双水内冷发电机故障分析及预防

双水内冷电机的特点、故障及预防
1双水内冷发电机的特点
双水内冷冷却方式：定子线圈和转子线圈双水内冷，定子铁心及其他结构件空冷，定子端部铜屏蔽冷却为水内冷。

20世纪30年代末期以前，汽轮发电机基本上处于单一的空气冷却阶段。

空气冷却在结构上最简单，费用最低廉，维护最方便，这些显著的优点使得空气冷却首先得到了应用和发展。

随着电网容量的增大，要求提高汽轮发电机的容量。

为了提高容量，需要增加电磁负荷，导致电磁损耗增大，从而引起电机发热量的增加，要强化冷却就必须加大通风量，这必然引起通风损耗的增大，而通风损耗(含风摩耗)占总损耗的40%，这就使得电机的效率降低。

另外，空气冷却的定转子绕组的温升也较高，影响绝缘的寿命。

同时，水的比热容大、化学稳定性好、便于获得，是理想的液体冷却介质。

1958年中国上海电机厂制成了第一台定子和转子绕组都用水在内部直接冷却的12 MW双水内冷发电机。

此后上海电机厂生产的50 MW、60 MW、125 MW、300 MW发电机也采用这种冷却方式。

氢气比热容大、导热性能好、密度小，是良好的气体冷却介质。

水的比热容大、化学稳定性好、便于获得，是理想的液体冷却介质。

当前，功率超过250 MW的发电机广泛地采用氢、水或几种冷却介质分别冷却各个部件。

双水内冷发电机结构简单，外部辅助系统单一。

由于双水内冷发电机采用水、水、空冷却方式，因此与水氢冷相比，取消了氢系统和密封油系统，仅有水系统。

外部辅助系统单一，安装、运行、维护方便，可维护性好。

由于转子线圈采用水内冷。

线圈绕组温度低，匝间采用连续绝缘，不与冷却介质接触，运行可靠。

由于定子铁心采用空冷。

无氢爆和漏油可能性，机座设计不需防氢爆措施和氢密封结构。

结构简单，重量轻，发电机最大运输件定子的运输重量和尺寸减少，便于运输和降低运输成本。

但是于转子内冷水系统的密封非常困难, 从转子出水支座中不断溶入新鲜空气,
造成内冷水PH值不断下降, 在氧的作用下铜芯导线的腐蚀就持续发生, 从而导致内冷水水质的控制相当困难。

内冷水的水质超标问题会导致发电机定子线芯过热被迫停机进行酸洗。

同时，双水内冷机组的水电故障问题也是值得关注的。

QFS2型汽轮发电机是在总结QFS双水内冷发电机制造运行经验基础上，移植了西屋公司联合优化设计技术，吸取了近年来国内外大型汽轮发电机的先进成熟技术，进行的优化设计，在95年试制成功的改型产品。

该设计的技术性能比原QFS型发电机的许多
方面有较大的提高，达到当代先进技术水平。

该机在大坝电厂进行了温升及发电机效率实测，试验结果表明发电机各部分温升比经前的QFS型有较大的降低，并具有相当的裕度。

QFS2型300MW自从95年在上海电机厂试制成功后，在多家电厂应用，如大坝、曲靖、洛河、苏龙、桥头电厂。

2 空冷或氢冷发电机与双水内冷发电机的比较
1）体积比较
空冷或氢冷发电机是采用空气或氢气对线圈和铁芯从表面冷却，因为冷却效果较差，为了使线圈和铁芯的温度控制在允许的范围内，线圈的导线和铁芯的截面较大，发电机的铜损和铁损较小，产生的热量较少。

因此，空冷或氢冷发电机的体积较大。

双水内冷发电机是用水直接从线圈导线的内部进行冷却，冷却效果非常好，即使线圈导线和铁芯的截面较小，在发电机的铜损和铁损较大的情况下，也能将线圈和铁芯的温度控制在允许的范围内。

