AP1000定子冷卻水系統(tǒng)調(diào)試問題分析

羅吉江，胡偉卿，馮天時，亓軍鋒

（1.山東核電有限公司，山東 煙臺 265116；2.中電投工程公司煙臺分公司，山東 煙臺 265116）

AP1000定子冷卻水系統(tǒng)調(diào)試問題分析

羅吉江1，胡偉卿2，馮天時1，亓軍鋒1

（1.山東核電有限公司，山東 煙臺 265116；2.中電投工程公司煙臺分公司，山東 煙臺 265116）

定子冷卻水系統(tǒng)為發(fā)電機定子繞組提供連續(xù)不斷的冷卻水，以帶走發(fā)電機定子繞組產(chǎn)生的熱量，確保機組的安全、穩(wěn)定運行。AP1 000發(fā)電機采用水氫氫冷卻方式，定子線圈冷卻方式為水冷。介紹AP1 000定子冷卻水系統(tǒng)的特點，重點對定子冷卻水系統(tǒng)的調(diào)試及調(diào)試過程中的問題進行分析和總結(jié)，并對機組運行的注意事項提出建議，對同類機組的調(diào)試與運行提供借鑒。

AP1 000；定子冷卻水系統(tǒng)；沖洗；調(diào)試

0 引言

AP1000汽輪發(fā)電機采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用水冷，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子采用氫氣冷卻。定子冷卻水系統(tǒng)向發(fā)電機定子繞組提供冷源，帶走運行時的熱量，確保發(fā)電機的安全、穩(wěn)定運行。對AP1000發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)的沖洗、流量分配試驗方法、驗收準則進行介紹，重點對調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)的問題進行分析，對后續(xù)機組的運行提出建議，可供同類機組調(diào)試、運行參考。

1 定子冷卻水系統(tǒng)概述

1.1 發(fā)電機定子冷卻水工藝流程

AP1000汽輪發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)主要由定子冷卻水箱、2臺定子冷卻水泵、2臺冷卻器、2臺過濾器、離子交換器及相關(guān)管道、閥門等構(gòu)成。定子冷卻水箱的水經(jīng)定子冷卻水泵升壓后，流經(jīng)定子冷卻水冷卻器進行冷卻，經(jīng)過濾器進入勵磁端的定子冷卻水匯流排，然后進入發(fā)電機進行冷卻，最后由汽端匯流排返回定子冷卻水箱。為確保定子冷卻水的電導(dǎo)，系統(tǒng)設(shè)置了1套離子交換器，從定子冷卻器出來的定子冷卻水有一小部分經(jīng)過離子交換器，降低電導(dǎo)率后返回到水箱，同時來自除鹽水分配系統(tǒng)的補水也經(jīng)過離子交換器進入定子冷卻水箱。在過濾器后的定子冷卻水供水管道上安裝節(jié)流孔板，測量系統(tǒng)供水流量［1］。定子冷卻水系統(tǒng)流程如圖1所示。

1.2 定子冷卻水系統(tǒng)特點

定子冷卻水系統(tǒng)為三菱電機設(shè)計制造的模塊化系統(tǒng)，布置在發(fā)電機下方0m，設(shè)備布置緊湊，系統(tǒng)設(shè)計簡約，無反沖洗管路。

系統(tǒng)補充水有兩路，為除過氧的除鹽水分配系統(tǒng)和凝結(jié)水系統(tǒng)。

圖1 定子冷卻水系統(tǒng)流程

定子冷卻水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，為避免空氣中的氧氣進入系統(tǒng)，在定子冷卻水水箱設(shè)置充氫管線，正常運行中保持水箱內(nèi)氫氣壓力為30～50 kPa。

發(fā)電機定子冷卻水斷水保護采用壓差保護。在發(fā)電機定子冷卻水進出口母管分別安裝1個壓力測點進行壓力比較，系統(tǒng)設(shè)置3個壓差開關(guān)，當發(fā)電機并網(wǎng)時，出現(xiàn)兩個壓差達到動作值后發(fā)電機斷水保護動作。

