國內某核電機組空冷器性能及運行方式優化

彭 浪

（中和核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

1 國內某核電機組發電機空冷器系統介紹

1.1 發電機空冷器系統工作原理

我廠發電機定子鐵芯、端部構件及轉子表面通過空氣冷卻， 冷風由安裝在轉軸兩端的軸向風扇打入，通過轉子表面、定子鐵芯經向通風道，帶出熱量，熱風從機座下面的出風口流經過空冷器，形成冷風，冷風再由進風通道經兩端風扇送入發電機，這樣形成一個封閉循環系統，通過空冷器將熱量傳遞給海水。

我廠發電機空冷器風向流程如圖1 所示。

圖1 發電機空冷器風向流程圖

1.2 發電機空冷器系統設備組成和運行方式

發電機空冷器系統共設置了海水過濾器兩臺、海水升壓泵三臺、發電機空冷器八臺及相關的管道閥門等。 正常運行時海水經兩臺海水過濾器進入海冷水母管， 然后經0 米層海水升壓泵升壓后向7.2 米發電機空冷器供冷卻海水。

本系統設置了3 臺海升泵，為保證發電機的進口風溫在冬季工況一臺海水升壓泵運行，夏季工況運行兩臺海水升壓泵。8 臺發電機空冷器分為兩組。發電機風溫調整的三種方式：調整海升泵的運行臺數；調節空冷器海水回水總閥；調節空冷器運行的臺數；調節空冷器進口閥的開度。

當發電機進風溫度高于額定值時，將會影響發電機的出力。 發電機的定子電流允許值按下表執行（當50℃≥進風溫度≥45℃時， 若定子線圈和鐵芯的溫度未出現任一報警，無須執行下表“45℃~50℃”響應措施，否則須按下表處理）：

表1

2 320MW 機組發電機空冷器運行中存在的問題及解決辦法

2. 夏季工況時海水溫度高造成發電機進風溫度高

針對于此問題考慮了以下幾個方面來試解決發電機進風溫度高問題：A. 將發電機空冷器進行換型，目前我廠的空冷器為繞簧式冷卻器，建議改為目前效率更高的穿片式冷卻器。 一般情況下汽輪發電機的氣體冷卻器按其傳熱面—翅片的結構形狀和制造工藝，分為繞簧式、繞片式、擠片式和穿片式等。 與另外三種氣體冷卻器相比， 穿片式氣體冷卻器有其獨特的優點，即它的翅化系數很高，所以其散熱性能較好，緊湊性也較好。 另外，由于一塊薄金屬片上穿有許多管子，當有一根管子因故而堵塞時，該管周圍的翅片并不會完全失效，仍有一定的散熱能力，所以，堵管對散熱能力的影響比其它型式的冷卻器小。 近年來，國外大公司如美國通用電氣公司日本三菱公司和法國阿爾斯通公司等生產的大型汽輪發電機的氣體冷卻器也有不少采用穿片式氣體冷卻器。 B.增加傳熱管的承壓能力，增加空冷器的冷卻水流量。

通過公式：P=MCp△T1=A*h*△T2 可以知道在發電機空冷器換熱面積A 不變的情況下，增加海冷水進入空冷器的流量，減少被HLS-56V 旁通的流量,這樣就能增加發電機進出口的溫差，可以改善發電機的進風溫度高的問題。 通過與發電機空冷器換型相匹配是一項確實有效的改進方案。

2.2 1#、8#空冷器投切時溫度變化明顯原因分析

目前我廠發電機空冷器的進出口溫度表各設置1塊，一共3 塊溫度表。 在機組正常運行過程當中勵側溫度較機側溫度高；還有在進行1# 和8# 空冷器投切時，較其他空冷器投切時發電機進風溫度會發生較大的明顯變化，8#投切時最為明顯。 其原因用兩個圖表數據進行分析：

表2 2017 年7 月15 日8#空冷器投切時的對比圖表

通過對上述表格可以看出在切換的前后海水溫度只相差0.7℃, 但是發電機的進風溫度卻變化了11.2℃。 還有就是：在8# 空冷器投切時發電機定子鐵芯溫度變化了5℃， 較其他空冷器切換時鐵芯溫度變化更明顯。 說明8#空冷器的冷卻能力確實較強。

對現場溫度計安裝位置勘察發現： 其一： 主控發電機進風溫度表的位置在離1#、8# 空冷器較近的地方，距離發電機風扇處較遠，可能存在冷熱風未被攪勻就被測量的情況， 主控溫度值可能不具有真實性。其二： 主控勵側風溫測點離8#空冷器近，機側風溫測點離1# 空冷器遠，機側冷卻空氣攪勻更充分，這也變相說明了為什么8# 空冷器切換時較1# 空冷器溫度變化更加明顯。

