600MW机组定子冷却水参数异常波动原因分析

龙立义

(华润电力温州有限公司，浙江 温州325805)

众所周知，对于定子绕组水内冷的发电机来说，发电机定子冷却水系统是关系到发电机能否安全运行的重要系统。发电机定子冷却水系统连续地向发电机定子绕组提供水质、流量、压力和温度符合要求的冷却水，带走发电机连续运行产生的热量，为此，大型水冷发电机组都设置了发电机断水保护，以保证发电机的安全运行。发电机定子冷却水流量、压力及水位异常波动将直接影响发电机的安全运行。

1 设备概况

某厂#1，#2 机组选用QFSN-600-2-22A 型汽轮发电机，冷却方式分别为定子绕组采用水内冷、转子绕组采用氢气内冷、铁芯采用氢气外部冷却。定子冷却水系统采用独立密闭的循环除盐水系统，发电机定子冷却水系统主要包括1 个定冷水箱、2 台100%容量的冷却水泵、2 台100%容量的水－水冷却器、压力调节阀、温度调节阀和水过滤器等设备和部件，以及连接各设备、部件的阀门、管道等。定子绕组冷却水的进水温度范围为42～48 ℃，回水温度不大于78 ℃;发电机定子进水水压为0.22MPa 左右，发电机定子进水流量为98t/h 左右，当两者不能兼顾时，优先满足流量要求。定子绕组允许在额定负荷下内冷却水断水运行持续30 s〔1〕。

2 发电机定子冷却水流量、压力及水位异常波动现象

某日在波动出现前，#1 机负荷由450 MW 降至350 MW，定冷水供水流量109.3 t/h，定冷水入口压力353.4 kP，定冷水水箱(标高2 m)水位156 mm，A 定冷水泵运行电流79.4 A，以上参数稳定;随着负荷的降低，定冷水回水温度由47 ℃缓慢下降至43.5 ℃，定冷水温控阀在自动状态(定冷水温度下降时开大冷却器旁路，反之则关小)，设定温度42 ℃，压力控制阀在手动状态，定冷水系统无任何操作。

18 时22 分定冷水温控阀由22% 开至25%，系统参数开始异常波动:

18 时22 分至18 时40 分定冷水箱水位由156 mm 缓慢降至56 mm;定冷水入口压力由353.4 kP降至305 kP;定冷水供水流量由109.4 t/h 升至120 t/h，定冷水泵电机电流由79.4 A 升至81.9 A。

18 时40 分至18 时41 分定冷水箱水位由56 mm 快速升至156 mm;定冷水入口压力由305 kP升至353.3 kP;定冷水供水流量由120 t/h 降至113 t/h。定冷水泵电机电流由81.9 A 降至79.4 A。

18 时41 分至19 时00 分定冷水箱水位由156 mm 缓慢降至36 mm;定冷水入口压力由353.3 kP降至302 kP;定冷水供水流量由109.4 t/h 升至119 t/h，定冷水泵电机电流由79.4 A 升至81.9 A。

19 时00 分至19 时01 分定冷水箱水位由56 mm 快速升至156 mm;定冷水入口压力由305 kP升至353.3 kP;定冷水供水流量由120 t/h 降至113 t/h。定冷水泵电机电流由81.9 A 升至79.4 A。

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

发现定冷水系统异常后，立即检查发电机定子线圈温度无异常，就地检查也未发现有泄漏现象，而就地水位计与CRT 上显示变化趋势均一致。从定冷水压力与流量变化趋势相反的现象分析，引起这种异常应该是流量与压力测点后管道出了问题，排除了冷却器泄漏的可能，而当时发电机氢压比定冷水压高，也排除了发电机内漏水的可能。

3.2 被动训练对婴儿智力及运动发育的影响及机制 小儿神经系统在胚胎时期就开始发育了，对于新生儿出生时窒息时间及状况，会造成不同程度的脑损伤，且目前为止没有有效的药物治疗。本研究对出生窒息患儿的研究显示，科学合理的被动训练对0～6个月窒息患儿的智力发育及运动发育都是有利的。国外已有报道表明，早期干预包括科学的被动训练可以改善因环境及生物因素所引起的儿童智力落后[6]。

