350?MW超臨界發(fā)電機(jī)組斷水保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析與改進(jìn)

肖永亮

摘 要：為了保證發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，其定子繞組配置了一套冷卻水系統(tǒng)—— 發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功能是正常運(yùn)行中通過(guò)內(nèi)冷水泵提供冷卻水，及時(shí)攜帶走因發(fā)電機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，來(lái)維持發(fā)電機(jī)線圈的溫度在允許的范圍，從而達(dá)到確保安全、穩(wěn)定發(fā)電的目的。水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)的斷水保護(hù)，是發(fā)電機(jī)的重要保護(hù)之一，若斷水時(shí)電機(jī)仍在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，電機(jī)就會(huì)發(fā)熱，當(dāng)發(fā)熱量大于散熱量時(shí)，電機(jī)溫度就會(huì)劇升而危及發(fā)電機(jī)安全，此時(shí)必須降低發(fā)電機(jī)負(fù)荷，應(yīng)盡快解列停機(jī)，這就需要對(duì)發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)動(dòng)作的可靠性及保護(hù)動(dòng)作設(shè)置的合理性進(jìn)行分析與探討。

關(guān)鍵詞：冷卻水 斷水保護(hù) 差壓開(kāi)關(guān) 控制邏輯

中圖分類號(hào)：TK264.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（b）-0078-02

筆者公司發(fā)電機(jī)為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的三項(xiàng)隱極式同步發(fā)電機(jī)，其型號(hào)為QFSN-350-2，發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式：定子繞組（包括定子線圈、連接線、主引線和出線瓷套端子、中性點(diǎn)聯(lián)接母線板）水內(nèi)冷、定子鐵心及端部結(jié)構(gòu)件氫氣表面冷卻、轉(zhuǎn)子繞組為氣隙取氣、徑向斜流式氫內(nèi)冷。

發(fā)電機(jī)在斷水情況下的保護(hù)設(shè)置：當(dāng)定冷水短時(shí)間內(nèi)突然中斷，可以通過(guò)啟動(dòng)備用定冷泵的措施來(lái)恢復(fù)供水，如在設(shè)定的短暫時(shí)間內(nèi)冷卻水不能正?；謴?fù)，發(fā)電機(jī)應(yīng)該立即解列停機(jī)。定冷水流量低和流量低低報(bào)警信號(hào)可以表征冷卻水流量不正常想象，流量低低將危及發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)定子冷卻水保護(hù)配置：當(dāng)定子冷卻水流量升至額定流量的105%時(shí)，將發(fā)出定子線圈水流量高報(bào)警信號(hào)；當(dāng)定子冷卻水流量降至額定流量的80%時(shí)，將發(fā)出定子線圈水流量低報(bào)警信號(hào)；當(dāng)定子線圈水流量進(jìn)一步低至額定流量的70%時(shí)，將發(fā)出定子線圈水流量低低報(bào)警信號(hào)。定子線圈流量低至44 t/h時(shí)報(bào)警，低低至39.5 t/h時(shí)保護(hù)動(dòng)作，按斷水延時(shí)時(shí)間立即跳閘解列發(fā)電機(jī)，來(lái)保護(hù)定子線圈不應(yīng)冷卻水流量過(guò)低而引起燒毀事故。正常運(yùn)行時(shí)定冷水流量為55 t/h。

1 對(duì)比分析

定冷水?dāng)嗨Ｗo(hù)信號(hào)是由定冷水進(jìn)出水差壓開(kāi)關(guān)來(lái)判斷的，定冷水流量低和流量低低信由差壓開(kāi)關(guān)發(fā)出，差壓開(kāi)關(guān)正負(fù)壓測(cè)取樣管分別取自定子線圈總進(jìn)、出水管上引出的信號(hào)管上。兩臺(tái)機(jī)組定子冷卻水差壓開(kāi)關(guān)采用UE400系列差壓開(kāi)關(guān)，差壓開(kāi)關(guān)一共5臺(tái)，其中一臺(tái)差壓開(kāi)關(guān)輸出用作報(bào)警，一臺(tái)差壓開(kāi)關(guān)輸出用作連鎖啟動(dòng)信號(hào)（同時(shí)作報(bào)警），另外3臺(tái)則是斷水保護(hù)信號(hào)輸出。斷水保護(hù)采用開(kāi)關(guān)量三取二進(jìn)行判斷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易理解掌握。