測溫點分布如圖2 所示：

圖2 測溫點分布圖

表3 2017 年兩次調整發電機機側進風溫度數據

通過對上述表格的分析可以看出：

7 月6 日 將機側海冷水閥門開大之后主控和就地的溫差從4℃變為了6℃；

6 月11 日 將機側海冷水閥門開大之后主控和就地的溫差從2.5℃變為了3℃；

空冷器投入后的溫差較投之前的溫差變大，可以變相的說明機側的溫度測點（主控）測量的是偏冷風區域，所以導致冷卻器投入越多，就地和主控的偏差就越大 （實際情況也是如此）。 勵側也存在同樣的問題：勵側的溫度測點（主控）是偏熱風區域，才會導致主控顯示的溫度比就地溫度高。

對于上述情況進行分析：

2.2.1 發電機進風溫度表安裝的位置可能不具有代表性，根據這種情況考慮以下方案進行解決

（1）可以通過重新計算，選出具有代表性的位置進行安裝。 將安裝點向靠近發電機風扇的位置進行移動。 延遲被測量的時間，這樣可以實現進風被充分攪勻后再進行測量，提高測量數據的真實性。

（2）采取多個溫度測量點，求其平均溫度值。 例如：可以在原來測量點位置上加裝三個溫度計。 采用將三個溫度計插入進風道的深度不同的方法，測量在同一截面上的溫度分布，然后將三個溫度進行整合求平均溫度。 這樣不僅提高了測量數據的真實性，還保證了溫度測量的冗余性，可以防止在失去一個溫度計情況下失去對發電機進風溫度的監測，提高了溫度檢測的可靠性。

2.2.2 投切1#/8#空冷器溫度變化明顯解決方案

由于8# 空冷器投切時發電機定子鐵芯溫度變化明顯，說明8# 空冷器的冷卻效果確實好，其他幾個空冷器的冷卻效果相對較差，通過對設計圖紙的分析得出可能原因是定子鐵芯的出風分布不均勻。 根據上圖可知1#、8# 空冷器處于發電機出風喇叭口的斜邊區域，有聚風的效果！ 造成流過8# 空冷器的風量更大，帶走的熱量更多， 才會造成投切8# 空冷器時鐵芯溫度變化更為明顯。 可以采用的改進方法是：

（1）由于發電機出風量分布不均勻，可以采用設置風量分布器使風量均勻分布，盡量使每個冷卻器的冷卻能力盡量一致，也可以解決1#、8# 空冷器投切時溫度變化明顯的問題。

示意圖如圖3 所示：

圖3 采用分布器的施工方案圖

（2）通過對相鄰機組的調研得出：可以考慮對每個空冷器出口設置測溫點，通過對空冷器出口的平均溫度與發電機的進風溫度相比較，掌握空冷器運行情況，分析每個空冷器的冷卻能力，也可以及時發現空冷器的故障等。

2.2.3 采用合理的冷卻器切換方法。 根據1#、8#空冷器的冷卻能力強的特點

（1）在初春、初冬和梅雨季節，空氣濕度大，空冷器容易結露，但海水溫度不高的時候可以采用先投運除 1#、8# 以外的其他空冷器，避免因 1#、8# 空冷器冷卻能力強而加劇結露的情況，提高發電機的運行安全和延長設備的使用壽命。

（2）在夏季工況時海水溫度高，空冷器幾乎全部投入。 在海水溫度逐漸上升的時候可以采用先投入其他冷卻器；1#、8#后投入的方法。這樣在同材質下運行時間越短故障的概率越低，避免在高溫時因故障失去1#、8#空冷器， 使發電機進風溫度上升太多且沒有其他冷卻手段，引入較大的機組瞬態，可能造成機組減負荷情況。

2.2.4 規程溫度參考值選取建議

通過對上述情況的分析可以得出，主控室發電機空冷器的進風溫度測點確實存在安裝位置不具備代表性和真實溫度存在一定差值的問題。 反觀就地的溫度表在投切空冷器和正常運行時表現更加真實，而且就地的溫度測點在發電機風扇處為真實的發電機進風溫度。 所以建議將規程內的發電機進風溫度參考值改為就地表所指示的溫度值。

2.3 發電機內結露可能造成中性點腐蝕問題

發電機的中性點安裝位置正好在空冷器的正下方，凝結水會直接滴落到中性點連接的導線上。 而中性點導線有一部分是直接裸露在空氣中，沒有防護措施。 長此以往會造成中性點的腐蝕，危及發電機的運行安全。 建議增設中性點的保護措施，防止凝結水加速中性點的腐蝕，或者是改變中性點的安裝位置。

3 結語

發電機空冷器的良好運行關系著機組安全以及電廠的經濟效益，是發電機中至關重要的設備。 由于整體海水溫度的上升， 導致發電機進風溫度的升高，此時如果能有效地控制發電機的進風溫度將會對發電機的安全運行作出貢獻。

通過對我廠發電機的上述問題分析可以得出：通過采用效率更高的穿片式冷卻器、增加海升泵的容量能夠明顯降低發電機的進風溫度。 采用多測點的設計能夠明顯增加溫度測量的可靠性、還可變相的對空冷器運行進行實時監測，采用合理的投切方案可以減少結露，延長設備的使用壽命。

所以在海水溫度整體上升的情況下，保證發電機組的安全運行，實施發電機空冷器及相關設備的改造是必要的。 同時也能對其他電廠關于發電機空冷器的運行起到一定的借鑒作用。