華龍一號發電機定子冷卻水系統差異分析及優化建議

黃盼 李秋實 潘冠旭 嚴浩東 任旭東 龔貴輝

摘要：HPR1000華龍一號機組發電機定子冷卻水系統作為核電廠汽輪發電機的重要輔助系統之一，其可靠穩定運行是保證發電機安全高效運行的關鍵，由于華龍一號定子冷卻水系統設計上和M310機組存在較大差異，本文就福清核電發電機定子冷卻水系統華龍一號機組和M310機組系統工藝流程、邏輯兩個方面進行對比、分析和總結，并對系統調試階段發現的問題提出進一步可優化建議，從而充分理解系統差異性，提高后續系統對后續華龍一號機組定子冷卻水系統調試運行和提高系統穩定性都有一定的借鑒和參考意義。

關鍵詞：華龍一號;定子冷卻水系統;差異分析;工藝流程;邏輯;優化建議

福清核電5號機組發電機定子繞組進行冷卻，該冷卻是通過低電導率的除鹽水不間斷地在定子線圈中循環，將線圈中產生的熱量帶走來實現的。定子冷卻水系統能夠監測并控制進入定子線圈的水電導率、溫度、壓力和流量等參數。確保發電機在額定氫壓下安全運行，避免定子冷卻水泄露進發電機內部。

1 系統工藝流程差異

1.1 總流量測量儀表位置差異

總流量儀表位置由發電機出水口改為發電機入水口，并由3個SD，1個MD改為3個MD。

分析：總流量測量由發電機出水口改為入水口，減少了系統進入發電機和水箱引起的流量損失，使測量數值更加接近系統運行總流量。

1.2 增加流量測量裝置

分析：TGC增加了測流裝置，介紹如下：

通過增加測流裝置，在進行流量調整時，可以直接在壓差流量計上進行讀數，省去了使用超聲波流量計的步驟，福清核電超聲波流量計安裝使用過程復雜，其安裝需要將兩塊測量傳感器固定在管道上，并需保持在一條直線上，而在系統運行過程中，管道震動將影響模塊固定，會導致測量數據存在波動，同時如使用不規范也很容易造成試驗數據的偏差，通過增加管道流量裝置大大優化了測流流程和提高了測量的準確性，減小了調試的工作量和提高了流量分配試驗流量測量準確性，同時方便后續流量巡檢工作，提高了后續系統運行的可靠性。

同時測流儀表關聯相應的報警，當流量低時會觸發主控報警，提高了系統的安全性。若不進行流量調整，流量過低將導致相應回路水溫上升。

1.3 系統進水壓力流量調節差異

發電機定子冷卻水系統管線交叉復雜，每條管線都有設流量要求，M310機組發電機定子進水壓力通過流量孔板對發電機進水進行減壓和流量調整，華龍機組改為了壓力調節閥進行流量壓力調整。

分析：發電機定子線圈進水壓力流量調節由原先的節流孔板減壓改為安裝在發電機定子入水管上的壓力調節閥TGC002VD來設置。TGC002VD為手動壓力調節閥，可通過改變被調介質（如液體、氣體、蒸汽等）的流量，使被控工藝參數（溫度、流量、液位等）保持在給定值，通過壓力調節閥，系統進水壓力流量由原先固定壓降變為可調壓降，在系統運行時壓力不滿足時，可通過壓力調節閥對系統壓力進行調節，而流量孔板只有在系統停運時才可拆卸進行調整。

2 邏輯差異

2.1 保留保留密封油-氫氣差壓過低跳機信號

分析：密封油-氫氣差壓過低狀況出現時，提示發電機密封瓦處或密封油系統存在其內部自保護過程無法修復的缺陷，此時發電機可能出現密封瓦處氫氣密封失效，造成氫氣從發電機汽、勵兩端沿密封瓦與轉軸之間的間隙大量向外泄漏，從而導致發電機處于極端不安全運行狀態。因此，當密封油-氫氣差壓過低時，應及時發出跳機信號，提出緊急停機消缺的需求