定子冷卻水系統(tǒng)配置兩套離子交換器，一用一備，用于去除定子冷卻水系統(tǒng)中的陰陽離子，滿足系統(tǒng)對電導(dǎo)的要求。

定子冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)在線監(jiān)測配置有3個電導(dǎo)測點，一個pH測點，無氧含量監(jiān)測儀表。

1.3 定子冷卻水系統(tǒng)主要參數(shù)［1］

冷卻水流量：3 500～4 000L／min

供水壓力：0.7MPa

冷卻水電導(dǎo)：小于 5μS／cm

冷卻水溫度：50℃

水箱壓力：30～50 kPa

冷卻水pH=6～8

冷卻水進出口差壓正常值：0.24MPa

發(fā)電機冷卻水進水水溫：50℃

發(fā)電機冷卻水出水水溫：77.5℃

2 定子冷卻水系統(tǒng)調(diào)試

2.1 定子冷卻水系統(tǒng)沖洗

定子冷卻水系統(tǒng)沖洗分3個階段進行。第一階段將發(fā)電機進、出口管道拆除，使用不銹鋼管道短接進出口管道，并在回水管上安裝孔徑120μm臨時濾網(wǎng)。沖洗前拆除主管路過濾器濾芯，節(jié)流孔板；離子交換器不鋪設(shè)樹脂；電導(dǎo)率儀、流量計及pH計隔離。臨時措施完成后，關(guān)閉離子交換器進出口閥，打開離子交換器旁路閥對水箱進行補水，多次對水箱進行沖洗、排放，水質(zhì)干凈透明后啟動1臺定子冷卻水泵對系統(tǒng)進行沖洗，定子冷卻水泵運行穩(wěn)定后再并入另1臺泵對系統(tǒng)進行沖洗。沖洗過程中進行帶壓排放，邊排邊對水箱進行補水的沖洗方式進行沖洗，直至回水濾網(wǎng)收集的雜質(zhì)尺寸小于0.2mm，每4h收集到的雜質(zhì)小于0.1g即達到合格要求。

第二階段臨時措施不變，將臨時濾網(wǎng)由120μm孔徑更換為106μm孔徑濾網(wǎng)進行沖洗。驗收標準為每4h收集的雜質(zhì)小于0.02g；固體雜質(zhì)尺寸小于0.2mm。

第三階段沖洗為正式系統(tǒng)下的沖洗。第二階段沖洗完成后，拆除臨時措施，恢復(fù)主管路的過濾器濾芯，節(jié)流孔板；投入電導(dǎo)率儀、流量計及pH計運行，離子交換器填裝樹脂；然后系統(tǒng)進水對系統(tǒng)進行第三階段沖洗，水質(zhì)達到正常運行要求即標志著定子冷卻水系統(tǒng)沖洗完成。 驗收標準為：γ＜5μS／cm，pH=6～8，ρ（Cu）＜50μg／L，ρ（Fe）＜50μg／L ，ρ（SiO2）＜50μg／L ，ρ（Cl） ＜50mg／L，ρ（S）＜50mg／L 。

2.2 定子冷卻水系統(tǒng)流量分配

定子冷卻水系統(tǒng)的流量測量使用超聲波流量計測量［2］，超聲波流量計采用富士 FUJI／FSC 便攜式超聲波流量計，適用測量管徑為13～600mm，測量誤差±1.0％。啟動定子冷卻水系統(tǒng)運行正常后，進入發(fā)電機兩側(cè)對發(fā)電機定子冷卻水進、出管流量進行測量，勵端為進水側(cè)，汽端為出水側(cè)。勵端沿著水平中分面按逆時針編號分別測量共計108根定子冷卻水管的流量，每根水管的流量測量進行兩次，然后取平均值。其中頂部定子冷卻水管48根，底部冷卻水管48根，發(fā)電機相環(huán)冷卻水管12根，另外勵端還有出線套管6根，這些參數(shù)測量完畢后，除12根發(fā)電機相環(huán)冷卻水管外，其余冷卻水管的流量平均值為29.31L／min，勵端冷卻水管最大流量為頂部第17根，流量為33.24L／min，最小流量為底部第31根，流量為 20.19L／min。

