660MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統的研發(fā)和驗證

張靜芝

摘 要： 雙水內冷汽輪發(fā)電機技術是我國首創(chuàng)并具有完全自主知識產權的技術.在分析雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統運行中存在的主要問題的基礎上，研發(fā)了660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統，簡述了660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統的技術規(guī)范、設計原則、組成，分析了660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統特點.型式試驗結果表明，所研發(fā)的660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統的性能達到了設計要求，能保證660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的安全可靠運行，為660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的研制和投運奠定了基礎.

關鍵詞： 660 MW； 雙水內冷汽輪發(fā)電機； 水系統； 研發(fā)和驗證

中圖分類號： TK 264.1 文獻標志碼： A

Abstract： The pioneered double water inner cooled turbogenerator has the independent intellectual property rights.According to the analysis of the main problems in its operation，cooling water system for 660 MWlevel double water inner cooled turbogenerator was developed.The technical specifications，design principle and components of the cooling water system were described in this paper.Its characteristics were analyzed.The type test results show the performance of cooling water system has reached the design requirements，which can keep the turbogenerator run safely and reliably.It lays an important foundation for the development and operation of 660 MWlevel double water inner cooled turbogenerator.

Keywords： 660 MW； double water inner cooled turbogenerator； cooling water system； development and verification

上海電機廠（上海電氣電站設備有限公司發(fā)電機廠前身）于1958年10月成功研制了世界上第一臺12 MW、3 000 r·min-1雙水內冷汽輪發(fā)電機，并于同年12月在上海南市電廠投入運行.此后，20世紀60、70年代，上海電機廠相繼開發(fā)了50 MW、125 MW、300 MW雙水內冷汽輪發(fā)電機，北京重型電機廠和哈爾濱電機廠分別開發(fā)了100 MW、200 MW雙水內冷汽輪發(fā)電機.不同容量的雙水內冷汽輪發(fā)電機的批量投運為我國經濟與社會發(fā)展作出了重要貢獻.截至1990年底，在役的雙水內冷汽輪發(fā)電機組約占50 MW及以上容量國產汽輪發(fā)電機組的50%左右.雙水內冷汽輪發(fā)電機技術作為我國首創(chuàng)并具有完全自主知識產權的技術，不僅在國內市場占據重要份額，而且成功進入國際市場.

雙水內冷汽輪發(fā)電機因結構簡單、冷卻效果好、安全性高、操作維護工作量少等優(yōu)點，廣受國內外用戶的歡迎.水系統作為雙水內冷汽輪發(fā)電機的重要輔助系統，其性能（如冷卻水流量、溫度、水質、清潔度及系統控制等）及運行可靠性直接影響發(fā)電機的運行經濟性和可靠性.為了滿足市場對660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的需求，在總結300 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的設計及運行經驗的基礎上[1-2]，結合相關技術研發(fā)了660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統，為660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的研制和投運奠定了基礎.

1 雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統存在的問題

1.1 水質要求低

早期的雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統對水質沒有詳細要求，僅要求水的電導率在10 μs·cm-1以下.

1.2 水過濾器精度差

早期的雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統的水過濾器采用網布式結構，過濾精度在40～80目之間，且很容易被水沖破，破損的網布甚至進入定子線圈，造成定子線棒堵塞.

1.3 冷卻器冷卻效率低

早期設計的水系統所配置的冷卻器冷卻效率低，二次水和一次水沒有充分進行熱交換，導致線圈進水溫度偏高.

1.4 就地儀表

由于受儀表及控制技術限制，只能采用就地儀表，而且控制儀表采用基地式調節(jié)，有時需要操作人員到現場進行手動操作.

1.5 散裝件供貨

早期的雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統散裝件供貨，設備和設備之間的具體安裝位置是由設計院布置，現場安裝，造成安裝和調試不便.

2 660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統技術規(guī)范和設計原則

2.1 技術規(guī)范

額定容量為660 MW；冷卻方式為定子繞組水內冷，轉子繞組水內冷，定子鐵芯空冷；定子冷卻水流量為116 m3·h-1；定子冷卻水電導率（25 ℃）為1.0～2.0 μs·cm-1；定子冷卻水pH（25 ℃）為8～9；定子線圈進水溫度為35～45 ℃；定子線圈進水壓力為0.2～0.3 MPa；轉子冷卻水流量為54.3 m3·h-1；轉子冷卻水電導率（25 ℃）小于5 μs·cm-1；轉子冷卻水pH（25 ℃）為7～9；轉子線圈進水溫度為35～43 ℃；轉子線圈進水壓力為0.2～0.3 MPa.endprint

2.2 設計原則

2.2.1 標準化程度高

水系統完全按照GB/T 7064和JB/T 6517設計；定、轉子線圈冷卻水水質滿足DL/T 801要求；所有壓力容器均滿足有關標準及規(guī)程要求.

2.2.2 采用計算機三維輔助設計

發(fā)電機定、轉子冷卻水供水裝置采用三維設計，使設計結果更為直觀形象.三維設計還可有效避免裝置內大量管道連接可能產生的干涉問題，提高產品設計質量，同時三維模型可方便地轉化為二維施工圖，加快了產品設計進程.

2.2.3 定子冷卻水水質控制

根據定子冷卻水系統貧氧運行的特點，定子冷卻水的水質采用旁路冷卻水直接控制其電導率，間接控制冷卻水pH的加堿裝置.利用純水電導率和pH之間的關系，通過向冷卻水注入微量的NaOH溶液，提升冷卻水的電導率，從而確保冷卻水的pH在8～9之間，避免冷卻水對銅導線的腐蝕.另外，旁路控制冷卻水電導率可以防止因電導率失控使整個水系統pH飆升的風險.