2）造价比较
制造双水内冷发电机的材料比同容量的空冷或氢冷发电机可减少约30％。

因双水内冷发电机的重量减轻和体积缩小，不但造价降低便于起吊、运输和安装，而且还节约了发电机基础和厂房的造价。

3）效率比较
双水内冷发电机的效率却因铜损和铁损较大，导致发电机的效率较低。

大型空冷发电机效率约为97％～98％；氢冷发电机的效率约为98％～99％；水内冷的发电机效率约为96％～98％。

发电机效率降低0.5～1.0％，发电煤耗将增加0.5～1.0％。

对大型发电机组而言，采用水内冷一年增加的燃料成本也非常可观。

所以，有些大型发电机不采用水内冷，而采用冷却效果较好、发电机效率较高的氢冷。

3 冷却系统构成及特点
本机组发电机定子和转子都直接采用水冷却方式，由冷却水系统提供的干净、无杂质的水分别对发电机定子和转子绕组内部进行直接冷却，具有如下特点：1）定子和转子冷却水系统分开成二个独立的水路循环系统。

定子水箱采用充氮密封，氮气压力为0.01~0.03MPa(g)，配有氮气汇流排及氮气稳压装置；
2）定子、转子线圈采用闭式循环水系统，冷水器设计进水温度为38℃；
3）定子、转子水冷系统，各配备2台100％容量冷却水的冷却器，2台100％容量的水泵及配套电动机，1台10％容量的离子交换器，1台水箱，包括管道和阀门以及其他零部件；转子水冷系统，配备2台100％容量冷却水的冷却器，2台100％容量的水泵及配套的电动机，1台水箱，管道和阀门等部件；
4）定子冷却水泵和转子冷却水泵均为两台，一台工作一台备用，当一台出故障后能自动切换到另一台；
5）发电机定、转子内冷水进水管装压力表及压力开关；
6）有完整的控制和报警装置并向DCS系统传送数据信号；
7）水冷系统的有关装置和部件，均能在发电机运行时进行清洗和检修；
8）定子水冷系统设有反冲洗管道，以满足反冲洗定子绕组水路的要求；反冲洗滤网采用不锈钢激光打孔型式；
9）系统设置3个导电仪，电导率偏离正常值时发出报警信号，向DCS系统传送信号；
10）冷水器备有温度调节装置，温度调节由DCS控制。

11）系统设置自动补水和水箱水位报警装置。

定转子冷却水系统设有蒸气加热装置；
12）为确保断水保护动作信号的可靠性，设置三只水流量极低开关；断水保护装置向DCS提供两条回路，实现发电机断水保护双重化。

4 双水内冷发电机漏水故障是最常见、最频发的故障, 是火电机组最严重的事故之一。

其危害轻则停机停炉，重则损坏主机，烧毁定子绕组或铁芯，烧坏转子绕组或大轴。

常见漏水故障如下：
1）因水电接头焊接不良（夹渣沙眼）发生渗漏；
2）因定子或转子线棒裂漏水；
3）转子出水拐角空心铜管破裂漏水；
4）因转子引水复合管爆破大漏水；
5）因铜镳杯（加工孔堵杯）腐蚀穿孔漏水。

6）转动部件既要承受水压，更要承受高速产生的离心力作用。

空心线圈、绝缘引水管、拐角引线、水电接头等部件只要存在一点隐患，就容易演变为事故。

转子漏水的风险和几率比较高，这是必然的。

5 漏水的预防与检测
1）在大修期间，坚持进行了定子和转子的水压试验，能有效发现并消除渗漏缺陷。

2）目前引进用气密封试验来检测漏点的方法。

3）在线监测发电机漏水只有励磁回路绝缘监测电压表，转子一点接地保护、高阻检漏仪、差动微漏检漏仪等几种。

各种检漏装置互有优缺点，组合应用能较准确地预报发电机漏水情况。