[发明专利]模拟发电机空芯铜导线在内冷水中腐蚀的试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种模拟发电机空芯铜导线在内冷水中腐蚀的试验装置及相应的试验方法。本发明所提供的试验装置，其特征在于，包括：釜体；釜盖，封闭性地盖合于釜体上；广口玻璃瓶，设置在釜体内，用于盛放除盐水；进气部，包含：设置在釜盖上的进气短管，和上端与进气短管的底部出口相连、下端伸入广口玻璃瓶内的聚乙烯软质延伸管；出气部，设置在釜盖上，用于排气；试片悬挂部，包含：安装在釜盖内表面上的安装件，和安装在安装件上用于将铜试片悬挂在广口玻璃瓶内合适位置处的悬挂线；以及控温部，包含：插设在釜盖上并伸入釜体内的热电偶构件，套装在热电偶构件上、下端封口的聚乙烯外套管，与热电偶构件相连的温度调节器。

技术领域

本发明涉及一种模拟发电机空芯铜导线在内冷水中腐蚀的试验装置及相应的试验方法。

背景技术

发电机在随汽轮机转动做切割磁力线运动的发电过程中，会产生大量的热，如不及时导出，容易引起发电机定子、转子绕组升温甚至烧毁，因此需要用一定的介质来冷却发电机定子、转子和铁芯。

发电机所用的冷却介质主要有空气、油、氢气和水。由于空气的冷却能力小，摩擦损耗大，不适宜大容量机组，因此空冷发电机正逐渐被淘汰。油的运动为层流，表面传热比较困难，容易在铜体和油之间产生较高的温度降，并且在运行中易发生火灾。氢气的热导率是空气的6倍以上，而且它是最轻的气体，对发电机转子的阻力最小，所以大型发电机广泛采用氢气冷却方式。但氢冷需要有严密的发电机外壳、气体系统及不漏氢的轴密封，需增设油系统和制氢设备，对运行技术和安全要求都很高，这些都给制造、安装和运行带来一定困难。纯水有较高的绝缘性，它的最大优点是有较大的热容量，此外，在实际允许的流速下，水的粘度小，其流动是紊流，这使表面易于传热，从而保证铜导线与水之间的温度降很小。因此，汽轮发电机采用直接冷却方式时，普遍用氢气和水作为冷却介质。目前常用的发电机冷却方式有：水-氢-氢，即定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，铁芯氢冷；水-水-氢，即定子绕组水内冷，转子绕组水内冷，铁芯氢冷；水-水-空，即定子绕组水内冷，转子绕组水内冷，铁芯空冷。

随着电网容量的不断增长，要求发电机单机容量相应增大，而提高发电机单机容量的最好途径是改善冷却方式，以免发电机重量、体积无限增大。由于水的冷却能力比空气大50倍，发电机的定子、转子采用水冷却后，线负荷和电流密度大幅度增加，单机容量提高、重量减轻、体积缩小，且维护方便。因此，现代大型发电机均采用水直接冷却。可以说水内冷发电机的应用，为发电机的发展开辟了一条新的道路。

虽然水内冷发电机有众多优点，也得到了广泛应用，但内冷水毕竟是在发电机高压电场中做冷却介质，水质的优劣直接影响着机组的安全、经济运行。因为水质不好，发电机空芯铜导线可能遭受腐蚀。铜导线的腐蚀会产生极其严重的后果，轻者使冷却水电导率升高、泄漏电流增大、电气绝缘性能降低，腐蚀产物堵塞空芯铜导线而造成发电机线圈温升增加，热传导受阻，水压降增大，影响发电机的出力；重者将使发电机被迫停机检查，甚至烧毁发电机。随着发电机组参数的不断提高，对发电机内冷水的水质要求也不断提高。如何确保高参数发电机组发电机内冷水的水质合格，是目前发电机内冷水处理面临的问题。

为了保证内冷水水质，专门制定了发电机内冷水水质标准(如表1)。但不同温度下内冷水的pH值、氧含量到底应该控制多少才能使铜的腐蚀最小，标准没有说明，也没有文献报道铜在不同氧含量内冷水中腐蚀最小的合适pH值。为此需要模拟发电机空芯铜导线所处的内冷水系统运行条件，通过试验研究铜在不同温度不同氧含量内冷水中腐蚀最小的合适pH值。

表1发电机内冷水水质标准

纯铜呈紫红色，所以常称紫铜，密度为8930kg/m³，熔点为1083℃，其晶体晶格属面心立方晶格；纯铜有良好的导电、导热性；在大气中易生成膜质较致密的氧化膜，因而具有较好的耐腐蚀性；纯铜还有良好的塑性，低温时也不会出现脆性。因此纯铜广泛地用于制造电缆、电线等。但由于纯铜的强度低，所以一般不直接用来作结构材料。