660MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)的研發(fā)和驗(yàn)證

張靜芝

摘 要： 雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)是我國(guó)首創(chuàng)并具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù).在分析雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)運(yùn)行中存在的主要問題的基礎(chǔ)上，研發(fā)了660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)，簡(jiǎn)述了660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范、設(shè)計(jì)原則、組成，分析了660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)特點(diǎn).型式試驗(yàn)結(jié)果表明，所研發(fā)的660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)的性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能保證660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行，為660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的研制和投運(yùn)奠定了基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞： 660 MW； 雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)； 水系統(tǒng)； 研發(fā)和驗(yàn)證

中圖分類號(hào)： TK 264.1 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)廠（上海電氣電站設(shè)備有限公司發(fā)電機(jī)廠前身）于1958年10月成功研制了世界上第一臺(tái)12 MW、3 000 r·min-1雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，并于同年12月在上海南市電廠投入運(yùn)行.此后，20世紀(jì)60、70年代，上海電機(jī)廠相繼開發(fā)了50 MW、125 MW、300 MW雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，北京重型電機(jī)廠和哈爾濱電機(jī)廠分別開發(fā)了100 MW、200 MW雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī).不同容量的雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的批量投運(yùn)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn).截至1990年底，在役的雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)組約占50 MW及以上容量國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組的50%左右.雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)作為我國(guó)首創(chuàng)并具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，不僅在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)重要份額，而且成功進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng).

雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、冷卻效果好、安全性高、操作維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)，廣受國(guó)內(nèi)外用戶的歡迎.水系統(tǒng)作為雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的重要輔助系統(tǒng)，其性能（如冷卻水流量、溫度、水質(zhì)、清潔度及系統(tǒng)控制等）及運(yùn)行可靠性直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性.為了滿足市場(chǎng)對(duì)660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的需求，在總結(jié)300 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[1-2]，結(jié)合相關(guān)技術(shù)研發(fā)了660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)，為660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的研制和投運(yùn)奠定了基礎(chǔ).

1 雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)存在的問題

1.1 水質(zhì)要求低

早期的雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)沒有詳細(xì)要求，僅要求水的電導(dǎo)率在10 μs·cm-1以下.

1.2 水過濾器精度差

早期的雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)的水過濾器采用網(wǎng)布式結(jié)構(gòu)，過濾精度在40～80目之間，且很容易被水沖破，破損的網(wǎng)布甚至進(jìn)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(shè)計(jì)的水系統(tǒng)所配置的冷卻器冷卻效率低，二次水和一次水沒有充分進(jìn)行熱交換，導(dǎo)致線圈進(jìn)水溫度偏高.

1.4 就地儀表

由于受儀表及控制技術(shù)限制，只能采用就地儀表，而且控制儀表采用基地式調(diào)節(jié)，有時(shí)需要操作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)操作.

1.5 散裝件供貨

早期的雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)散裝件供貨，設(shè)備和設(shè)備之間的具體安裝位置是由設(shè)計(jì)院布置，現(xiàn)場(chǎng)安裝，造成安裝和調(diào)試不便.

2 660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)原則

2.1 技術(shù)規(guī)范

額定容量為660 MW；冷卻方式為定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)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(dǎo)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(jìn)水溫度為35～45 ℃；定子線圈進(jìn)水壓力為0.2～0.3 MPa；轉(zhuǎn)子冷卻水流量為54.3 m3·h-1；轉(zhuǎn)子冷卻水電導(dǎo)率（25 ℃）小于5 μs·cm-1；轉(zhuǎn)子冷卻水pH（25 ℃）為7～9；轉(zhuǎn)子線圈進(jìn)水溫度為35～43 ℃；轉(zhuǎn)子線圈進(jìn)水壓力為0.2～0.3 MPa.endprint

2.2 設(shè)計(jì)原則

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化程度高

水系統(tǒng)完全按照GB/T 7064和JB/T 6517設(shè)計(jì)；定、轉(zhuǎn)子線圈冷卻水水質(zhì)滿足DL/T 801要求；所有壓力容器均滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程要求.

2.2.2 采用計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)

發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子冷卻水供水裝置采用三維設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)結(jié)果更為直觀形象.三維設(shè)計(jì)還可有效避免裝置內(nèi)大量管道連接可能產(chǎn)生的干涉問題，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)三維模型可方便地轉(zhuǎn)化為二維施工圖，加快了產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程.

2.2.3 定子冷卻水水質(zhì)控制

根據(jù)定子冷卻水系統(tǒng)貧氧運(yùn)行的特點(diǎn)，定子冷卻水的水質(zhì)采用旁路冷卻水直接控制其電導(dǎo)率，間接控制冷卻水pH的加堿裝置.利用純水電導(dǎo)率和pH之間的關(guān)系，通過向冷卻水注入微量的NaOH溶液，提升冷卻水的電導(dǎo)率，從而確保冷卻水的pH在8～9之間，避免冷卻水對(duì)銅導(dǎo)線的腐蝕.另外，旁路控制冷卻水電導(dǎo)率可以防止因電導(dǎo)率失控使整個(gè)水系統(tǒng)pH飆升的風(fēng)險(xiǎn).

