一起發(fā)電機(jī)定冷水流量緩慢下降異常診斷及處理

謝 慶，肖承明，付名江

（國家能源集團(tuán)江西電力有限公司，江西南昌 330029）

0 引言

某發(fā)電公司有2 臺(tái)650 MW 超臨界發(fā)電機(jī)組，分別于2007 年3 月和7 月投產(chǎn)。配套發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司提供的西門子公司制造的三相同步汽輪發(fā)電機(jī)，型號為THDF118/56。發(fā)電機(jī)額定容量667 MVA，額定功率因數(shù)0.9，最大連續(xù)輸出容量733 MVA，最大連續(xù)輸出功率660 MW。發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式：定子線圈水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子線圈直接氫冷，轉(zhuǎn)子本體及定子鐵芯氫冷，定子出線氫冷。

2021年11月份，1號機(jī)組運(yùn)行中發(fā)電機(jī)定冷水流量開始出現(xiàn)緩慢下降的趨勢，到2022 年1 月23 日，已由最初的110 t/h降至100 t/h，定冷水流量繼續(xù)下降將觸發(fā)發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)動(dòng)作，對發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行構(gòu)成了重大的事故隱患[1]。

1 設(shè)備介紹為

發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)的作用是向發(fā)電機(jī)提供連續(xù)不斷的符合品質(zhì)要求的冷卻水，由100%容量的定冷水泵兩臺(tái)、冷卻器兩臺(tái)、出口過濾器兩臺(tái)、0.13 m3容量的離子交換器一臺(tái)、2.7 m3容量的水箱一臺(tái)以及管道閥門組成（見圖1）。整個(gè)系統(tǒng)利用一個(gè)再循環(huán)手動(dòng)門和一個(gè)溫度控制閥維持發(fā)電機(jī)定冷水的進(jìn)水壓力（0.28 MPa 左右）和進(jìn)水溫度（45-50 ℃）。定冷水正常流量為105 t/h 左右，對應(yīng)的壓差為140 KPa 左右。發(fā)電機(jī)定冷水進(jìn)口流量低報(bào)警為80 t/h 左右，對應(yīng)的壓差為90 KPa左右。

圖1 發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)流程圖

2 異常現(xiàn)象特征

2.1 發(fā)電機(jī)定冷水流量變化特征

通過DCS歷史趨勢調(diào)取1號發(fā)電機(jī)定冷水流量變化過程（見圖2）可知，2021年11月中旬左右定冷水流量開始呈整體緩慢下降趨勢，趨勢圖中流量突然明顯向上、向下變化的原因?yàn)槎ɡ渌玫箵Q引起（兩臺(tái)定冷水泵出力略有不同），在經(jīng)過70 天的緩慢下降后于2022年1月23日降至100 t/h，運(yùn)行人員采取關(guān)閉定冷水泵再循環(huán)手動(dòng)門的方式，提高定冷水流量至105 t/h。

圖2 1號發(fā)電機(jī)定冷水流量變化趨勢

2.2 發(fā)電機(jī)定冷水進(jìn)水壓力變化特征

從1號機(jī)定冷水系統(tǒng)遠(yuǎn)傳參數(shù)看（見圖3），1號發(fā)電機(jī)定冷水進(jìn)水壓力隨定冷水流量幾乎是完全同步下降（紅線為流量，紫線為壓力），由0.27 MPa 緩慢下降至0.24 MPa，而A、B 定冷水泵運(yùn)行電流（藍(lán)色為A泵，綠色為B泵）變化不明顯。

圖3 1號發(fā)電機(jī)定冷水參數(shù)變化趨勢

2.3 定冷水系統(tǒng)就地參數(shù)變化特征

2022年1月25日，檢查1號機(jī)定冷水系統(tǒng)就地儀表盤，定冷水泵出口壓力為0.75 MPa，定冷水濾網(wǎng)進(jìn)口壓力0.53 MPa，定冷水濾網(wǎng)出口壓力0.47 MPa（見圖4（b）），濾網(wǎng)差壓為0.06 MPa，濾網(wǎng)差壓低于差壓大報(bào)警值（0.08 MPa）。

