M310机组发电机定子冷却水系统备用泵自动启动试验风险分析及应对建议

熊兴华 福建福清核电有限公司

一、前言

发电机定子冷却系统的功能是通过低电导率的除盐水在不锈钢制成的矩形空心定子绕组中循环流动，带走定子绕组带负荷运行时产生的热量，实现对发电机定子绕组的冷却。该系统能够满足发电机对冷却水水质、温度、压力和流量的要求。它确保了发电机在氢气正常工作压力下的有载运行，也确保了不会有水泄漏进发电机。而在实际运行过程中，该系统可能由于运行方式、工况的改变等原因，会导致定子冷却水系统异常运行，进而影响发电机出力，甚至有停机风险，因而对M310机组正常运行期间，有必要对定子冷却水系统出现的异常进行分析。

二、发电机定子冷却水系统组成

发电机定子冷却水系统包括定子冷却水泵、换热器、温度控制三通阀、过滤器、去离子器、补水管路。水循环回路设置两台相同的定子冷却水泵101/201PO。正常时一台泵运行，使冷却水在系统内循环流动，而另一台备用。如果定子冷却水的流量下降，或工作泵的接触器跳闸，备用泵自动启动。总流量由安装在发电机定子入水管的孔板来调节，而轴衬内的水流量通过发电机接线盒出水管的孔板来调节。

定子冷却水由两个并联的换热器进行冷却。定子冷却水系统的水温由温度控制三通阀保持恒定。该阀门通过调节流经两个并联的换热器及其旁路的定子冷却水流量来调节温度。本系统设置了两台100%流量板式冷却器。一台工作，另一台备用。从运行的冷却器切换至备用冷却器是靠手动开启和关闭相关的阀门来实现的。在发电机正常运行期间，定子绕组的冷却水进水温度控制在44.5℃。冷却器由一组碟形金属板组成，通过这组金属板将定子冷却水系统的热量传给SRI系统冷却水，保证定子冷却水的冷却。

供发电机定子绕组用的冷却水不得含有悬浮颗粒物且必须经除盐处理，因而定子冷却水必须连续地通过水处理装置进行处理。水处理装置包括一台主过滤器和一台去离子器。过滤器位于冷却水回路下游。经过滤后的绝大部分冷却水供给了发电机定子绕组，另外一小部分通过一条支路经去离子器回到定子冷却水泵入口。去离子器安装在主循环系统旁路上，为混床型。去离子器是一个垂直圆柱形容器，里面装有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂。包括：去离子器内的粗滤网、除树脂用的探孔、去除树脂和通往过粗滤网的探孔、上部进水管接头、下部出水管接头、排水阀、排气阀。节流孔板用于设置所需处理的流量。去离子器的连续净化流量约为定子冷却水总流量的5%。

三、机组运行期间GST系统异常运行描述

正常运行期间，某电厂按照要求进行定子冷却水系统定子冷却水泵切换操作，当启动备用泵时，定子冷却水流量下降到20m³/h以下（持续时间不足1秒），导致仪表短时洋红色。由于流量突然下降，产生定子冷却水流量低报警，并且导致二层通讯故障。2015年2月某M310机组，执行定子冷却水备用泵启动试验时，启动备用泵后，冷却水流量从150m³/h下降到100m³/h左右，持续时间900ms，仪表显示流量比实际值低约30m³/h。若发电机定子冷却水流量低于100m³/h，且持续5S,导致停机。该异常存在汽轮机跳机的重大风险。

四、原因分析及解决方案

分析业内各大电厂，得知相关电厂在进行GST泵切换操作时，当启动备用泵后，没有出现流量低的情况，反而流量会上升20m³/h左右。对比同行电厂定子冷却水系统流程可发现，A电厂的流量表接在定子冷却水泵的出口，而B厂的流量计接在GST泵的入口，所以A厂切泵时流量反而上升。C核电存在一种异常：一段时间定子冷却水流量会下降导致备用泵启动，经研究，发现定子冷却水箱液位过低（原58-60%），泵吸水会产生漩涡，导致气体进入系统，后将水位提升到（68%），该现象消失。对此，经组织专题会进行分析，结合通常电厂分析及厂家反馈，认为导致流量低的可能原因为两台定子冷却水泵同时运行抢流量和系统管线积气所致。为验证定子冷却水箱液位对抢水现象的影响，B厂将1/2号机发电机定子冷却水箱液位由61%提高至73%，并编制了定子冷却水系统排气操作票，排气后通过DCS一层模拟GST002MD流量低连锁启动备用泵。从实验结果数据可以看出，在直接启动备用泵和执行定期试验两种情况下均未出现GST流量低报警，直接启动备用泵时流量基本未波动，试验满足要求。

五、试验改进

执行定子冷却水备用泵启动试验时，原试验方案中模拟定子冷却水流量低连锁启动备用泵的方法为开启流量计的平衡阀。但是从现场结构和流程图分析可知，该方法存在误跳机风险。设计上，四块定子冷却水流量计均为压差式流量表或流量开关，并且该四块表安装位置均为同一引压母管上并联。若按原试验方法开启定子冷却水流量计的平衡阀，降低定子冷却水流量计高低压侧的压差以实现模拟定子冷却水流量低于150m3/h连锁启动备用泵。虽然可以实现备用泵连锁启动。但是从四块表的安装结构分析可知，一但使用过程中开启平衡阀后关闭过慢，将造成引压母管高压侧流体流向低压侧，压差降低触流量低信号，三取二跳机逻辑导致误跳机。后续定期试验时，改为仪控人员在一层工程师站模拟定子冷却水流量低于150m3/h联锁启动备用泵的方法进行试验。

六、结论

通过一系列试验验证，通过以下两种方法可以有效避免在定子冷却水系统备用泵自动启动试验中，有效避免汽轮机停机。

1.抬高定子冷却水箱的液位，有效避免两台泵的抢水效应，可以有效避免跳机。

2.通过仪控强制定子冷却水流量低信号来替代开平衡阀模拟启泵的试验方法可行，并可降低误跳机的风险。