發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)淺析

李二偉

【摘 要】本文主要介紹發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)設(shè)備組成以及運(yùn)行情況。具體說明了在日常運(yùn)行中所遇到的主要操作以及風(fēng)險(xiǎn)分析，避免在操作中出現(xiàn)人因事故。并對該系統(tǒng)近期發(fā)生的事件以及事件處理過程進(jìn)行介紹，文章最后對重要的技術(shù)改造進(jìn)行了介紹并說明技改后新增設(shè)備的日常運(yùn)行情況。

【關(guān)鍵詞】定子冷卻水；運(yùn)行；控制

中圖分類號： TM623.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0107-002

【Abstract】This paper mainly introduces the functions of generator stator cooling water system， system equipment and its operation. Detailed description of the main operations encountered in daily operations and risk analysis， to avoid the occurrence of human accidents in the operation. It also introduced the recent events and event handling of the system. At the end of the article， the important technological transformation was introduced and the daily operation of the newly added equipment after the technical reform was explained.

【Key words】Stator cooling water； Operation； Control

1 GST系統(tǒng)介紹

1.1 GST系統(tǒng)功能

發(fā)電機(jī)定子線圈采用水內(nèi)冷。發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)的功能就是要提供合格水質(zhì)的發(fā)電機(jī)冷卻水，克服水在空心導(dǎo)線內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的阻力，將線圈的熱量擴(kuò)散到發(fā)電機(jī)之外，保持發(fā)電機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的正常溫升值。當(dāng)出現(xiàn)供水量不足或斷水故障時(shí)，要有可靠的檢測環(huán)節(jié)和完善的保護(hù)措施，延時(shí)30秒實(shí)現(xiàn)跳機(jī)功能，起到對發(fā)電機(jī)的保護(hù)作用。

1.2 GST系統(tǒng)基本參數(shù)

發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行基本參數(shù)：

入口壓力 0.3-0.4 MPa

出口壓力 0.2-0.3 MPa

入口溫度 25-50 ℃

滿功率時(shí)的進(jìn)出口溫差 20 ℃

流量 110+3 立方/小時(shí)

1.3 GST系統(tǒng)組成

發(fā)電機(jī)定子線圈冷卻水系統(tǒng)采用水內(nèi)冷，是由定子水箱、定子冷卻水泵、冷卻器、過濾器、離子交換器以及管道和閥門組成的。

定子水箱中的定子水由水泵壓入冷卻器，其熱量由常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)帶走，冷卻后的定子水接至水過濾器，其中一部分（3%-5%）在必要時(shí)去離子交換器（除鹽器），對水質(zhì)進(jìn)行處理后直接回到定子水箱。定子冷卻水從勵(lì)磁機(jī)側(cè)進(jìn)水管經(jīng)絕緣引水管向定子繞組、定子繞組引線、引出線、瓷套端子和中性點(diǎn)母線等供水，出水經(jīng)汽輪機(jī)側(cè)的匯流管排出。

從發(fā)電機(jī)定子排出的冷卻水流至定子水箱，再從水箱下部經(jīng)管道進(jìn)入定子冷卻水泵，這樣就完成了發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)的一個(gè)循環(huán)。

2 GST系統(tǒng)的控制

2.1 水箱水位控制

定子水箱出現(xiàn)低水位信號（450mm）時(shí)，水箱開始補(bǔ)水（046VN自動(dòng)開啟），并發(fā)出低水位報(bào)警信號；低水位信號消失后延時(shí)3分鐘，或者定子水箱液位高（650mm）報(bào)警觸發(fā)，定子水箱停止補(bǔ)水。補(bǔ)充水為核島除鹽水（SED），其水質(zhì)純。（技術(shù)改造：目的防止補(bǔ)水后高液位報(bào)警一直觸發(fā)；原先停止補(bǔ)水的命令只有高液位停止補(bǔ)水）

2.2 水質(zhì)控制

銅化物含量 小于等于100 mg/L

20攝氏度時(shí)的電導(dǎo)率 0.5-1.5 us/cm

20攝氏度時(shí)的PH值 6.8-7.3

20攝氏度時(shí)的硬度 小于2 ugE/L

20攝氏度時(shí)的含氨量 微量

電導(dǎo)：定子冷卻水電導(dǎo)率應(yīng)控制在0.5～1.5 μs/cm之間（20 ℃），當(dāng)定子冷卻水電導(dǎo)率超過5μs/cm時(shí)，此時(shí)應(yīng)用合格內(nèi)冷水更換原內(nèi)冷水，使導(dǎo)電率降至標(biāo)準(zhǔn)值以下。當(dāng)電導(dǎo)率達(dá)到9.5 μs/cm時(shí)，應(yīng)迅速將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列，同時(shí)解除發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。運(yùn)行過程中，凈化回路連續(xù)運(yùn)行，保持約5%的流量。