下面對(duì)兩臺(tái)機(jī)組定子冷卻水?dāng)嗨Ｗo(hù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

斷水保護(hù)差壓開(kāi)關(guān)保護(hù)定值主要是根據(jù)人工調(diào)節(jié)實(shí)際定冷水流量，使流量計(jì)顯示至39.5 t/h時(shí)差壓變送器送器測(cè)量的實(shí)際值來(lái)確定保護(hù)和報(bào)警定值。筆者工廠基建時(shí)安裝的定冷水泵，由于振動(dòng)大和檢修不方便等原因，將定冷水泵進(jìn)行了升級(jí)更換，重新布置了安裝位置，改造后使定冷水泵提供要求的壓力下流量計(jì)顯示流量為39.5 t/h時(shí)，定子冷卻水進(jìn)出水差壓值和檢修前比較有所變化（67 kPa降至63 kPa），因此保護(hù)定值需要重新調(diào)整。

對(duì)測(cè)量?jī)x表可靠性進(jìn)行分析如下。

（1）兩臺(tái)機(jī)組定冷水差壓開(kāi)關(guān)均采用UE400系列的差壓開(kāi)關(guān)，差壓開(kāi)關(guān)承壓部件為膜片，單側(cè)受壓大容易破損泄露，會(huì)造成差壓開(kāi)關(guān)誤報(bào)警。

（2）兩臺(tái)機(jī)組定冷水流量計(jì)是國(guó)外某品牌的渦街流量計(jì)，在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)跳變現(xiàn)象，這種不穩(wěn)定的測(cè)量會(huì)給機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

（3）現(xiàn)場(chǎng)5個(gè)差壓開(kāi)關(guān)的取樣管都是取自一根總管，當(dāng)單根管道出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象時(shí)，總管末端壓力波動(dòng)會(huì)造成壓力開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作，并且取樣管總管只有一次門，差壓開(kāi)關(guān)處沒(méi)有二次門，不利于現(xiàn)場(chǎng)檢修和校準(zhǔn)。

（4）發(fā)電機(jī)進(jìn)水壓力測(cè)點(diǎn)取樣口安裝在汽機(jī)房6.3 m層進(jìn)水母管上，而壓力變送器安裝在汽機(jī)房0 m層，與12.6 m層發(fā)電機(jī)線圈位置處的進(jìn)水壓力要求（0.15～0.20 MPa之間）存在測(cè)量偏差。

總體結(jié)論表明：原先設(shè)計(jì)的邏輯和現(xiàn)場(chǎng)儀表選型及安裝位置均不合理，無(wú)法滿足發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)的可靠性配置要求。

2 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備重新選型

取消原斷水保護(hù)及報(bào)警用的所有差壓開(kāi)關(guān)，增加一套定冷水流量計(jì)，采用可靠性更高的節(jié)流孔板加差壓變送器測(cè)量方式取得信號(hào)（穩(wěn)定的模擬量信號(hào)）低限值來(lái)替代原來(lái)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并在在邏輯組態(tài)中增加壞值切除邏輯，原來(lái)的渦街流量計(jì)和差壓變送器測(cè)量值只用作DCS畫(huà)面監(jiān)視。

2.2 位置不合理儀表重新布局

將兩臺(tái)號(hào)機(jī)組的定冷水進(jìn)水壓力測(cè)點(diǎn)取樣口位置從6.3 m層進(jìn)水母管處移至12.6 m層定子線圈進(jìn)水匯水管底部放水門前管道處，定冷水進(jìn)水壓力變送器從0 m層移至6.3 m層定冷水進(jìn)水壓力測(cè)點(diǎn)取樣口附近，確保定冷水進(jìn)水壓力測(cè)量準(zhǔn)確，符合反措要求。

