M310機組發電機定子冷卻水系統備用泵自動啟動試驗風險分析及應對建議

熊興華

摘要：文章分析了機組功率運行時，發電機定子冷卻水系統異常運行時的影響，并從運行角度提出了應對建議，通過原因分析和應對措施，改進了試驗方法，為保持核電站穩定運行有重要意義。

關鍵詞：發電機定子冷卻水系統 停機 搶水

一、前言

發電機定子冷卻系統的功能是通過低電導率的除鹽水在不銹鋼制成的矩形空心定子繞組中循環流動，帶走定子繞組帶負荷運行時產生的熱量，實現對發電機定子繞組的冷卻。該系統能夠滿足發電機對冷卻水水質、溫度、壓力和流量的要求。它確保了發電機在氫氣正常工作壓力下的有載運行，也確保了不會有水泄漏進發電機。而在實際運行過程中，該系統可能由于運行方式、工況的改變等原因，會導致定子冷卻水系統異常運行，進而影響發電機出力，甚至有停機風險，因而對M310機組正常運行期間，有必要對定子冷卻水系統出現的異常進行分析。

二、發電機定子冷卻水系統組成

發電機定子冷卻水系統包括定子冷卻水泵、換熱器、溫度控制三通閥、過濾器、去離子器、補水管路。水循環回路設置兩臺相同的定子冷卻水泵101/201PO。正常時一臺泵運行，使冷卻水在系統內循環流動，而另一臺備用。如果定子冷卻水的流量下降，或工作泵的接觸器跳閘，備用泵自動啟動。總流量由安裝在發電機定子入水管的孔板來調節，而軸襯內的水流量通過發電機接線盒出水管的孔板來調節。

定子冷卻水由兩個并聯的換熱器進行冷卻。定子冷卻水系統的水溫由溫度控制三通閥保持恒定。該閥門通過調節流經兩個并聯的換熱器及其旁路的定子冷卻水流量來調節溫度。本系統設置了兩臺100%流量板式冷卻器。一臺工作，另一臺備用。從運行的冷卻器切換至備用冷卻器是靠手動開啟和關閉相關的閥門來實現的。在發電機正常運行期間，定子繞組的冷卻水進水溫度控制在44.5°C。冷卻器由一組碟形金屬板組成，通過這組金屬板將定子冷卻水系統的熱量傳給SRI系統冷卻水，保證定子冷卻水的冷卻。

供發電機定子繞組用的冷卻水不得含有懸浮顆粒物且必須經除鹽處理，因而定子冷卻水必須連續地通過水處理裝置進行處理。水處理裝置包括一臺主過濾器和一臺去離子器。過濾器位于冷卻水回路下游。經過濾后的絕大部分冷卻水供給了發電機定子繞組，另外一小部分通過一條支路經去離子器回到定子冷卻水泵入口。去離子器安裝在主循環系統旁路上，為混床型。去離子器是一個垂直圓柱形容器，里面裝有陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂。包括：去離子器內的粗濾網、除樹脂用的探孔、去除樹脂和通往過粗濾網的探孔、上部進水管接頭、下部出水管接頭、排水閥、排氣閥。節流孔板用于設置所需處理的流量。去離子器的連續凈化流量約為定子冷卻水總流量的5%。

三、機組運行期間GST系統異常運行描述

正常運行期間，某電廠按照要求進行定子冷卻水系統定子冷卻水泵切換操作，當啟動備用泵時，定子冷卻水流量下降到20m³/h以下（持續時間不足1秒），導致儀表短時洋紅色。由于流量突然下降，產生定子冷卻水流量低報警，并且導致二層通訊故障。2015年2月某M310機組，執行定子冷卻水備用泵啟動試驗時，啟動備用泵后，冷卻水流量從150m³/h下降到100m³/h左右，持續時間900ms，儀表顯示流量比實際值低約30m³/h。若發電機定子冷卻水流量低于100m³/h，且持續5S，導致停機。該異常存在汽輪機跳機的重大風險。

四、原因分析及解決方案

分析業內各大電廠，得知相關電廠在進行GST泵切換操作時，當啟動備用泵后，沒有出現流量低的情況，反而流量會上升20m³/h左右。對比同行電廠定子冷卻水系統流程可發現，A電廠的流量表接在定子冷卻水泵的出口，而B廠的流量計接在GST泵的入口，所以A廠切泵時流量反而上升。c核電存在一種異常：一段時間定子冷卻水流量會下降導致備用泵啟動，經研究，發現定子冷卻水箱液位過低（原58-60%），泵吸水會產生漩渦，導致氣體進入系統，后將水位提升到（68%），該現象消失。對此，經組織專題會進行分析，結合通常電廠分析及廠家反饋，認為導致流量低的可能原因為兩臺定子冷卻水泵同時運行搶流量和系統管線積氣所致。為驗證定子冷卻水箱液位對搶水現象的影響，B廠將1/2號機發電機定子冷卻水箱液位由61%提高至73%，并編制了定子冷卻水系統排氣操作票，排氣后通過DOS一層模擬GST002MD流量低連鎖啟動備用泵。從實驗結果數據可以看出，在直接啟動備用泵和執行定期試驗兩種情況下均未出現GST流量低報警，直接啟動備用泵時流量基本未波動，試驗滿足要求。

五、試驗改進

執行定子冷卻水備用泵啟動試驗時，原試驗方案中模擬定子冷卻水流量低連鎖啟動備用泵的方法為開啟流量計的平衡閥。但是從現場結構和流程圖分析可知，該方法存在誤跳機風險。設計上，四塊定子冷卻水流量計均為壓差式流量表或流量開關，并且該四塊表安裝位置均為同一引壓母管上并聯。若按原試驗方法開啟定子冷卻水流量計的平衡閥，降低定子冷卻水流量計高低壓側的壓差以實現模擬定子冷卻水流量低于150m³/h連鎖啟動備用泵。雖然可以實現備用泵連鎖啟動。但是從四塊表的安裝結構分析可知，一但使用過程中開啟平衡閥后關閉過慢，將造成引壓母管高壓側流體流向低壓側，壓差降低觸流量低信號，三取二跳機邏輯導致誤跳機。后續定期試驗時，改為儀控人員在一層工程師站模擬定子冷卻水流量低于150m³/h聯鎖啟動備用泵的方法進行試驗。

六、結論

通過一系列試驗驗證，通過以下兩種方法可以有效避免在定子冷卻水系統備用泵自動啟動試驗中，有效避免汽輪機停機。

1.抬高定子冷卻水箱的液位，有效避免兩臺泵的搶水效應，可以有效避免跳機。

2.通過儀控強制定子冷卻水流量低信號來替代開平衡閥模擬啟泵的試驗方法可行，并可降低誤跳機的風險。