M310機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)備用泵自動(dòng)啟動(dòng)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)建議

熊興華 福建福清核電有限公司

一、前言

發(fā)電機(jī)定子冷卻系統(tǒng)的功能是通過(guò)低電導(dǎo)率的除鹽水在不銹鋼制成的矩形空心定子繞組中循環(huán)流動(dòng)，帶走定子繞組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組的冷卻。該系統(tǒng)能夠滿足發(fā)電機(jī)對(duì)冷卻水水質(zhì)、溫度、壓力和流量的要求。它確保了發(fā)電機(jī)在氫氣正常工作壓力下的有載運(yùn)行，也確保了不會(huì)有水泄漏進(jìn)發(fā)電機(jī)。而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，該系統(tǒng)可能由于運(yùn)行方式、工況的改變等原因，會(huì)導(dǎo)致定子冷卻水系統(tǒng)異常運(yùn)行，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)出力，甚至有停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，因而對(duì)M310機(jī)組正常運(yùn)行期間，有必要對(duì)定子冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)的異常進(jìn)行分析。

二、發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)組成

發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)包括定子冷卻水泵、換熱器、溫度控制三通閥、過(guò)濾器、去離子器、補(bǔ)水管路。水循環(huán)回路設(shè)置兩臺(tái)相同的定子冷卻水泵101/201PO。正常時(shí)一臺(tái)泵運(yùn)行，使冷卻水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，而另一臺(tái)備用。如果定子冷卻水的流量下降，或工作泵的接觸器跳閘，備用泵自動(dòng)啟動(dòng)?？偭髁坑砂惭b在發(fā)電機(jī)定子入水管的孔板來(lái)調(diào)節(jié)，而軸襯內(nèi)的水流量通過(guò)發(fā)電機(jī)接線盒出水管的孔板來(lái)調(diào)節(jié)。

定子冷卻水由兩個(gè)并聯(lián)的換熱器進(jìn)行冷卻。定子冷卻水系統(tǒng)的水溫由溫度控制三通閥保持恒定。該閥門(mén)通過(guò)調(diào)節(jié)流經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的換熱器及其旁路的定子冷卻水流量來(lái)調(diào)節(jié)溫度。本系統(tǒng)設(shè)置了兩臺(tái)100%流量板式冷卻器。一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用。從運(yùn)行的冷卻器切換至備用冷卻器是靠手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉相關(guān)的閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行期間，定子繞組的冷卻水進(jìn)水溫度控制在44.5℃。冷卻器由一組碟形金屬板組成，通過(guò)這組金屬板將定子冷卻水系統(tǒng)的熱量傳給SRI系統(tǒng)冷卻水，保證定子冷卻水的冷卻。

供發(fā)電機(jī)定子繞組用的冷卻水不得含有懸浮顆粒物且必須經(jīng)除鹽處理，因而定子冷卻水必須連續(xù)地通過(guò)水處理裝置進(jìn)行處理。水處理裝置包括一臺(tái)主過(guò)濾器和一臺(tái)去離子器。過(guò)濾器位于冷卻水回路下游。經(jīng)過(guò)濾后的絕大部分冷卻水供給了發(fā)電機(jī)定子繞組，另外一小部分通過(guò)一條支路經(jīng)去離子器回到定子冷卻水泵入口。去離子器安裝在主循環(huán)系統(tǒng)旁路上，為混床型。去離子器是一個(gè)垂直圓柱形容器，里面裝有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂。包括：去離子器內(nèi)的粗濾網(wǎng)、除樹(shù)脂用的探孔、去除樹(shù)脂和通往過(guò)粗濾網(wǎng)的探孔、上部進(jìn)水管接頭、下部出水管接頭、排水閥、排氣閥。節(jié)流孔板用于設(shè)置所需處理的流量。去離子器的連續(xù)凈化流量約為定子冷卻水總流量的5%。

三、機(jī)組運(yùn)行期間GST系統(tǒng)異常運(yùn)行描述

正常運(yùn)行期間，某電廠按照要求進(jìn)行定子冷卻水系統(tǒng)定子冷卻水泵切換操作，當(dāng)啟動(dòng)備用泵時(shí)，定子冷卻水流量下降到20m3/h以下（持續(xù)時(shí)間不足1秒），導(dǎo)致儀表短時(shí)洋紅色。由于流量突然下降，產(chǎn)生定子冷卻水流量低報(bào)警，并且導(dǎo)致二層通訊故障。2015年2月某M310機(jī)組，執(zhí)行定子冷卻水備用泵啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，啟動(dòng)備用泵后，冷卻水流量從150m3/h下降到100m3/h左右，持續(xù)時(shí)間900ms，儀表顯示流量比實(shí)際值低約30m3/h。若發(fā)電機(jī)定子冷卻水流量低于100m3/h，且持續(xù)5S,導(dǎo)致停機(jī)。該異常存在汽輪機(jī)跳機(jī)的重大風(fēng)險(xiǎn)。

