600MW機組定子冷卻水參數異常波動原因分析

龍立義

(華潤電力溫州有限公司，浙江 溫州325805)

眾所周知，對于定子繞組水內冷的發電機來說，發電機定子冷卻水系統是關系到發電機能否安全運行的重要系統。發電機定子冷卻水系統連續地向發電機定子繞組提供水質、流量、壓力和溫度符合要求的冷卻水，帶走發電機連續運行產生的熱量，為此，大型水冷發電機組都設置了發電機斷水保護，以保證發電機的安全運行。發電機定子冷卻水流量、壓力及水位異常波動將直接影響發電機的安全運行。

1 設備概況

某廠#1，#2 機組選用QFSN-600-2-22A 型汽輪發電機，冷卻方式分別為定子繞組采用水內冷、轉子繞組采用氫氣內冷、鐵芯采用氫氣外部冷卻。定子冷卻水系統采用獨立密閉的循環除鹽水系統，發電機定子冷卻水系統主要包括1 個定冷水箱、2 臺100%容量的冷卻水泵、2 臺100%容量的水－水冷卻器、壓力調節閥、溫度調節閥和水過濾器等設備和部件，以及連接各設備、部件的閥門、管道等。定子繞組冷卻水的進水溫度范圍為42～48 ℃，回水溫度不大于78 ℃;發電機定子進水水壓為0.22MPa 左右，發電機定子進水流量為98t/h 左右，當兩者不能兼顧時，優先滿足流量要求。定子繞組允許在額定負荷下內冷卻水斷水運行持續30 s〔1〕。

2 發電機定子冷卻水流量、壓力及水位異常波動現象

某日在波動出現前，#1 機負荷由450 MW 降至350 MW，定冷水供水流量109.3 t/h，定冷水入口壓力353.4 kP，定冷水水箱(標高2 m)水位156 mm，A 定冷水泵運行電流79.4 A，以上參數穩定;隨著負荷的降低，定冷水回水溫度由47 ℃緩慢下降至43.5 ℃，定冷水溫控閥在自動狀態(定冷水溫度下降時開大冷卻器旁路，反之則關小)，設定溫度42 ℃，壓力控制閥在手動狀態，定冷水系統無任何操作。

18 時22 分定冷水溫控閥由22% 開至25%，系統參數開始異常波動:

18 時22 分至18 時40 分定冷水箱水位由156 mm 緩慢降至56 mm;定冷水入口壓力由353.4 kP降至305 kP;定冷水供水流量由109.4 t/h 升至120 t/h，定冷水泵電機電流由79.4 A 升至81.9 A。

18 時40 分至18 時41 分定冷水箱水位由56 mm 快速升至156 mm;定冷水入口壓力由305 kP升至353.3 kP;定冷水供水流量由120 t/h 降至113 t/h。定冷水泵電機電流由81.9 A 降至79.4 A。

18 時41 分至19 時00 分定冷水箱水位由156 mm 緩慢降至36 mm;定冷水入口壓力由353.3 kP降至302 kP;定冷水供水流量由109.4 t/h 升至119 t/h，定冷水泵電機電流由79.4 A 升至81.9 A。

19 時00 分至19 時01 分定冷水箱水位由56 mm 快速升至156 mm;定冷水入口壓力由305 kP升至353.3 kP;定冷水供水流量由120 t/h 降至113 t/h。定冷水泵電機電流由81.9 A 升至79.4 A。

如上所述定冷水流量、壓力及水位每20 min左右波動1 次，直至水位降至120 mm 左右才消除波動。

發現定冷水系統異常后，立即檢查發電機定子線圈溫度無異常，就地檢查也未發現有泄漏現象，而就地水位計與CRT 上顯示變化趨勢均一致。從定冷水壓力與流量變化趨勢相反的現象分析，引起這種異常應該是流量與壓力測點后管道出了問題，排除了冷卻器泄漏的可能，而當時發電機氫壓比定冷水壓高，也排除了發電機內漏水的可能。

3.2 被動訓練對嬰兒智力及運動發育的影響及機制 小兒神經系統在胚胎時期就開始發育了，對于新生兒出生時窒息時間及狀況，會造成不同程度的腦損傷，且目前為止沒有有效的藥物治療。本研究對出生窒息患兒的研究顯示，科學合理的被動訓練對0～6個月窒息患兒的智力發育及運動發育都是有利的。國外已有報道表明，早期干預包括科學的被動訓練可以改善因環境及生物因素所引起的兒童智力落后[6]。

