抽蓄機(jī)組發(fā)電機(jī)干冰清掃技術(shù)應(yīng)用

于 瀟，張一波，張 鑫，張苗苗

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊050300）

1 概述

發(fā)電設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的定子鐵心、線(xiàn)圈表面會(huì)沾滿(mǎn)油灰，油污嚴(yán)重會(huì)侵蝕定子繞組的絕緣。發(fā)電機(jī)定子中油污隨機(jī)組的對(duì)流空氣，會(huì)粘附到鐵心通風(fēng)槽中，造成散熱效率下降（圖1）。

圖1 定子油污污染示意圖

發(fā)電機(jī)定子的清掃工作受空間的影響，一直以來(lái)都是一個(gè)非常困難的工作。加上清洗材料對(duì)設(shè)備的影響，在清洗過(guò)程中如果不注意材料的使用和清洗工作施工方法的影響，往往會(huì)對(duì)機(jī)組造成進(jìn)一步的傷害。特別是發(fā)電機(jī)定子繞組、定子鐵心通風(fēng)槽等區(qū)域空間狹小，常規(guī)采用帶電清洗劑的方式無(wú)法達(dá)到理想的清洗效果。發(fā)電機(jī)定子的清掃急需一種新型的清洗手段來(lái)完成，解決發(fā)電機(jī)定子各部分清洗的難題。

圖2 現(xiàn)有發(fā)電機(jī)定子清掃方式弊端

2019年張河灣公司1號(hào)機(jī)進(jìn)行A修，我們積極探索發(fā)電機(jī)定子新型清掃方法，以便快速、高效地完成清掃工作。我們查閱大量資料，借鑒國(guó)外先進(jìn)發(fā)電機(jī)清掃經(jīng)驗(yàn)，決定采用：干冰清掃。

2 干冰清掃技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 技術(shù)原理

干冰清洗技術(shù)也稱(chēng)干冰冷噴射清洗技術(shù)。是利用極低溫(－78 ℃)的干冰顆粒，通過(guò)廠(chǎng)房低壓用氣作為載體和動(dòng)力，干冰顆粒被加速到接近音速（274 m/s）的速度撞擊被清洗的表面污垢，表面污垢突然降溫導(dǎo)致表面脆化，同時(shí)這些溫度極低的干冰氣體進(jìn)入出現(xiàn)裂縫的污染物內(nèi); 當(dāng)表面的污垢遭到撞擊時(shí)，干冰顆粒迅速升華為氣體，(這里氣體所產(chǎn)生的能量大約是原能量的700 倍)使碎裂的污染物從物體的表面被剝離移走。

整個(gè)干冰清洗分為3個(gè)過(guò)程。

(1)“能量轉(zhuǎn)移”：干冰顆粒高速撞擊到被清洗表面，撞擊動(dòng)能散逸，干冰粒與清洗表面發(fā)生極其快速的熱轉(zhuǎn)移，二氧化碳瞬間升華。

(2)“低溫龜裂”：不同熱膨脹系數(shù)的兩種材料之間的溫差會(huì)破壞兩種材料間的結(jié)合。干冰粒沖擊處理物表面，使污垢冷凍至脆化及爆裂，產(chǎn)生“龜裂”，影響粘附污垢的機(jī)械性能。

(3)“微爆炸”：干冰顆粒鉆進(jìn)污垢裂縫后，在幾千分之一秒內(nèi)氣化，其體積瞬間膨脹600～800倍，將污垢剝離物件表面。

圖3 干冰除污原理

2.2 清洗過(guò)程

（1）封閉防護(hù)

干冰顆粒噴射到被清洗物體表面之后瞬間升華為CO2氣體，但是CO2比空氣質(zhì)量重，所以在封閉空間進(jìn)行干冰清掃時(shí)，一定要注意保證通風(fēng)。由于1號(hào)機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修，發(fā)電機(jī)風(fēng)洞與水輪機(jī)水車(chē)室垂直作業(yè)，需要做好發(fā)電機(jī)風(fēng)洞至水輪機(jī)水車(chē)室蓋板的防護(hù)，以防長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行干冰清掃，CO2氣體下沉至水輪機(jī)水車(chē)室，對(duì)工作人員產(chǎn)生窒息的危險(xiǎn)。

（2）密閉空間氣體檢測(cè)

使用密閉空間氣體含量檢測(cè)儀，每小時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)風(fēng)洞和水車(chē)室氧氣含量進(jìn)行測(cè)量，如果含量下降明顯，則停止干冰清掃工作。

（3）干冰清掃發(fā)電機(jī)定子上端部繞組（圖4）

圖4 清掃定子上端部繞組

（4）干冰清掃發(fā)電機(jī)定子鐵心及通風(fēng)槽（圖5）

圖5 清掃定子鐵心及通風(fēng)槽

（5）干冰清掃發(fā)電機(jī)定子下端部繞組（圖6）

圖6 清掃定子下端部繞組

（6）定子直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)

2019年3月20日張河灣公司1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修開(kāi)始，3月24日進(jìn)行1號(hào)發(fā)電機(jī)修前定子直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)。干冰清掃結(jié)束后，5月22日進(jìn)行定子直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)。針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，定子絕緣性能在干冰清掃前后未發(fā)生明顯變化，1號(hào)發(fā)電機(jī)定子絕緣性能良好。

圖7 干冰清掃前后定子直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)

（7）注意事項(xiàng)

