汽輪發電機定冷水斷流保護優化

摘 要：本文介紹了哈爾濱電機廠生產的QFSN-660-2型發電機定子冷卻水系統斷流保護的測點取樣方式和保護邏輯關系，分析了發電機定冷水斷流保護存在的隱患，通過在發電機定冷水進水母管管道上加裝多孔取樣標準孔板和保護邏輯優化消除了發電機斷流保護存在的安全隱患。

關鍵詞：發電機；斷流保護；邏輯優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.016

1 概述

寧夏某電廠一期2×600MW工程安裝兩臺哈爾濱電機廠設計制造的QFSN-660-2型，三相同步汽輪發電機，發電機采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組內水冷，轉子繞組氣隙取氣氫內冷，定子鐵芯和定、轉子表面及端部結構件氫氣表面冷卻。

發電機的定子冷卻水系統采用閉式循環方式，使連續的除鹽水通過定子線圈空心導線，帶走線圈損耗產生的熱量。補入水箱的化水除鹽水通過電磁閥、過濾器，最后進入水箱。啟機前管道、閥門、集裝所有元件和設備要多次沖洗排污，直至水質取樣化驗合格后方可向發電機定子線圈充化學除鹽水。水箱內的水通過定冷水泵升壓后經過定冷水器、過濾器，然后再進入發電機定子線圈的回流管，將發電機定子線圈的熱量帶出來再回到水箱，完成一個閉式循環。為了改善進入發電機定子線圈的水質，將進入發電機總水量的5-10%的水不斷經過離子交換器進行處理，然后回到水箱。

發電機的定子冷卻水斷流保護設置方式是考慮讓發電機在定子線圈冷卻水突然中斷后暫時繼續運行一個較短的時間（例如30秒），以便通過啟動備用泵等措施來恢復供水，如在設定的時間內發電機的水系統不能恢復供水，發電機將立即解列跳閘停機。 發電機在定子線圈冷卻水突然中斷后暫時繼續運行一個較短的時間（發電機定冷水斷流的時間長短根據負荷、環境溫度、等因素決定0.5-2分鐘），為此我廠發電機定冷水斷流的保護是定冷水流量小于52±2T/H延時30秒動作。

2 設備現狀

2.1 保護測點布置

發電機斷流保護測點取樣母管安裝在發電機定子冷卻水進、回水母管上，取樣母管上再安裝四個定冷水流量低開關；開關信號分別獨立送至DCS系統，其中差壓開關4作為軟光字報警，提醒運行人員，另外三個信號采用“三取二”邏輯方式判斷發電機斷流，延時30秒后將定冷水斷流信號送至電氣發變組保護柜，發電機解列。

2.2 保護邏輯設置

哈爾濱電機廠的QFSN-660-2型發電機的斷流保護的流量定值為52±2T/H，當發電機定冷水流量小于52±2T/H時，延時30秒后向發電機保護裝置發送發電機定冷水流量低Ⅱ值信號，請求發電機解列，發電機保護裝置解列發電機。

2.3 可靠性分析

孔板流量計理論流量計算公式為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；c為流出系數，無量綱；β=d/D，無量鋼；d為工況下孔板內徑，mm；D為工況下上游管道內徑，mm；ε為可膨脹系數，無量綱；Δp為孔板前后的差壓值，Pa；ρ1為工況下流體的密度，kg/m3。

根據標準孔板流量計理論流量計算公式可以得到，體積流量與孔板前后的差壓值成正比例關系，與工況下流體的密度成反比關系。然而，發電機斷流保護取發電機兩端差壓值為保護信號，發電機本體定冷水管路并非標準節流裝置，故發電機兩端的定冷水差壓值無法準確反映流經發電機內部的定冷水流量，當發電機長期運行時，內部結垢或堵塞會引起發電機進、回水母管之間的差壓變化，而發電機斷流保護的差壓值時在發電機檢修后內部結構未發生結垢或堵塞之前的差壓值，這樣必然引起發電機斷流保護差壓定值與發電機實際運行工況不相符的現象。機組運行過程中，檢修人員無法判斷發電機內部結構是否發生變化，更無法斷定發電機斷流保護的差壓值是否發生變化，發電機基本處于保護定值失控狀態。

通過以上分析，定冷水斷流保護的設置上應該重新討論研究，必須做出可行方案，優化改進，并作調試成功后才能消除隱患。

3 優化改進依據

（1）發電機斷流保護測點取自定冷水進出水母管，三個差壓開關共用一對取樣管路，不符合《防止電力生產事故的二十五項重點要求》9.4.3條：所有重要的主、輔機保護都應采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統原因測點數量不夠，應有防止保護誤動措施的要求。

（2）當發電機內部管路堵塞后發電機進出水差壓增大，當前的這種斷流保護測點取樣方式并不能真實反映發電機定冷水是否斷流。

4 改造方案

（1）在發電機定冷水進水流量孔板后直管段增加一臺三孔流量孔板，孔板安裝位置嚴格按照標準節流裝置的按照要求，就地安裝三臺流量變送器測量發電機進水流量，并將流量信號傳送至DCS畫面。

（2）DCS系統中保留兩套發電機斷流保護，第一套為發電機廠家原設計開關量信號邏輯，將三個定冷水流量低Ⅱ值信號取“三取二”邏輯后觸發斷流保護信號；第二套邏輯為新增的模擬量信號邏輯：在DCS系統中將每個流量模擬量信號取低Ⅱ值（52t/h），三路流量低Ⅱ值信號采用“三取二”邏輯觸發發電機斷流信號；兩套邏輯為“或”關系，均能觸發發電機斷流保護動作，達到保護發電機的作用。

5 結論

通過對斷流保護測點的改造和保護邏輯的優化，消除了發電機長期運行造成保護定值與發電機實際運行狀態不匹配的隱患，還能更精確的監測發電機定子冷卻水流量，經過長期的運行考驗，改造后的發電機定冷水斷流保護系統運行正常，從未發生過保護的誤動和拒動事故。

參考文獻：

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作者簡介：高起棟（1983-），男，青海樂都人，本科，從事發電廠熱工自動化檢修維護工作。endprint