圖4 1號發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)就地儀表指示對比

查閱1號機(jī)組定冷水系統(tǒng)就地儀表歷史參數(shù)（見圖4（b）），定冷水泵出口壓力正常為0.57 MPa，定冷水濾網(wǎng)進(jìn)口壓力0.53 MPa，定冷水濾網(wǎng)出口壓力0.46 MPa，定冷水濾網(wǎng)差壓為0.07 MPa，參數(shù)對比表明定冷水濾網(wǎng)差壓基本正常，定冷水泵出口壓力較正常值高0.18 MPa。

3 定冷水流量緩慢下降原因排查

文獻(xiàn)[2-6]表明發(fā)電機(jī)定冷水流量下降主要原因有定子線棒銅腐蝕、供水管路濾網(wǎng)堵塞、備用定冷泵出口逆止門不嚴(yán)、備用泵聯(lián)啟失敗、定冷水流量波動(dòng)等。根據(jù)公司定冷水系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，對定冷水流量下降原因逐一展開了排查。

3.1 定冷水泵故障排查

定冷水泵故障引起定冷水流量下降時(shí)，一般現(xiàn)象是泵出口壓力和出口流量一起下降，且一般為瞬時(shí)下降，泵內(nèi)有異常聲音發(fā)出，與該次異常泵出口壓力上升流量下降、定冷水流量緩慢下降特征不相符，定冷水泵故障予以排除。

3.2 定冷水泵出口逆止門故障排查

定冷水系統(tǒng)運(yùn)行中，如果發(fā)生備用定冷水泵出口逆止門關(guān)不嚴(yán)的情況，運(yùn)行定冷水泵出口的壓力水將有部分經(jīng)過備用泵出口逆止門倒流回到定冷水箱，引起運(yùn)行泵出口壓力下降，定冷水流量下降，一般伴隨有備用定冷水泵反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。現(xiàn)場檢查備用定冷水泵沒有反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，用紅外測溫槍測量備用定冷水泵進(jìn)、出水管表面溫度也顯示為常溫，沒有定冷水流通的跡象，與現(xiàn)場運(yùn)行定冷水泵出口壓力也不符，綜合現(xiàn)場檢查情況，可以排除備用定冷水泵出口逆止門不嚴(yán)引起定冷水流量下降。

如果發(fā)生運(yùn)行定冷水泵出口逆止門卡澀在某一較小開度，則運(yùn)行定冷水泵出口壓力上升，定冷水母管壓力和流量下降，與異常情況參數(shù)相吻合，但是這種情況在倒換定冷水泵運(yùn)行的時(shí)候則會(huì)出現(xiàn)停運(yùn)該泵時(shí)會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，定冷水流量大幅下降，極有可能造成定冷水流量低觸發(fā)發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)動(dòng)作跳閘，從定冷水泵倒換的實(shí)際情況看，倒換泵時(shí)定冷水流量是穩(wěn)定的，運(yùn)行泵停止時(shí)也沒有反轉(zhuǎn)，運(yùn)行泵出口逆止門卡澀引起流量下降也予以排除。

3.3 定冷水濾網(wǎng)堵塞排查

如果定冷水濾網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生堵塞，將使定冷水濾網(wǎng)進(jìn)口壓力上升，出口壓力下降，定冷水流量下降，定冷水濾網(wǎng)差壓超過報(bào)警值。從現(xiàn)場參數(shù)看，定冷水濾網(wǎng)進(jìn)、出口壓力同步上升，定冷水濾網(wǎng)差壓僅0.06 MPa，在報(bào)警值以內(nèi)，定冷水濾網(wǎng)堵塞引起流量下降予以排除。