PH：應(yīng)控制在6.8-7.3。Ph值過低過高都會(huì)使空芯導(dǎo)線產(chǎn)生腐蝕，腐蝕產(chǎn)物析出有可能造成定子水路阻塞。導(dǎo)致PH值降低的最可能原因是空氣中的二氧化碳進(jìn)入定子水系統(tǒng)引起。

2.3 定子水箱氫含量的監(jiān)視

正常運(yùn)行應(yīng)加強(qiáng)對定子水箱氫含量的監(jiān)視：監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子水內(nèi)冷系統(tǒng)的含氫量可以有效地發(fā)現(xiàn)定子繞組存在的早期絕緣故障。

2.4 定子冷卻水泵的控制

（1）A泵運(yùn)行時(shí)，B泵作為第一自動(dòng)備用泵，C泵作為第二自動(dòng)備用泵；同理，B泵運(yùn)行時(shí)，C泵作為第一自動(dòng)備用泵，A泵作為第二自動(dòng)備用泵；C泵運(yùn)行時(shí)，A泵作為第一自動(dòng)備用泵，B泵作為第二自動(dòng)備用泵；

（2）運(yùn)行泵跳閘或其進(jìn)出口差壓低（0.55MPa）信號出現(xiàn)，如第一自動(dòng)備用泵未啟動(dòng)，則延時(shí)4s后第二自動(dòng)備用泵啟動(dòng)；

2.5 GST運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

（1）發(fā)電機(jī)定子線圈進(jìn)水溫度正常時(shí)應(yīng)小于50℃，發(fā)電機(jī)定子冷卻水的出水溫度應(yīng)該小于85℃，若超過此值應(yīng)該檢查定子冷卻水流量和定子冷卻水熱交換器以及定子冷卻水泵的運(yùn)行情況。

（2）同層定子線圈出水溫度之間溫差大于8℃時(shí)要對定子水路進(jìn)行檢查分析，當(dāng)同層線棒出水溫差大于12℃或出水溫度大于90℃時(shí)，發(fā)電機(jī)要立即降負(fù)荷或打閘停機(jī)。

（3）為了防止發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)露發(fā)電機(jī)定子冷卻水的進(jìn)口溫度必須控制得高于發(fā)電機(jī)冷氫的溫度

（4）發(fā)電機(jī)冷氫氣溫度（GRV044KT/045KT）正常運(yùn)行時(shí)控制在30-40攝氏度之間

（5）發(fā)電機(jī)熱氫溫度最高值不能超過80℃，超過此值必須立即降低發(fā)電機(jī)有功率，直到低于此溫度為止。

3 系統(tǒng)運(yùn)行中的異常

3.1 定子水?dāng)嗨?/p>

定子線圈斷水時(shí)，允許滿載100%額定電流運(yùn)行5秒，備用泵需在5秒內(nèi)投入正常運(yùn)行。當(dāng)定子斷水保護(hù)動(dòng)作時(shí)，延時(shí)30s跳發(fā)電機(jī)。

正常運(yùn)行期間GST定子冷卻水流量保持在90T/H以上，低于此值應(yīng)該檢查發(fā)電機(jī)定子線棒出口定子冷卻水的變化趨勢。若已確認(rèn)定子冷卻水系統(tǒng)故障導(dǎo)致定子冷卻水流量無法恢復(fù)時(shí)應(yīng)該立即打閘停機(jī)，不必等到30秒后自動(dòng)動(dòng)作。

3.2 定子冷卻水路堵塞

水路堵塞導(dǎo)致被堵塞水路的水流量減少或斷水，造成繞組絕緣局部過熱損壞，嚴(yán)重者絕緣擊穿造成接地事故。防止定子冷卻水水路堵塞措施：

（1）必須嚴(yán)格防止定子冷卻水水路堵塞過熱。

（2）水內(nèi)冷系統(tǒng)中的管道、閥門的橡膠密封墊、圈必須全部更換成聚四氟乙烯墊圈。

（3）應(yīng)該定期對定子冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗。系統(tǒng)中的所有鋼絲濾網(wǎng)應(yīng)更換為激光打孔的不銹鋼新型濾網(wǎng)，防止濾網(wǎng)破碎進(jìn)入線圈。

