合理区间。循环冷却水系统提供氢气冷却器的冷却水。徐矿阿克苏电厂1号发电机氢冷系统为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由开式冷却水冷却，发电机氢冷却器设置冷却进、出水阀门、双金属温度计及流量计，当一个冷却器因故障停用时，发电机至少能输出80%额定负荷。

3发电机风温异常升高原因分析

2019年7月29日中班，#1发电机有功功率180MW，发电机氢压220KPa，运行人员监盘发现#1发电机风温异常升高，汽端/励端进风温度44℃/49℃，出风温度60℃（规程要求不超过65℃）。运行人员就地检测风温表处发电机壳体温度，检查#1发电机4个氢气冷却器冷却水进、出水门，对氢气冷却器进行排空。检查发现：

（1）运行人员就地实测发电机汽端进风处温度49℃，励端进风处温度54℃；出风处温度57℃。

（2）运行人员就地检查#1发电机4个氢气冷却器冷却水进、出水阀门状态为全开位置，无明显节流。

（3）发电机汽端、励端氢气冷却器分别排空20分钟，其中励端氢气冷却器排出的水温度明显较高实测达60℃；排空完毕后，就地检查发电机出风温度有所降低，汽端/励端进风温度42℃/49℃，出风温度56℃。

（4）此时与同负荷状态下的#2发电机风温做比较，#2发电机汽端进风温度39℃，励端进风温度40℃，出风温度44℃。

2019年7月31日，利用红外成像仪和热工超声波式流量计对#1发电机氢气冷却器进行了仔细检查，此时#1发电机有功功率173MW，汽端/励端进风温度42℃/48℃，出风温度55℃（南侧/北侧就地56.5℃/57.2℃），检查情况见表1：

表1 #1发电机氢气冷却器运行参数

检测点	氢气冷却器前风温 （℃）	氢气冷却器后风温 （℃）	冷却水出水温度 （℃）	冷却水流量 （m³/h）
励端南侧氢气冷却器	61.6	60.6	41.7	1.2
励端北侧氢气冷却器	62.3	48.3	40.5	50
汽端南侧氢气冷却器	51.4	44	36.8	110
汽端北侧氢气冷却器	51.9	42.5	36.8	95

经过对比，可以发现：

发电机汽端进风温度42℃明显低于励端进风温度48℃，说明汽端氢气冷却器冷却效果明显好于励端氢气冷却器。而励端冷却水出水温度明显高于汽端氢气冷却器出水温度，说明励端氢气冷却器的冷却水量低于汽端氢气冷却器。

检测各氢气冷却器冷却水量，发电机励端2台氢气冷却器冷却水量明显偏低，其中励端南侧氢气冷却器冷却水量经多个不同的点测量均测度读数在1.2m³/h左右，冷却水基本不流动，说明存在严重堵塞或阀门门芯脱落情况，实际未开启。

发电机励端南侧氢气冷却器前、后温度差仅1℃，其基本没有起到冷却效果，可佐证其检测冷却水量严重偏低基本准确。

综上所述，基本可以判断#1发电机励端进风温度及出风温度异常的主要原因是励端氢气冷却器冷却水量异常偏低，特别是励端南侧氢气冷却器其冷却水基本无流量。冷却水量异常偏低的原因可能为氢气冷却器冷却水进水或出水阀门门芯脱落，导致阀门未开启的可能性最大，励端氢气冷却器进水室管束口被大块杂物堵塞的可能性较低。可以待#1机组停运后，检查发电机励端氢气冷却器冷却水进、出水门情况，若阀门开度正常，可打开氢气冷却器底部进、回水室门盖做进一步检查、清理。

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发电机风温高处理措施及建议

#1发电机出口风温异常升高，但未超过规程范围，机组暂时不具备停运条件，可以采取以下措施，加强监视运行：

（1）当#1发电机有功功率超过140MW时，采取增大循环水量的方式，增启一台循环水泵运行，并加强其它三台氢气冷却器换热效果监视。

（2）将#1发电机氢压升至额定运行压力300KPa，增加发电机内氢气的换热能力。

（3）当#1发电机有功功率超过160MW时，可增投一台定冷水冷却器，降低定冷水温度至36℃，对发电机内风温降低起一定的辅助效果。

（4）运行人员加强监视发电机各区风温，严格执行巡回检查制度，严密监视发电机进、出风温度变化，利用测温工具加强就地励端氢气冷却器前发电机壳体温度检查。若#1发电机就地出风温度表温达65℃，必须降低#1机组负荷运行，并密切监视出口风温变化趋势。

2019年9月，#1机组C修期间，完成氢气置换工作后，对#1发电机氢气冷却器进行了解体检查，发现励端南侧氢气冷却器冷却水进水阀门门芯脱落，实际运行过程中阀门未完全开启，致使进入该氢气冷却器的冷却水量降低，无法与热氢进行换热，导致出口风温升高。检修人员对阀门进行了更换，并对各氢气冷却器进行了清理，机组启动后发电机风温恢复正常，至今运行良好。

为了避免发电机在正常运行中出现风温异常升高现象，进一步提高发电机氢气冷却器运行可靠性，可采取以下措施：

（1）根据设备实际运行状况，合理编排氢气冷却器检修周期，改变只有在发电机大修期间才检查氢气冷却器的观念，缩短检查周期，在条件允许的情况下，机组B修或者C修期间，对氢气冷却器进行全面检查，及时发现并处理存在的缺陷。

（2）发电机运行中，加强对冷却水水质的化学监督，定期检测发电机氢气冷却器冷却水水质，综合对比分析，确保水质在合理范围内，可以提高设备长周期运行可靠性。

（3）提高机组运维水平，加强运行人员操作技能水平培训，杜绝野蛮操作，防止因人为操作导致设备损坏，严格执行两票三制制度，及时发现问题并消缺。

（4）对于主机设备上的附属配件，在采购前应明确材质及质量要求，选取质量可靠产品，避免使用劣质产品，降低设备故障率，确保发电机组长周期稳定运行。

5结语

发电机正常运行中，定子铁芯及转子绕组会产生热量，这些热量由发电机内部的氢气吸收，氢气的热量由冷却水吸收，氢气冷却器就是他们热交换的装置。若氢气冷却器不能正常工作，发电机内部的热量就无法被带走，影响发电机正常运行，氢气冷却器是氢冷发电机的重要组成部分，提高氢气冷却器运行可靠性，是发电机长周期稳定运行的必要条件。

参考文献

[1]东方电机股份有限公司.QFSN-200-2型汽轮发电机使用维护说明书。四川：东方电机股份有限公司，2000，8.

[2]徐矿集团新疆阿克苏热电有限公司2×200MW电气运行规程，2013，1.