AP1000定子冷卻水系統調試問題分析

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定子冷卻水系統調試問題分析

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）

定子冷卻水系統為發電機定子繞組提供連續不斷的冷卻水，以帶走發電機定子繞組產生的熱量，確保機組的安全、穩定運行。AP1 000發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定子冷卻水系統的特點，重點對定子冷卻水系統的調試及調試過程中的問題進行分析和總結，并對機組運行的注意事項提出建議，對同類機組的調試與運行提供借鑒。

AP1 000；定子冷卻水系統；沖洗；調試

0 引言

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

1 定子冷卻水系統概述

1.1 發電機定子冷卻水工藝流程

AP1000汽輪發電機定子冷卻水系統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、離子交換器及相關管道、閥門等構成。定子冷卻水箱的水經定子冷卻水泵升壓后，流經定子冷卻水冷卻器進行冷卻，經過濾器進入勵磁端的定子冷卻水匯流排，然后進入發電機進行冷卻，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，系統設置了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過離子交換器，降低電導率后返回到水箱，同時來自除鹽水分配系統的補水也經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流孔板，測量系統供水流量［1］。定子冷卻水系統流程如圖1所示。

1.2 定子冷卻水系統特點

定子冷卻水系統為三菱電機設計制造的模塊化系統，布置在發電機下方0m，設備布置緊湊，系統設計簡約，無反沖洗管路。

系統補充水有兩路，為除過氧的除鹽水分配系統和凝結水系統。

圖1 定子冷卻水系統流程

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

發電機定子冷卻水斷水保護采用壓差保護。在發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，系統設置3個壓差開關，當發電機并網時，出現兩個壓差達到動作值后發電機斷水保護動作。

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

定子冷卻水系統水質在線監測配置有3個電導測點，一個pH測點，無氧含量監測儀表。

1.3 定子冷卻水系統主要參數［1］

冷卻水流量：3 500～4 000L／min

供水壓力：0.7MPa

冷卻水電導：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

發電機冷卻水進水水溫：50℃

發電機冷卻水出水水溫：77.5℃

2 定子冷卻水系統調試

2.1 定子冷卻水系統沖洗

定子冷卻水系統沖洗分3個階段進行。第一階段將發電機進、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。沖洗前拆除主管路過濾器濾芯，節流孔板；離子交換器不鋪設樹脂；電導率儀、流量計及pH計隔離。臨時措施完成后，關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，水質干凈透明后啟動1臺定子冷卻水泵對系統進行沖洗，定子冷卻水泵運行穩定后再并入另1臺泵對系統進行沖洗。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，直至回水濾網收集的雜質尺寸小于0.2mm，每4h收集到的雜質小于0.1g即達到合格要求。

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

第三階段沖洗為正式系統下的沖洗。第二階段沖洗完成后，拆除臨時措施，恢復主管路的過濾器濾芯，節流孔板；投入電導率儀、流量計及pH計運行，離子交換器填裝樹脂；然后系統進水對系統進行第三階段沖洗，水質達到正常運行要求即標志著定子冷卻水系統沖洗完成。 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 定子冷卻水系統流量分配

定子冷卻水系統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運行正常后，進入發電機兩側對發電機定子冷卻水進、出管流量進行測量，勵端為進水側，汽端為出水側。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，發電機相環冷卻水管12根，另外勵端還有出線套管6根，這些參數測量完畢后，除12根發電機相環冷卻水管外，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根發電機相環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。

發電機定子冷卻水系統勵端、汽端和相環冷卻水管的流量符合驗收標準，滿足要求。

2.3 定子冷卻水系統保養

發電機定子空心導線的材質為銅，銅在冷卻水中就會發生腐蝕，影響銅發生腐蝕的因素主要有冷卻水的pH值、水中的含氧量、水溫及水中的雜質含量。為降低銅發生腐蝕的速率，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，補水對除鹽水進一步除氧。

定子冷卻水系統短期保養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。

若定子冷卻水系統長期停運，將定子冷卻水系統的水排盡，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。重復這些操作，直到排盡線圈中的水分。向干燥后的發電機定子繞組中充入一定壓力的氮氣進行保養。

3 調試問題及處理

3.1 臨時濾網破損

在定子冷卻水系統二階段沖洗階段，拆除回水臨時濾網進行清理時，發現過濾器濾網有破損現象，多次出現過濾器濾網有大小不等的孔，對收集的雜質進行檢查，除了有沙粒等雜質外，還發現了金屬顆粒、焊渣，由于沖洗時采用兩臺泵，沖洗流速大，金屬顆粒或焊渣將濾網擊穿，造成濾網破損。一方面對定子冷卻水箱和管道進行換水，排出系統的焊渣等硬質顆粒，另外采用單臺泵進行沖洗，降低沖洗水的流速。對濾網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定子冷卻水系統過濾器時，發現過濾器A和過濾器B內的緩沖板脫落，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化，將平板更換為帶一定弧度的不銹鋼板，優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 定子冷卻水系統流量偏小

定子冷卻水系統沖洗完成后，恢復為正式系統，定子冷卻水系統流量顯示偏小，對系統各運行參數進行逐一排查，未發現明顯異常。對汽輪機16m平臺供水管道法蘭墊片尺寸進行復查，尺寸符合設計要求。經過多方分析、查找，懷疑定子冷卻水母管節流孔板尺寸不正確，拆除節流孔板進行測量，內徑為70mm，小于廠家設計的75mm，對節流孔板進行擴孔至設計值，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（設計值 3 500～4 000L／min），與廠家設計人員溝通，確定再次對節流孔板進行擴孔至內徑82.5～83mm進行試驗。定子冷卻水節流孔板擴孔至82.5mm后，定子冷卻水流量升至3 500～3 600L／min，基本滿足設計要求，按照內徑82.5mm進行定子冷卻水流量分配試驗，測量各支路流量。

4 結語

經過調試，AP1000汽輪發電機定子冷卻水系統的流量達到設計要求，設備運行穩定，熱工保護、連鎖正常。在定子冷卻水系統運行時注意以下幾點。

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

廠家要求定子冷卻水系統電導小于5.0μS／cm即可，不符合我國關于大型發電機內冷水水質電導范圍為 0.4～2.0μS ／cm［3］的要求，建議在機組運行期間執行更加嚴格的國內標準。

運行中做好化學監督工作，尤其是定子冷卻水中銅離子含量和pH值，發現異常及時進行分析、處理；建議銅離子質量濃度控制在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，關注離子交換器出口水質；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。

銅腐蝕產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核電廠常規島系統初級運行［M］.北京：中國原子能出版傳媒有限公司，2011.

［2］ 全國大型發電機標準化技術委員會.汽輪發電機繞組內部水系統檢驗方法及評定：JB／T6228—2014［S］.北京：機械工業出版社，2015.

［3］ 電力行業電機標準化技術委員會.大型發電機內冷卻水質及系統技術要求：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，FENG 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，從事核電站調試工作。