（4）GST系統(tǒng)每次大修后，為防止異物進(jìn)入發(fā)電機(jī)損傷定子線圈及其進(jìn)出口匯流總管，必須對發(fā)電機(jī)外部管路及設(shè)備進(jìn)行沖洗，且在GST系統(tǒng)外部管路沖洗合格前禁止冷卻水進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子線圈。

3.3 定子冷卻水泄漏導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)水

為了防止發(fā)電機(jī)進(jìn)水，必須控制發(fā)電機(jī)氫壓大于發(fā)電機(jī)定子線棒處的定子冷卻水壓，此壓差低于0.035MPa會(huì)觸發(fā)報(bào)警信號。當(dāng)GST泵切換期間，兩臺GST泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致該報(bào)警信號觸發(fā)，禁止長時(shí)間運(yùn)行在該工況下運(yùn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)積水報(bào)警觸發(fā)，且定子接地信號同時(shí)觸發(fā)時(shí)要立即停機(jī)處理。

定子水系統(tǒng)啟動(dòng)前應(yīng)先確認(rèn)發(fā)電機(jī)內(nèi)已充氫，且壓力大于0.25Mpa。

3.4 定子線棒結(jié)露

為防止定子線棒露，一方面要控制好控制好氫氣濕度，另一方面發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)口GST冷卻水的溫度必須高于發(fā)電機(jī)冷氫的溫度。

4 GST系統(tǒng)的主要運(yùn)行操作及風(fēng)險(xiǎn)

4.1 GST泵切換

在日常運(yùn)行中為了保證定子冷卻水泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行按照運(yùn)行計(jì)劃的安排要進(jìn)行定期切換，同時(shí)檢查備用中的定子冷卻水泵能按預(yù)定邏輯自動(dòng)啟動(dòng)，確保GST系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

風(fēng)險(xiǎn)分析：以GST201PO切換到GST101PO運(yùn)行為例，GST 101 PO啟動(dòng)后其出口逆止閥不能頂開就停運(yùn)GST 201 PO或GST 201 PO停運(yùn)后其出口逆止閥不能回座，導(dǎo)致定子冷卻水流量過低時(shí)，將引發(fā)發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)動(dòng)作而跳機(jī)。

現(xiàn)場操作中的重要步驟，GST101PO啟動(dòng)后，檢查其出口壓力表GST004LP指示在0.8MPa左右， 若一切正常，通知主控就地將緩慢關(guān)閉GST201PO出口手動(dòng)閥GST104 VN直至其開度僅有1/3，就地注意觀察兩臺GST泵出口壓力變化；一旦出現(xiàn)較大波動(dòng)，立即重新開啟GST104VN。故障排除后重復(fù)該步驟。之后再停運(yùn)GST201PO。GST201PO停運(yùn)后，要關(guān)注泵是否會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，如果由于逆止閥不能回座而導(dǎo)致閥門反轉(zhuǎn)，要立即關(guān)閉泵出口閥104VN。

4.2 GST系統(tǒng)反洗

在機(jī)組停運(yùn)后可利用GST反洗，帶出發(fā)電機(jī)棒中的殘留物。

風(fēng)險(xiǎn)分析：定子線圈反洗操作前應(yīng)確認(rèn)發(fā)電機(jī)已停運(yùn)，否則發(fā)電機(jī)定子線圈由正洗向反洗轉(zhuǎn)換過程中可能造成冷卻水流量不夠而發(fā)生意外。

GST系統(tǒng)由正洗向反洗狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作過程中及發(fā)電機(jī)定子線圈反洗時(shí)，觸發(fā)發(fā)電機(jī)進(jìn)出口差壓低報(bào)警屬于正?，F(xiàn)象。

4.3 GST水箱氮?dú)獯祾呒暗獨(dú)飧采w

發(fā)電機(jī)已充氫運(yùn)行，GST系統(tǒng)運(yùn)行正常，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子水箱中氫氣含量過高或氫氣、氧氣混合比超出正常允許范圍時(shí)，要進(jìn)行水箱氮?dú)獯祾摺?/p>

風(fēng)險(xiǎn)分析：初次使用RAZ系統(tǒng)氮?dú)鈱ST水箱進(jìn)行吹掃時(shí)，為避免RAZ至GST管路中的鐵銹/污水在吹掃時(shí)帶入GST水箱對GST水質(zhì)造成污染而影響機(jī)組正常運(yùn)行，對GST水箱進(jìn)行吹掃前首先必須對RAZ至GST管路進(jìn)行吹掃干凈。