2.2.4 轉(zhuǎn)子冷卻水水質(zhì)控制

針對(duì)轉(zhuǎn)子冷卻水水質(zhì)較難控制的問題，通過對(duì)在役雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，對(duì)轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)采用溢流補(bǔ)水方式控制水質(zhì)，充分利用電廠原有的凝結(jié)水及除鹽水系統(tǒng)混合補(bǔ)水保證轉(zhuǎn)子冷卻水水質(zhì)，同時(shí)將溢流回水返回電廠水處理系統(tǒng)，不會(huì)造成冷卻水的浪費(fèi).

2.2.5 水過濾器高精度設(shè)計(jì)

研制了纖維式水過濾器，其過濾精度達(dá)到5 μm，從而有效地去除水中雜質(zhì)，防止水中雜質(zhì)累積發(fā)生堵塞，以及水中大顆粒雜質(zhì)對(duì)空心導(dǎo)線的沖刷，確保發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行.

2.2.6 全數(shù)字集中化控制

水系統(tǒng)所有信號(hào)均進(jìn)入電廠集散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行智能化和數(shù)據(jù)化處理.在主控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，可對(duì)運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，便于對(duì)水系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的追溯和對(duì)事故原因的分析.

2.2.7 轉(zhuǎn)子水系統(tǒng)防漏水設(shè)計(jì)

針對(duì)以往在300 MW機(jī)組上曾發(fā)生的轉(zhuǎn)子水系統(tǒng)漏水現(xiàn)象（主要表現(xiàn)為出水支座漏水），轉(zhuǎn)子冷卻水水箱增設(shè)排氣管，可及時(shí)排出轉(zhuǎn)子出水支座至轉(zhuǎn)子水箱管道內(nèi)的氣體，避免回水管發(fā)生氣阻導(dǎo)致轉(zhuǎn)子回水不暢引起的出水支座漏水.

2.2.8 水系統(tǒng)斷水保護(hù)

水系統(tǒng)斷水保護(hù)采用在進(jìn)水管道中加裝流量孔板，在孔板上引出三對(duì)流量信號(hào)，通過在實(shí)際流量降低至額定流量80%時(shí)發(fā)出流量低報(bào)警信號(hào)，并在DCS按“三取二”邏輯實(shí)現(xiàn)斷水保護(hù)，避免以往由線圈兩端壓差引出信號(hào)，在線圈堵塞情況下無法實(shí)現(xiàn)斷水保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)，提高斷水保護(hù)的可靠性.

2.2.9 水系統(tǒng)冷卻水溫度控制

通過安裝在冷卻器二次回路的溫度調(diào)節(jié)閥，根據(jù)進(jìn)入線圈的冷卻水的溫度信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)流經(jīng)冷卻器的二次冷卻水流量，從而控制進(jìn)水溫度，滿足發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)內(nèi)部結(jié)露，系統(tǒng)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(tǒng)運(yùn)行的可靠性.

3 水系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

3.1 水系統(tǒng)的組成

660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)如圖1所示.

定子水系統(tǒng)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(hù)裝置—發(fā)電機(jī)定子線圈—水箱.冷卻水經(jīng)水過濾器后的另一個(gè)流程為水過濾器—離子交換器—加堿裝置—水箱.定子水系統(tǒng)除上述設(shè)備外，還有控制儀表、閥門、管道等.

轉(zhuǎn)子水系統(tǒng)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(hù)裝置—發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈—水箱.轉(zhuǎn)子水系統(tǒng)除上述設(shè)備外，還有控制儀表、閥門、管道等.

3.2 集裝供水裝置

定、轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了在緊湊布置情況下留有足夠的操作維護(hù)空間.

為確保定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)安全運(yùn)行，其水泵、冷卻器、水過濾器等關(guān)鍵部件采用雙重冗余配置，保障了系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和可靠性.定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)完善的信號(hào)檢測(cè)使整個(gè)系統(tǒng)能全方位、全過程地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，判斷原因，消除隱患.

加堿裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用使定子冷卻水的pH控制變被動(dòng)為主動(dòng)，確保其可完全控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的8～9之間.此范圍可避免定子冷卻水對(duì)定子線圈產(chǎn)生腐蝕，從而解決長(zhǎng)期困擾的定子線圈腐蝕問題，確保定子線圈的長(zhǎng)期安全運(yùn)行.

4 水系統(tǒng)聯(lián)機(jī)型式試驗(yàn)驗(yàn)證

在模擬額定工況下，水系統(tǒng)聯(lián)機(jī)型式試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)值比較如表1所示.

為驗(yàn)證660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能，在汽輪發(fā)電機(jī)出廠前進(jìn)行了水系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)聯(lián)機(jī)型式試驗(yàn).型式試驗(yàn)時(shí)，采用Rosemount 3051型壓力、壓差變送器測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵位置及設(shè)備的冷卻水壓力、壓差；采用TP型雙支鉑電阻測(cè)量冷卻水溫度；采用Rosemount 8800型渦街流量計(jì)測(cè)量冷卻水流量.

型式試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)值均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，驗(yàn)證了水系統(tǒng)的主要參數(shù)，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(jī)正常運(yùn)行要求.

5 結(jié) 語(yǔ)

為適應(yīng)我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，滿足市場(chǎng)對(duì)660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的需求，在總結(jié)300 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)技術(shù)研發(fā)了660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)水系統(tǒng).型式試驗(yàn)結(jié)果表明，該水系統(tǒng)的性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能保證660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行，為660 MW級(jí)雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的研制和投運(yùn)奠定了基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

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