2.2 保留定子冷卻水流量過低跳機信號

分析：定子冷卻水流量過低狀況出現時，提示發電機定子線圈空心線棒冷卻水流量嚴重不足，此時由于發電機定子線圈的熱損耗不能被冷卻水及時帶走，可能造成發電機定子線圈極度過熱，進一步造成其外包絕緣層受損，從而導致發電機嚴重故障。因此，當定子冷卻水流量過低時，應及時發出跳機信號，提出緊急停機消缺的需求。

3 優化建議

3.1 增加一臺定子冷卻水泵

分析：目前5號機TGC定子冷卻水系統采用的是2臺定子冷卻水泵，一用一備，當出現特殊情況，如當一臺定子冷卻水泵在故障檢修時，主用泵就失去了備用，將違法運行技術規范，根據運行技術規范需將機組需降功率運行，若此時運行泵發生故障，將必定引起跳機，根據參考秦山方家山核電定子冷卻水系統運行模式，目前福清核電3號機定子冷卻水系統在302大修期間通過技改已經成功新增了一臺定子冷卻水泵，3GST101/201/301PO之間可實現互相連鎖，在后續大修計劃將對其余機組進行整改。

通過增加一臺定子冷卻水泵，當一臺泵在故障或檢修時，還有一臺泵可充當備用，避免了系統降功率，也增加了系統運行的可靠性和冗余度。

3.2 增加系統除氣裝置

可從以下兩點進行除氣優化：

方法1：消除發電機水箱吸氣旋渦

發電機定子冷卻水箱正常水位是處于中間位置，當水箱進水與排水造成渦流時就可能會將水箱內部氣體卷入回水管道，從而引起系統流量的變化，根據華龍一號定子冷卻水箱設計進水流量為8m?/h左右，入口管道為DN50的管道，計算入口流速為：

v=q/s=（8/3600）/（3.14×0.025×0.025）=1.132 m/s

其雷諾數Re=ρvd/μ=1000×1.132×0.05/0.001003=56430>2500

通過計算可知，該速度的水流進入水箱的水很可能為湍流狀態^[2]，形成吸氣旋渦，導致系統吸氣量增加，雖沒有直接證據證明驗證，但為了避免此類現象的發生，可以考慮對水箱內部進行改造，增加消渦板^[3]減小旋渦的形成，同時在進水排氣初期可適當調高水箱液位高度，減小入口管道沖擊引入的含氣量，但不能高于報警高度水箱液位80%，液位過高會引起氣體流量計TGC001QD、真空泵TGC003PO、減壓閥TGC002VZ、壓力控制閥TGC303VY? TGC304VY存在進水的風險。

3.3 水泵入口增加錐形過濾器

在5號機TGC系統調試程序《除定子線圈外的沖洗及初步調試中》，沖洗過程中系統只安裝了一個發電機旁路過濾器，在系統的設計上發電機出口管道均未設置正式或臨時濾網，在管道安裝焊接的過程中可能會產生大量的可溶紙，在系統首次沖洗試車時會使旁路過濾器后的管道中異物直接沖洗進定子冷卻水泵，導致泵葉輪卡死，只能對泵進行拆卸檢修，會影響整個系統的調試工期，建議在系統泵入口垂直管道上安裝正式或臨時的錐形過濾網，錐形過濾網會使異物攔截在濾網底部，不會影響系統流量，安裝濾網后會大大優化系統沖洗試車等工作。

4 結語：

發電機定子冷卻水系統對機組正常運行至關重要，若差異性未充分了解將可能對系統正常運行產生重大影響，根據分析可知在華龍一號定子冷卻水系統工藝流上在M310機組上進行了更進一步優化，但還有進一步優化的空間，邏輯方面保留了油氫差壓過低跳機信號、定子冷卻水流量過低跳機信號，該兩處跳機信號的設置充分考慮了發電機組安全、可靠運行的需求。

參考文獻：

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