正常吹掃所用氮?dú)?，來自BOP的氮?dú)鈨Υ娣峙湎到y(tǒng)（SGZ）低壓氮?dú)夤苈贰６ㄗ铀浯祾哌^程中，需要用氫表（高量程）檢查排氣中的氫氣含量， 當(dāng)用氫表檢測1GST 229 VN排氣口讀數(shù)小于20%（高量程）后，關(guān)閉GST氮?dú)忾y門，吹掃結(jié)束。

5 GST系統(tǒng)事件處理及技術(shù)改造

5.1 GST流量降低事件處理

108大修機(jī)組啟動(dòng)后1GST定子水流量較低，維持在75t/h左右，2011年7月29日開始出現(xiàn)緩慢降低的趨勢，至2011年10月10日流量下降到約64t/h，壓力表1GST009LP讀數(shù)0.43MPa，

處理過程：10月11日開始發(fā)電機(jī)氣水兩相沖洗，13日氣水兩相沖洗工作結(jié)束，流量上升至約78t/h，定子水入口壓力降低到0.36MPa。19日化學(xué)清洗，經(jīng)過正向和反向酸洗各2次后，流量基本維持在92t/h左右。

取樣分析造成定子水流量降低原因是定子線圈中銅腐蝕產(chǎn)物增多造成管道堵塞，定子水（下轉(zhuǎn)第50頁）（上接第108頁）入口壓力增大。經(jīng)酸洗除去氧化銅雜質(zhì)后，明顯改善了堵塞情況。懷疑由于管道含氧量過高導(dǎo)致金屬腐蝕，所以技改后對定子水氧含量進(jìn)行在線監(jiān)測，氧含量超標(biāo)時(shí)要進(jìn)行水箱吹掃，防止定子水管道氧化。

5.2 GST系統(tǒng)增加堿化裝置改造

我廠定子冷卻水系統(tǒng)采用H-OH型小混床控制方式，小混床內(nèi)裝有陰陽兩種離子交換樹脂，分別用來除去水中的陰離子和陽離子，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。由于混床出水的PH值一般在7.0以下，這時(shí)的水對銅的腐蝕非常嚴(yán)重。

另外2010年，電力行業(yè)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)對原DL/T801-2002《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水及其系統(tǒng)技術(shù)要求》進(jìn)行升版修訂，新的標(biāo)準(zhǔn)（DL/T801-2010《關(guān)于發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)要求》）于2011年5月1日起執(zhí)行。新標(biāo)準(zhǔn)中的水質(zhì)要求發(fā)電機(jī)定子冷卻水的PH值達(dá)到8.0～9.0，電導(dǎo)率不大于2.0μS/cm；銅含量不大于20μg/L。因此在我廠增加GST系統(tǒng)的堿化裝置。

堿化裝置采用華北電科院研發(fā)的NLS-01型堿化裝置。該套裝置主要包含堿化裝置一套、離子交換器一套。

GST加堿裝置控制箱的供電電源為單相交流220V，額定容量5A。因此選定常規(guī)島單元廠用配電盤LKR上的備用開關(guān)LKR433JA作為GST加堿裝置的電源。圖5.4所示為GST加堿裝置流程圖，從定子水管道上引出一管道，流經(jīng)離子交換器002DN后返回定子水箱，006BA中NaOH溶液經(jīng)006PO打入系統(tǒng)中。

日常巡檢注意事項(xiàng)：

（1）當(dāng)1GST006BA 液位低于20cm時(shí)通知化學(xué)加藥。加藥為0.75%的氫氧化鈉溶液；

（2）巡檢電導(dǎo)時(shí)以 1GST002MR 顯示為準(zhǔn)。

目前新電導(dǎo)表與系統(tǒng)原電導(dǎo)表有0.1/cm的偏差，實(shí)際電導(dǎo)與1GST002MR 相符，在新電導(dǎo)表控制時(shí)已做相應(yīng)調(diào)整。電導(dǎo)數(shù)值如圖5.5所示。

6 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)，雖然不屬于核安全功能相關(guān)的系統(tǒng)，但作為發(fā)電機(jī)定子線圈的冷卻源，如果該系統(tǒng)發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)。在日常運(yùn)行中，多關(guān)注定子水的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的缺陷，更好的保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]GST系統(tǒng)增加堿化裝置改造設(shè)計(jì)方案.

[4]核電廠中級運(yùn)行，中核核電運(yùn)行管理有限公司.