四、原因分析及解決方案

分析業(yè)內(nèi)各大電廠，得知相關(guān)電廠在進(jìn)行GST泵切換操作時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)備用泵后，沒(méi)有出現(xiàn)流量低的情況，反而流量會(huì)上升20m3/h左右。對(duì)比同行電廠定子冷卻水系統(tǒng)流程可發(fā)現(xiàn)，A電廠的流量表接在定子冷卻水泵的出口，而B(niǎo)廠的流量計(jì)接在GST泵的入口，所以A廠切泵時(shí)流量反而上升。C核電存在一種異常：一段時(shí)間定子冷卻水流量會(huì)下降導(dǎo)致備用泵啟動(dòng)，經(jīng)研究，發(fā)現(xiàn)定子冷卻水箱液位過(guò)低（原58-60%），泵吸水會(huì)產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致氣體進(jìn)入系統(tǒng)，后將水位提升到（68%），該現(xiàn)象消失。對(duì)此，經(jīng)組織專題會(huì)進(jìn)行分析，結(jié)合通常電廠分析及廠家反饋，認(rèn)為導(dǎo)致流量低的可能原因?yàn)閮膳_(tái)定子冷卻水泵同時(shí)運(yùn)行搶流量和系統(tǒng)管線積氣所致。為驗(yàn)證定子冷卻水箱液位對(duì)搶水現(xiàn)象的影響，B廠將1/2號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱液位由61%提高至73%，并編制了定子冷卻水系統(tǒng)排氣操作票，排氣后通過(guò)DCS一層模擬GST002MD流量低連鎖啟動(dòng)備用泵。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，在直接啟動(dòng)備用泵和執(zhí)行定期試驗(yàn)兩種情況下均未出現(xiàn)GST流量低報(bào)警，直接啟動(dòng)備用泵時(shí)流量基本未波動(dòng)，試驗(yàn)滿足要求。

五、試驗(yàn)改進(jìn)

執(zhí)行定子冷卻水備用泵啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，原試驗(yàn)方案中模擬定子冷卻水流量低連鎖啟動(dòng)備用泵的方法為開(kāi)啟流量計(jì)的平衡閥。但是從現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和流程圖分析可知，該方法存在誤跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)上，四塊定子冷卻水流量計(jì)均為壓差式流量表或流量開(kāi)關(guān)，并且該四塊表安裝位置均為同一引壓母管上并聯(lián)。若按原試驗(yàn)方法開(kāi)啟定子冷卻水流量計(jì)的平衡閥，降低定子冷卻水流量計(jì)高低壓側(cè)的壓差以實(shí)現(xiàn)模擬定子冷卻水流量低于150m3/h連鎖啟動(dòng)備用泵。雖然可以實(shí)現(xiàn)備用泵連鎖啟動(dòng)。但是從四塊表的安裝結(jié)構(gòu)分析可知，一但使用過(guò)程中開(kāi)啟平衡閥后關(guān)閉過(guò)慢，將造成引壓母管高壓側(cè)流體流向低壓側(cè)，壓差降低觸流量低信號(hào)，三取二跳機(jī)邏輯導(dǎo)致誤跳機(jī)。后續(xù)定期試驗(yàn)時(shí)，改為儀控人員在一層工程師站模擬定子冷卻水流量低于150m3/h聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

六、結(jié)論

通過(guò)一系列試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)以下兩種方法可以有效避免在定子冷卻水系統(tǒng)備用泵自動(dòng)啟動(dòng)試驗(yàn)中，有效避免汽輪機(jī)停機(jī)。

1.抬高定子冷卻水箱的液位，有效避免兩臺(tái)泵的搶水效應(yīng)，可以有效避免跳機(jī)。

2.通過(guò)儀控強(qiáng)制定子冷卻水流量低信號(hào)來(lái)替代開(kāi)平衡閥模擬啟泵的試驗(yàn)方法可行，并可降低誤跳機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。