3.4 發(fā)電機(jī)定子線棒銅腐蝕排查

運(yùn)行中發(fā)電機(jī)定子線棒銅腐蝕時(shí)，定子線棒流通面積減少，發(fā)電機(jī)進(jìn)口定冷水受阻，發(fā)電機(jī)進(jìn)口定冷水壓力上升，發(fā)電機(jī)進(jìn)、出口定冷水差壓升高，伴隨發(fā)電機(jī)定冷水出水溫度上升、定冷水銅離子超標(biāo)等異常現(xiàn)象。從現(xiàn)場情況看，發(fā)電機(jī)進(jìn)口定冷水壓力略有下降，發(fā)電機(jī)進(jìn)、出口定冷水差壓略有下降，定冷水出水溫度正常，定冷水銅離子含量在合格值以內(nèi)，定冷水系統(tǒng)參數(shù)均與定子線棒銅腐蝕現(xiàn)象不相符，予以排除。

3.5 排查結(jié)論

經(jīng)逐一排查，發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)流程圖（見圖1）中剩下的設(shè)備只有定冷水冷卻器了，結(jié)合1 號發(fā)電機(jī)定冷水就地儀表指示對比圖（見圖4）可知，正常運(yùn)行時(shí)定冷水冷卻器進(jìn)、出口壓差為0.04 MPa（定冷水泵出口壓力0.57 MPa-定冷水濾網(wǎng)進(jìn)口壓力0.53 MPa），而現(xiàn)在異常情況下定冷水冷卻器進(jìn)、出口壓差為0.22 MPa（0.75 MPa-0.53 MPa），定冷水冷卻器進(jìn)、出口壓差明顯的增大了，判斷為冷卻器流動(dòng)阻力增大。

4 定冷水冷卻器檢查

4.1 冷卻器倒換

當(dāng)前1 號機(jī)定冷水系統(tǒng)B 冷卻器運(yùn)行，A 冷卻器備用，既然運(yùn)行冷卻器存在問題，可以采取倒換一臺(tái)冷卻器運(yùn)行進(jìn)一步確定故障范圍。2022 年3 月28 日11 時(shí)29 分進(jìn)行冷卻器倒換操作，倒換至A 冷卻器運(yùn)行后定冷水流量升至130 t/h 頂量程，開啟定冷水泵再循環(huán)手動(dòng)門調(diào)整定冷水流量至110 t/h 維持運(yùn)行（見圖5），檢查發(fā)電機(jī)定冷卻水系統(tǒng)參數(shù)均已恢復(fù)正常。確定故障點(diǎn)為定冷水B冷卻器，將定冷水B冷卻器隔離退出備用。

圖5 定冷水冷卻器倒換前后參數(shù)變化趨勢

4.2 定冷水B冷卻器檢查

1 號機(jī)組2022 年4 月初調(diào)停，期間停止發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)對B 冷卻器進(jìn)行了解體檢修，檢查冷卻器進(jìn)、出口管板無雜物堵塞，冷卻器換熱管束內(nèi)部無堵塞，對B冷卻器進(jìn)、出水閥門進(jìn)行拆除檢查，發(fā)現(xiàn)B冷卻器進(jìn)口門手柄全開狀態(tài)下閥芯只有1/2 不到的開度，操作閥門手柄檢查閥芯動(dòng)作同步，操作B 冷卻器進(jìn)口門手柄至全關(guān)時(shí)閥芯仍有1/2 左右開度（見圖6），采取將B 冷卻器進(jìn)口門閥門更換為新閥門處理，倒換為B 冷卻器運(yùn)行，A 冷卻器備用，啟動(dòng)定冷水系統(tǒng)運(yùn)行檢查系統(tǒng)參數(shù)均正常，至此1號機(jī)定冷水流量異常下降安全隱患得到消除。

圖6 冷卻器進(jìn)口門手柄開、關(guān)對應(yīng)閥芯狀態(tài)