偏差

式中：Qz為支路流量，L／min；Qj為汽端、 勵端支路流量的平均值，L／min。

按式（1）可得：

Kmax=（33.24／29.31－1）×100％=13.41％

Kmin=（20.19／29.31－1）×100％=-31.11％

可見，勵端的最大偏差和最小偏差均小于50％。

汽端沿著頂部中分面按逆時針編號分別測量共計96根定子冷卻水管的流量，每根水管的流量測量進行兩次，然后取平均值。其中頂部和底部定子冷卻水管均為48根，冷卻水管的流量平均值為25.75L／min，汽端冷卻水管最大流量為頂部第33根，流量為33.59L／min，最小流量為頂部第 45根，流量為17.03L／min， 同理可算出 Kmax為 30.44％，Kmin為-33.86％，汽端最大偏差和最小偏差均小于50％

12根發(fā)電機相環(huán)冷卻水管流量最大為38.08L／min，最小為 29.67L／min，每根冷卻水管均暢通。

發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)勵端、汽端和相環(huán)冷卻水管的流量符合驗收標準，滿足要求。

2.3 定子冷卻水系統(tǒng)保養(yǎng)

發(fā)電機定子空心導(dǎo)線的材質(zhì)為銅，銅在冷卻水中就會發(fā)生腐蝕，影響銅發(fā)生腐蝕的因素主要有冷卻水的pH值、水中的含氧量、水溫及水中的雜質(zhì)含量。為降低銅發(fā)生腐蝕的速率，通常采取措施：1）在冷卻水運行時控制水中的pH=6～8；2）在定子冷卻水箱中充入一定壓力的氫氣，隔離空氣中的氧進入定子冷卻水中；3）定子冷卻水的補水取自除鹽水分配系統(tǒng)，補水對除鹽水進一步除氧。

定子冷卻水系統(tǒng)短期保養(yǎng)采用水箱充氫隔離外界的空氣，定期啟動定子冷卻水泵運行。

若定子冷卻水系統(tǒng)長期停運，將定子冷卻水系統(tǒng)的水排盡，向定子向冷卻水箱充入干燥的壓縮空氣并升壓至0.5～0.7MPa，然后快速開啟發(fā)電機勵端底部的球閥釋放空氣壓力，將水從線圈中排出。重復(fù)這些操作，直到排盡線圈中的水分。向干燥后的發(fā)電機定子繞組中充入一定壓力的氮氣進行保養(yǎng)。

3 調(diào)試問題及處理

3.1 臨時濾網(wǎng)破損

在定子冷卻水系統(tǒng)二階段沖洗階段，拆除回水臨時濾網(wǎng)進行清理時，發(fā)現(xiàn)過濾器濾網(wǎng)有破損現(xiàn)象，多次出現(xiàn)過濾器濾網(wǎng)有大小不等的孔，對收集的雜質(zhì)進行檢查，除了有沙粒等雜質(zhì)外，還發(fā)現(xiàn)了金屬顆粒、焊渣，由于沖洗時采用兩臺泵，沖洗流速大，金屬顆?；蚝冈鼘V網(wǎng)擊穿，造成濾網(wǎng)破損。一方面對定子冷卻水箱和管道進行換水，排出系統(tǒng)的焊渣等硬質(zhì)顆粒，另外采用單臺泵進行沖洗，降低沖洗水的流速。對濾網(wǎng)進行修補后重新進行沖洗。

3.2 過濾器緩沖板脫落

二階段沖洗完畢后恢復(fù)定子冷卻水系統(tǒng)過濾器時，發(fā)現(xiàn)過濾器A和過濾器B內(nèi)的緩沖板脫落，該緩沖板為不銹鋼平板，焊接在過濾器筒體上，如圖2所示。

圖2 緩沖板脫落位置

檢查后對緩沖板進行優(yōu)化，將平板更換為帶一定弧度的不銹鋼板，優(yōu)化后的緩沖板與過濾器筒體焊接的接觸面增大，增加了緩沖板與筒體連接的牢固性。根據(jù)1號機組情況，對同類問題的2號機組過濾器緩沖板也進行更換。

