取样位置是发电机内部冷却水的水路。冷却水是从励磁侧流进发电机,先流进环形的进水汇水管,汇水管和每个线圈的绝缘引水管相连,冷却水在此处分支,分别流进各个引水管,然后进入定子线棒进行热交换,吸收线圈的热量。吸收热量的水经出水管进入出水汇水管,最后流出发电机<3>。
分析图1发电机内部的冷却水的水路图从发电机定子空芯铜导线中冲洗出的不明颗粒主要是5定子线圈槽上、5与6定子线圈槽和6定子线圈槽下的结垢物。由于三个线圈中的结垢物样品形态较为复杂,是由多种不规则形状颗粒组成的混合物,故需对每个样品逐一进行分析表征。
结垢物的表征与分析形貌观察5槽上的结垢物形态比较复杂,按其形态可分成两种,(a)、(b)所示。其中,a中的结垢物主要是由片状颗粒、棒状纤维束和菱柱形颗粒等组成的混合物,颗粒最大长度小于2mm;b则是一种条带状薄片颗粒,颗粒颜色为黑色,片长超过1mm,甚至2mm,但片宽基本上小于0.5mm,薄片表面有圆柱形压痕,压痕直径在13μm~25μm之间。
为5与6槽的结垢物。其形态与5槽上样品中的菱柱形条状颗粒相一致,颜色呈米灰色,形体柔软,长度大于5mm.为6槽下样品的外观形态。颜色为黑色,最大尺寸小于0.6mm,形状不规则,内部较疏松,是由一些小颗粒团聚后形成的吸附型大颗粒。
成分分析采用能谱方法(EDS)分别对不明颗粒进行成分分析。5槽上样品的条带状颗粒的能谱分析谱线如,其化学元素主要为:氟45.9%、碳39.1%、氧12.1%、镁2.5%.可以看出氟元素含量最高,应是一种与氟元素有关的有机物颗粒。
5和6槽样品的化学组成主要是碳69.8%、氧11.8%、氯18.3%.结果表明是一种非金属材料。6槽下样品颗粒的化学组成主要是氧6.5%、铜93.5%,这是空芯铜导线的腐蚀物氧化铜。结构分析为判明5槽上条带状及片状颗粒的来源,对该厂提供的纤维束也进行扫描电镜观察和能谱分析。
该纤维束是一种绝缘型E玻璃纤维,单纤直径在13μm~25μm之间,形貌和能谱分析结果,与b所示的薄片状颗粒表面上印有纤维束的痕迹非常吻合,图中也显示了薄片表面残留着断裂的单根玻纤丝。发电机转子在高速旋转时,其包扎的线圈绕组的稳定性和可靠性是依靠绝缘护环来保证的。为了保证绝缘,护环内壁通常需衬里一层玻璃钢复合材料。它是由玻纤束和粘结树脂经铺设、缠绕而成。因而可以推断出片状颗粒不是腐蚀产物,而是粘结玻纤束的聚四氟乙烯树脂,这与中检测到高比例的氟元素相对应。至于a中的棒状纤维束,其形状与的对比试样相一致,可以认定是从外部引入到系统内的玻纤束,也就是护环衬里层的增强剂,属于外部异物;b左上面显示的菱形条状颗粒也是一种异物,不是系统内的结垢物,其形貌与5、6槽样品中发现的颗粒极为相似,具体可参见下述5、6槽样品的表征分析。
槽中菱形颗粒的有机基团进行分析,如所示,在官能区和指纹区可检测到不同基团结构特征的吸收峰,其基团峰位置及其相应基体结构主要有:在波数3440cm-1处有OH伸缩振动、在3072cm-1处有苯环的H振动峰、在2860cm-1~2960cm-1处有CH3和CH2的伸缩振动峰、在1731cm-1处有酯的-C=O的振动峰、在1463cm-1~1660cm-1处有苯环振动峰、在1381cm-1处有CH3的弯曲峰、在1073cm-1~1287cm-1处有C2O的振动峰,以及在743cm-1处有苯邻位取代的吸收峰等。
根据上述基团的特征吸收峰,可以认为菱柱形颗粒是一种有机密封胶。按FTIR显示的基团结构波数和EDS显示的元素成分,这种密封胶应是阻燃型塞璐酚、二丁基邻苯二甲酸酯、氯丁橡胶或改性氯化聚醚等有机物中的一种。
槽样品一样,是一种有机密封胶,它是涂覆在引水管法兰垫片上的密封胶,由于部分脱落被引入到系统内部。6
槽下样品颗粒是腐蚀物氧化铜。该腐蚀物在发电机电磁场作用下发生部分沉积和团聚,并被吸附在定冷水系统内不明异物表面上如玻纤束、粘结树脂、密封胶及泥砂等,颗粒之间团聚后形成较大的结垢物,大到一定尺寸后就堵塞方形空芯铜导线(2mm×6mm),从而引起发电机定子线圈槽的温度异常升高。
空芯铜导线腐蚀机理事实上,发电机空芯铜导线的冷却介质通常是闭式循环的除盐水。但在机组停役检修时,由于内冷水系统部分密封件不严密,空气中的氧和二氧化碳会溶解到内冷水系统内,引起空心铜导线的腐蚀。