2.3 修改發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)邏輯

邏輯改為用定冷水流量孔板差壓變送器測(cè)量的模擬量流量信號(hào)三取中低于44 t/h發(fā)報(bào)警信號(hào)，并延時(shí)1s聯(lián)鎖啟動(dòng)備用定冷水泵，低于39.5 t/h時(shí)三取二動(dòng)作發(fā)斷水保護(hù)信號(hào)。斷水延時(shí)時(shí)間由發(fā)電機(jī)定子電流比值經(jīng)一個(gè)折現(xiàn)函數(shù)得出，負(fù)荷不同斷水延時(shí)時(shí)間不同（高負(fù)荷斷水延時(shí)時(shí)間短），限幅5～120 s。

3 改進(jìn)方案實(shí)施

3.1 取消原有的定冷水差壓開(kāi)關(guān)

拆除汽機(jī)0 m層現(xiàn)有定冷水進(jìn)出口5臺(tái)差壓開(kāi)關(guān)及其取樣管路，只保留進(jìn)出口壓力表、差壓變送器，渦街流量變送器，切除管路并做好切口焊接封堵，拆除差壓開(kāi)關(guān)至定冷水接線端子箱的接線，拆除接線箱差壓開(kāi)關(guān)信號(hào)去DCS的接線做好標(biāo)記用絕緣膠布包好盤入線槽。

3.2 加裝定冷水節(jié)流孔板流量計(jì)

在汽機(jī)房0 m層定冷水進(jìn)水母管上安裝焊接式節(jié)流孔板一套（均勻分布三組差壓取樣口），并敷設(shè)取樣管及安裝一、二次取樣門、排污門等到差壓變送器的高、低壓側(cè)取樣口。差壓變送器安裝在靠墻邊，重新敷設(shè)就地儀表至DCS的信號(hào)控制電纜。

3.3 定冷水進(jìn)水壓力變送器移位

將原來(lái)定冷水進(jìn)水壓力取樣一次門關(guān)閉，并將取樣管從一次門后或接頭處切斷，在12.6 m層定子線圈進(jìn)水匯水管底部放水門前管道處重新開(kāi)口取樣并重新敷設(shè)取樣管，增加取樣一次門、二次門，同時(shí)敷設(shè)4×1.5的控制電纜至DCS間。

3.4 重新審視、修改發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)邏輯

邏輯改為用節(jié)流孔板顯示（3個(gè)流量模擬量三取中）低于44 t/h時(shí)發(fā)報(bào)警信號(hào)；定冷水流量（3個(gè)流量模擬量三取二）低于39.5 t/h時(shí)發(fā)斷水保護(hù)信號(hào)，增加斷水延時(shí)時(shí)間（斷水延時(shí)5～120 s），保留渦街流量測(cè)量在DCS畫(huà)面監(jiān)視功能。邏輯如圖1所示。

4 實(shí)施效果和注意事項(xiàng)

方案實(shí)施完成后，機(jī)組已經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間。對(duì)1號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)定冷水?dāng)嗨Ｗo(hù)系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤觀察，到目前為止，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行正常，暫時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷。

需要注意的是定子繞組出現(xiàn)斷水情況時(shí)，允許發(fā)電機(jī)短時(shí)運(yùn)行（按斷水延時(shí)時(shí)間），備用泵需在斷水延時(shí)時(shí)間內(nèi)投入正常運(yùn)行，如果備用泵在斷水延時(shí)時(shí)間內(nèi)不能正常運(yùn)行，發(fā)電機(jī)必須停機(jī)或者2 min內(nèi)以每分鐘50%的速率將定子電流自動(dòng)降至額定電流的15%，同時(shí)應(yīng)將定子冷卻水的電導(dǎo)率控制在1.5 μs/cm以內(nèi)。低負(fù)荷下，斷水超過(guò)2 min，發(fā)電機(jī)絕緣便會(huì)損壞，所以要將斷水延時(shí)時(shí)間控制在5～120 s內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)發(fā)電機(jī)定冷水?dāng)嗨Ｗo(hù)系統(tǒng)，采用了更可靠的設(shè)備，重新設(shè)計(jì)了更可靠的斷水保護(hù)邏輯，消除了發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，消除了停機(jī)的隱患，大大提高了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。

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