3.3 定子冷卻水系統(tǒng)流量偏小

定子冷卻水系統(tǒng)沖洗完成后，恢復(fù)為正式系統(tǒng)，定子冷卻水系統(tǒng)流量顯示偏小，對系統(tǒng)各運行參數(shù)進行逐一排查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。對汽輪機16m平臺供水管道法蘭墊片尺寸進行復(fù)查，尺寸符合設(shè)計要求。經(jīng)過多方分析、查找，懷疑定子冷卻水母管節(jié)流孔板尺寸不正確，拆除節(jié)流孔板進行測量，內(nèi)徑為70mm，小于廠家設(shè)計的75mm，對節(jié)流孔板進行擴孔至設(shè)計值，定子冷卻水流量由3 300L／min升至3 450L／min，仍然達不到廠家的3 700L／min的目標（設(shè)計值 3 500～4 000L／min），與廠家設(shè)計人員溝通，確定再次對節(jié)流孔板進行擴孔至內(nèi)徑82.5～83mm進行試驗。定子冷卻水節(jié)流孔板擴孔至82.5mm后，定子冷卻水流量升至3 500～3 600L／min，基本滿足設(shè)計要求，按照內(nèi)徑82.5mm進行定子冷卻水流量分配試驗，測量各支路流量。

4 結(jié)語

經(jīng)過調(diào)試，AP1000汽輪發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)的流量達到設(shè)計要求，設(shè)備運行穩(wěn)定，熱工保護、連鎖正常。在定子冷卻水系統(tǒng)運行時注意以下幾點。

定子冷卻水系統(tǒng)投入運行時，為減少氧腐蝕，建議維持定子冷卻水水箱一定的氫氣壓力，使定子冷卻水系統(tǒng)形成全封閉式系統(tǒng)。

廠家要求定子冷卻水系統(tǒng)電導(dǎo)小于5.0μS／cm即可，不符合我國關(guān)于大型發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)電導(dǎo)范圍為 0.4～2.0μS ／cm［3］的要求，建議在機組運行期間執(zhí)行更加嚴格的國內(nèi)標準。

運行中做好化學(xué)監(jiān)督工作，尤其是定子冷卻水中銅離子含量和pH值，發(fā)現(xiàn)異常及時進行分析、處理；建議銅離子質(zhì)量濃度控制在10μg／L左右，pH值在7～8范圍運行。

維持離子交換器的正常運行，關(guān)注離子交換器出口水質(zhì)；定期更換樹脂，機組停運后仍保持一段時間的運行，以保證定子冷卻水水質(zhì)。

銅腐蝕產(chǎn)物隨溫度升高而其溶解度降低，因此控制好定子冷卻水水溫，維持在45～50℃范圍。

［1］ 繆亞民.AP1000核電廠常規(guī)島系統(tǒng)初級運行［M］.北京：中國原子能出版?zhèn)髅接邢薰荆?011.

［2］ 全國大型發(fā)電機標準化技術(shù)委員會.汽輪發(fā)電機繞組內(nèi)部水系統(tǒng)檢驗方法及評定：JB／T6228—2014［S］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

［3］ 電力行業(yè)電機標準化技術(shù)委員會.大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求：DL／T801—2010［S］.北京：中國電力出版社，2011.

Problems in Commissioning of Stator Cooling Water System of AP1000

LUO Jijiang1，HU Weiqing2，F(xiàn)ENG Tianshi1，QI Junfeng1
（1.Shandong Nuclear Power Co.，Ltd.，Yantai 265116，China；2.CLP engineering company Yantai branch，Yantai 265116，China）

The cooling water supplying system is of great importance as the continuous flow of the cooling water through the hollow conductors of the stator coil for dispatching of the heat generated by the stator copper loss is essential for ensuring the safety and steady operation of the generator unit.AP1000 generator is one of those types of generators using Water-hydrogenhydrogen cooling method，which cools down the stator coil by cooling water.Characteristics of stator cooling water supplying system are introduced.The stator cooling water system debugging and experience feedback of debugging process is detailed.By putting forward suggestions on the operation of the unit，this research provides guidance for the commissioning and operation of similar units.

AP1000；stator cooling water system；flushing；commissioning

TM623.7

：B

：1007－9904（2017）07－0058－03

2017-01-20

羅吉江（1974），男，高級工程師，從事核電站調(diào)試工作。