噪聲：就像使用其它壓縮空氣系統(tǒng)一樣，使用干冰噴射方法進(jìn)行清洗時(shí)，一般噪聲會(huì)達(dá)到102 dB（A），為此需要使用較好的護(hù)耳設(shè)施。但當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間使用干冰噴射清洗設(shè)備時(shí)，即使是插了耳塞，噪音還是很大，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)人體會(huì)帶來(lái)越來(lái)越大的刺激，此時(shí)使用帶耳塞的御寒耳罩可以起到一定的防護(hù)作用。

防寒：如果干冰顆粒以接近音速( 274 m/s) 的速度噴射到人身上時(shí)，人體是根本無(wú)法抵抗的。因此，為了安全，在操作前必須穿戴好所有的防護(hù)設(shè)施，其中包括: 耐用手套、全面罩以及長(zhǎng)袖工作服。在清洗操作中還要時(shí)刻注意附近是否有人，以免干冰顆粒噴出傷害到他人。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）干冰清洗技術(shù)不受制于發(fā)電機(jī)定子空間的約束，能在非常狹小的空間進(jìn)行清理。特別是對(duì)定子繞組端部的斜邊墊塊縫隙、鐵心通風(fēng)槽縫隙、定子鐵心端部狹小空間中的油污、灰塵等都能進(jìn)行清理。

圖8 干冰清掃繞組端部斜邊區(qū)域

圖9 干冰清掃繞組端部槽口區(qū)域

（2）干冰顆粒需要被加速至接近音速才能有效沖擊被清洗物體表面，將廠(chǎng)房低壓用氣接入干冰顆粒噴射機(jī)作為載體和動(dòng)力，干冰顆粒經(jīng)高壓擠出成型，密度大，能夠產(chǎn)生最大的沖擊能量，保證干冰清洗噴射不斷續(xù)，清洗均勻，有效提高干冰清洗效率。

（3）針對(duì)張河灣發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)，分析定子通風(fēng)結(jié)構(gòu)。定子通風(fēng)槽十分狹小，需要對(duì)干冰顆粒的大小進(jìn)行甄選，大的顆粒難以進(jìn)入狹小的通風(fēng)槽，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)直徑1～3 mm的干冰可以滿(mǎn)足通風(fēng)槽、定子繞組斜邊墊塊縫隙等區(qū)域的清掃要求。

（4）針對(duì)張河灣發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)，分析發(fā)電機(jī)鐵心、繞組絕緣結(jié)構(gòu)，聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)對(duì)鐵心、線(xiàn)棒模型進(jìn)行多種型式試驗(yàn)，最終確定制作干冰的過(guò)程中填加一定比例的惰性氣體，可以有限避免水汽的凝結(jié)，對(duì)后續(xù)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中油污、灰塵起到一定的隔離作用，保證各部件的機(jī)械性能和絕緣性能。

（5）干冰顆粒噴射到定子表面，完成清洗任務(wù)后，已經(jīng)升華成為二氧化碳?xì)怏w，清洗過(guò)程沒(méi)有產(chǎn)生任何二次廢物。

（6）干冰清洗機(jī)噴嘴類(lèi)型多樣，定子鐵心表面、端部繞組清洗使用大型噴嘴。斜邊墊塊縫隙、鐵心端部槽口、通風(fēng)槽縫隙清洗使用小型噴嘴。

3 項(xiàng)目成果

清掃后，定子鐵心表面干凈平整，無(wú)遺留雜質(zhì)（圖10），端部繞組等狹小空間中的油污、灰塵等幾乎全部清除。通過(guò)定子直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)，定子絕緣性能在干冰清掃前后無(wú)明顯變化

圖10 定子鐵心表面干冰清掃試驗(yàn)對(duì)比圖

4 項(xiàng)目延伸

干冰清掃在工業(yè)清掃方面具有很高的優(yōu)勢(shì)，清掃發(fā)電機(jī)定子的成功經(jīng)驗(yàn)可以推廣至發(fā)電機(jī)相關(guān)設(shè)備的各個(gè)方面。

（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的清掃?？梢允褂酶杀鍜邔?duì)磁軛通風(fēng)槽這些空間狹小的部位進(jìn)行徹底清掃，并且不會(huì)對(duì)磁極等設(shè)備造成絕緣降低方面的困擾。

（2）發(fā)電機(jī)常規(guī)部件的清洗。如對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)架、轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件等，清理表面油泥、脫落的油漆、鐵銹，采用干冰清掃，可以達(dá)到清洗后設(shè)備如新的狀態(tài)。

（3）發(fā)電機(jī)空冷器的清掃。使用干冰清掃，不僅能清理掉散熱片的表面油污、灰塵等，還能清理散熱片的表面氧化物，增強(qiáng)散熱效果，且在清洗過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生油污廢水，對(duì)環(huán)境造成破壞。

新源抽水蓄能事業(yè)蓬勃發(fā)展，如今新源公司多家單位已經(jīng)進(jìn)入大修周期，發(fā)電機(jī)定子清掃工作占用主線(xiàn)工期，采用常規(guī)人工清掃方式耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，而采用干冰清掃方式可以節(jié)約大量人力物力，提高效率，保證發(fā)電機(jī)各部件清洗效果，大大節(jié)約主線(xiàn)工期時(shí)長(zhǎng)。

5 經(jīng)濟(jì)效益

2017年張河灣公司3號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修，采用常規(guī)帶電清洗劑清掃方式，用時(shí)15人/22 d。2019年張河灣公司1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修，采用干冰清掃技術(shù)，用時(shí)5人/7 d。

圖11 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

采用干冰技術(shù)進(jìn)行清掃發(fā)電機(jī)在快速、高效的同時(shí)，也為公司節(jié)約了原料成本和工時(shí)成本，為公司帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，值得在電站維修中進(jìn)行推廣。