2.2.4 轉子冷卻水水質控制

針對轉子冷卻水水質較難控制的問題，通過對在役雙水內冷汽輪發(fā)電機運行狀況進行分析，對轉子冷卻水系統采用溢流補水方式控制水質，充分利用電廠原有的凝結水及除鹽水系統混合補水保證轉子冷卻水水質，同時將溢流回水返回電廠水處理系統，不會造成冷卻水的浪費.

2.2.5 水過濾器高精度設計

研制了纖維式水過濾器，其過濾精度達到5 μm，從而有效地去除水中雜質，防止水中雜質累積發(fā)生堵塞，以及水中大顆粒雜質對空心導線的沖刷，確保發(fā)電機安全運行.

2.2.6 全數字集中化控制

水系統所有信號均進入電廠集散控制系統（DCS）進行智能化和數據化處理.在主控室內實現遠程監(jiān)控，可對運行參數實現歷史數據儲存，便于對水系統運行數據的追溯和對事故原因的分析.

2.2.7 轉子水系統防漏水設計

針對以往在300 MW機組上曾發(fā)生的轉子水系統漏水現象（主要表現為出水支座漏水），轉子冷卻水水箱增設排氣管，可及時排出轉子出水支座至轉子水箱管道內的氣體，避免回水管發(fā)生氣阻導致轉子回水不暢引起的出水支座漏水.

2.2.8 水系統斷水保護

水系統斷水保護采用在進水管道中加裝流量孔板，在孔板上引出三對流量信號，通過在實際流量降低至額定流量80%時發(fā)出流量低報警信號，并在DCS按“三取二”邏輯實現斷水保護，避免以往由線圈兩端壓差引出信號，在線圈堵塞情況下無法實現斷水保護的風險，提高斷水保護的可靠性.

2.2.9 水系統冷卻水溫度控制

通過安裝在冷卻器二次回路的溫度調節(jié)閥，根據進入線圈的冷卻水的溫度信號自動調節(jié)流經冷卻器的二次冷卻水流量，從而控制進水溫度，滿足發(fā)電機的設計要求.

在寒冷天氣情況下，如果冷卻水水溫過低，為避免發(fā)電機內部結露，系統配置了電加熱裝置，通過電加熱提升冷卻水溫度，提高水系統運行的可靠性.

3 水系統的組成及特點

3.1 水系統的組成

660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統如圖1所示.

定子水系統冷卻水流程為水箱—水泵—冷卻器—水過濾器—電加熱器—斷水保護裝置—發(fā)電機定子線圈—水箱.冷卻水經水過濾器后的另一個流程為水過濾器—離子交換器—加堿裝置—水箱.定子水系統除上述設備外，還有控制儀表、閥門、管道等.

轉子水系統冷卻水流程為水箱—水泵—冷水器—水過濾器—電加熱器—斷水保護裝置—發(fā)電機轉子線圈—水箱.轉子水系統除上述設備外，還有控制儀表、閥門、管道等.

3.2 集裝供水裝置

定、轉子冷卻水供水裝置采用高集成化集裝裝置，分別如圖2、3所示.

集裝裝置在三維設計時充分考慮了在緊湊布置情況下留有足夠的操作維護空間.

為確保定、轉子冷卻水系統安全運行，其水泵、冷卻器、水過濾器等關鍵部件采用雙重冗余配置，保障了系統運行的連續(xù)性和可靠性.定、轉子冷卻水系統完善的信號檢測使整個系統能全方位、全過程地實現遠程監(jiān)控，以確保及時發(fā)現問題，判斷原因，消除隱患.

加堿裝置的設計應用使定子冷卻水的pH控制變被動為主動，確保其可完全控制在標準規(guī)定的8～9之間.此范圍可避免定子冷卻水對定子線圈產生腐蝕，從而解決長期困擾的定子線圈腐蝕問題，確保定子線圈的長期安全運行.

4 水系統聯機型式試驗驗證

在模擬額定工況下，水系統聯機型式試驗結果與設計值比較如表1所示.

為驗證660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統的設計性能，在汽輪發(fā)電機出廠前進行了水系統與發(fā)電機聯機型式試驗.型式試驗時，采用Rosemount 3051型壓力、壓差變送器測量系統關鍵位置及設備的冷卻水壓力、壓差；采用TP型雙支鉑電阻測量冷卻水溫度；采用Rosemount 8800型渦街流量計測量冷卻水流量.

型式試驗結果表明，試驗值均在設計范圍內，驗證了水系統的主要參數，如供水流量、壓力、溫度、過濾器性能、冷卻器性能等均可滿足發(fā)電機正常運行要求.

5 結 語

為適應我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，滿足市場對660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的需求，在總結300 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的設計及運行經驗的基礎上，結合相關技術研發(fā)了660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機水系統.型式試驗結果表明，該水系統的性能達到了設計要求，能保證660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的安全可靠運行，為660 MW級雙水內冷汽輪發(fā)電機的研制和投運奠定了基礎.

參考文獻：

[1] 周懷里.雙水內冷發(fā)電機轉子回路堵塞原因分析和防止措施[J].江蘇電機工程，2004，23（5）：59.

[2] 周波，周賢志.雙水內冷汽輪發(fā)電機轉子漏水原因分析及預防措施[J].華電技術，2010，32（9）：55-56.endprint