經仔細檢查發現定冷水防虹吸管(見圖1)間斷性地有水流入定冷水箱(正常無水)。即當定冷水壓力下降、流量上升、水位下降時，虹吸管有水流出;而當水位降低到一定值穩定一段時間后，虹吸管就沒有水流入定冷水箱了，此時，壓力上升，流量下降，水位上升，因此初步懷疑是防虹吸管間斷性失去作用引起。

3 發電機定子冷卻水流量、壓力及水位異常波動原因分析

3.1 防虹吸管工作原理圖

防虹吸管的目的其實就是讓定冷水回水管豎直段的水順利的回到水箱，而不至于因為虹吸作用抽干發電機內部的冷卻水使發電機內部發生過熱損壞。如圖1 所示，防虹吸管接在水箱表面，而回水管接在水面以下，兩者存在ΔH 的高度差，當定冷水箱水位正常時定冷水箱水位和頂部還是有一個高度差的，即圖中的Δh。正常情況下，由于反虹吸管的連通作用，發電機頂部定冷水回水的壓力應和定冷水箱內壓力相同，及與大氣壓相同;回水抽吸了虹吸管中的氣體形成氣泡，回水中的氣體增大了回水的阻力，平衡了高度差ΔH 形成的靜壓頭，從而使回水保持穩定。發電機斷水時回水管的重力差比防虹吸管大Δh 水柱，而且流量也比防虹吸管大得多，容易使氣體進入防虹吸管破壞虹吸作用，從而保證發電機的安全。

圖1 定子冷卻水系統防虹吸管示意圖

3.2 防虹吸管進水及定子冷卻水系統參數異常波動原因分析

根據理想流體的伯努利方程式可得:

式中 P1為發電機頂部定冷水回水管處(虹吸管接入處)壓力;P0為定冷水箱內壓力(等于大氣壓);Pz為發電機定冷水回水母管至定冷水箱內水面的阻力，分解為混入氣體影響的阻力(Pz氣)和因流速變化形成的阻力(Pz流);ρ 為定冷水的密度;g 為重力加速度;ΔH 為定冷水箱內水位和發電機頂部高度差;V 為P1處的回水流速。

當定子冷卻水系統處于一個穩定運行的狀態時(防虹吸管無水)，P1=P0，回水管阻力、流速也處于穩定狀態，如果沒有外界擾動，系統將一直處于穩定運行的狀態。

當定冷水箱水位快速上升，而ΔH 減小，(－ρgΔH)增大;回水管也減少了抽吸反虹吸管內氣體的能力，減少了氣體混入回水，即Pz氣快速減少甚至到0;氣體影響阻力減少則會增大流量，使流量影響阻力Pz流增加;同時增大流速V，即((－1/2)ρV2)減少;隨著(－ρgΔH)和Pz流增大，而((－1/2)ρV2)減少不足以抵消時，P1－P0＞0;此時就會有水流經防虹吸管回入定冷水箱;隨著防虹吸管內再度進水，定冷水系統又重復了上述過程，形成了定冷水箱水位和定冷水母管壓力和流量的波動。而當定冷水箱水位逐漸降低至120 mm 左右時，波動消失。

4 結論

通過分析可知，形成了定冷水箱水位和定冷水母管壓力和流量波動的原因是:定冷水箱水位超過120 mm，且系統有外界的突然擾動，使防虹吸管間斷性失去防虹吸的作用，導致發電機內冷卻水流動狀態間斷性失去平衡。

為了防止定冷水系統出現異常波動，可通過以下措施防控:

1)定冷水箱水位保持在0～100 mm，不得超過120 mm，若超過此水位，則應通過水箱底部排水閥將水位控制在0～100 mm 范圍內。

2)定冷水流量保持在90～105 t/h。

3)優化定冷水溫控閥及壓力調節閥的調節線性，并投入自動運行，防止出現壓力、流量突變。

4)當發現定冷水流量、壓力、水位等波動時應立即進行現場檢查，如因防虹吸管走水引起，及時調整定冷水箱水位，消除波動。

5)進行技術改造，將反虹吸管向上管段加長，降低定冷水串入反虹吸管的可能。

〔1〕東方汽輪機廠600 MW 超臨界機組啟動說明書〔S〕．

〔2〕丁祖榮，等． 流體力學〔M〕． 北京:高等教育出版社，2003．