经仔细检查发现定冷水防虹吸管(见图1)间断性地有水流入定冷水箱(正常无水)。即当定冷水压力下降、流量上升、水位下降时，虹吸管有水流出;而当水位降低到一定值稳定一段时间后，虹吸管就没有水流入定冷水箱了，此时，压力上升，流量下降，水位上升，因此初步怀疑是防虹吸管间断性失去作用引起。

3 发电机定子冷却水流量、压力及水位异常波动原因分析

3.1 防虹吸管工作原理图

防虹吸管的目的其实就是让定冷水回水管竖直段的水顺利的回到水箱，而不至于因为虹吸作用抽干发电机内部的冷却水使发电机内部发生过热损坏。如图1 所示，防虹吸管接在水箱表面，而回水管接在水面以下，两者存在ΔH 的高度差，当定冷水箱水位正常时定冷水箱水位和顶部还是有一个高度差的，即图中的Δh。正常情况下，由于反虹吸管的连通作用，发电机顶部定冷水回水的压力应和定冷水箱内压力相同，及与大气压相同;回水抽吸了虹吸管中的气体形成气泡，回水中的气体增大了回水的阻力，平衡了高度差ΔH 形成的静压头，从而使回水保持稳定。发电机断水时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，容易使气体进入防虹吸管破坏虹吸作用，从而保证发电机的安全。

图1 定子冷却水系统防虹吸管示意图

3.2 防虹吸管进水及定子冷却水系统参数异常波动原因分析

根据理想流体的伯努利方程式可得:

式中 P1为发电机顶部定冷水回水管处(虹吸管接入处)压力;P0为定冷水箱内压力(等于大气压);Pz为发电机定冷水回水母管至定冷水箱内水面的阻力，分解为混入气体影响的阻力(Pz气)和因流速变化形成的阻力(Pz流);ρ 为定冷水的密度;g 为重力加速度;ΔH 为定冷水箱内水位和发电机顶部高度差;V 为P1处的回水流速。

当定子冷却水系统处于一个稳定运行的状态时(防虹吸管无水)，P1=P0，回水管阻力、流速也处于稳定状态，如果没有外界扰动，系统将一直处于稳定运行的状态。

当定冷水箱水位快速上升，而ΔH 减小，(－ρgΔH)增大;回水管也减少了抽吸反虹吸管内气体的能力，减少了气体混入回水，即Pz气快速减少甚至到0;气体影响阻力减少则会增大流量，使流量影响阻力Pz流增加;同时增大流速V，即((－1/2)ρV2)减少;随着(－ρgΔH)和Pz流增大，而((－1/2)ρV2)减少不足以抵消时，P1－P0＞0;此时就会有水流经防虹吸管回入定冷水箱;随着防虹吸管内再度进水，定冷水系统又重复了上述过程，形成了定冷水箱水位和定冷水母管压力和流量的波动。而当定冷水箱水位逐渐降低至120 mm 左右时，波动消失。

4 结论

通过分析可知，形成了定冷水箱水位和定冷水母管压力和流量波动的原因是:定冷水箱水位超过120 mm，且系统有外界的突然扰动，使防虹吸管间断性失去防虹吸的作用，导致发电机内冷却水流动状态间断性失去平衡。

为了防止定冷水系统出现异常波动，可通过以下措施防控:

1)定冷水箱水位保持在0～100 mm，不得超过120 mm，若超过此水位，则应通过水箱底部排水阀将水位控制在0～100 mm 范围内。

2)定冷水流量保持在90～105 t/h。

3)优化定冷水温控阀及压力调节阀的调节线性，并投入自动运行，防止出现压力、流量突变。

4)当发现定冷水流量、压力、水位等波动时应立即进行现场检查，如因防虹吸管走水引起，及时调整定冷水箱水位，消除波动。

5)进行技术改造，将反虹吸管向上管段加长，降低定冷水串入反虹吸管的可能。

〔1〕东方汽轮机厂600 MW 超临界机组启动说明书〔S〕．

〔2〕丁祖荣，等． 流体力学〔M〕． 北京:高等教育出版社，2003．