5 定冷水流量下降原因分析及防范措施

5.1 定冷水流量緩慢下降原因分析

從1 號機(jī)定冷水B 冷卻器進(jìn)口閥門解體后試操情況分析，閥門的手柄狀態(tài)是正常的，閥芯的位置是錯(cuò)誤的，閥芯與手柄位置的對應(yīng)關(guān)系已發(fā)生改變，可定義為閥芯零位飄移，由于流量異常下降發(fā)生之前定冷水流量均穩(wěn)定正常，可以判斷異常發(fā)生前B冷卻器進(jìn)口閥門的實(shí)際開度是全開或接近全開的，即手柄位置和閥芯的位置是一一對應(yīng)關(guān)系（手柄關(guān)閉時(shí)閥芯全關(guān)，手柄開啟時(shí)閥芯全開），由于1號機(jī)定冷水流量下降變化趨勢是長時(shí)間的逐漸緩慢下降，可以判斷，B冷卻器進(jìn)口門閥芯在此過程中發(fā)生了緩慢自關(guān)的情況，隨著閥芯的關(guān)小產(chǎn)生節(jié)流作用，B 冷卻器進(jìn)口流通面積逐漸減少，定冷水流量逐漸下降，閥門進(jìn)口阻力逐漸增大，閥門前定冷水壓力逐漸上升（泵出口壓力上升）。

5.2 冷卻器進(jìn)口閥門零位漂移原因分析

定冷水B冷卻器進(jìn)口閥門為手動(dòng)蝶閥，手柄在開位和關(guān)位均設(shè)置有鎖定按鈕，可有效防止機(jī)組運(yùn)行中閥門手柄自關(guān)和誤碰關(guān)閉造成定冷水流量異常，蝶閥的閥桿與閥芯為連接鍵傳動(dòng)，如果連接鍵發(fā)生磨損或斷裂則閥芯松動(dòng)偏移原始位置，原來與水流方向平行的閥芯兩側(cè)水壓相等，沒有不平衡受力，閥芯偏移水流方向后，閥芯兩側(cè)產(chǎn)生不平衡力，由于1 號機(jī)定冷水系統(tǒng)運(yùn)行中B冷卻器運(yùn)行，源源不斷的壓力水一直作用在閥芯上，閥芯在不平衡力作用下持續(xù)移動(dòng)，慢慢越關(guān)越小，影響到定冷水的流量下降。

5.3 防范措施

定冷水冷卻器進(jìn)口蝶閥運(yùn)行中發(fā)生零位漂移自動(dòng)關(guān)小在文獻(xiàn)中尚為首次出現(xiàn)，定冷水系統(tǒng)是為發(fā)電機(jī)定子線圈提供冷卻水的重要系統(tǒng)，一旦發(fā)生定冷水流量下降情況，輕則造成機(jī)組跳閘，重則可能損壞發(fā)電機(jī)設(shè)備，防止定冷水系統(tǒng)蝶閥發(fā)生零位漂移措施十分重要，首先要對定冷水系統(tǒng)蝶閥建立全壽命周期管理臺(tái)帳，蝶閥使用壽命到期前提前更換新閥門；其次定冷水系統(tǒng)定期檢修時(shí)需要對系統(tǒng)的蝶閥進(jìn)行解體檢查，蝶閥的門桿和閥芯的傳動(dòng)部分作為重點(diǎn)檢查內(nèi)容，連接鍵磨損和損壞時(shí)及時(shí)進(jìn)行更換；定冷水系統(tǒng)蝶閥的調(diào)試要仔細(xì)認(rèn)真，全開全關(guān)定位要準(zhǔn)確，防止閥芯位置裝偏；定冷水系統(tǒng)就地儀表盤參數(shù)應(yīng)列入巡檢內(nèi)容（DCS 未接入），記錄在巡檢數(shù)據(jù)庫中，掌握就地參數(shù)的變化趨勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。

6 結(jié)語

1）定冷水系統(tǒng)的閥門故障是定冷水系統(tǒng)運(yùn)行異常的常見原因，定冷水系統(tǒng)的重要閥門要定期進(jìn)行檢修維護(hù)，防止出現(xiàn)逆止門卡澀和閥芯零位漂移等異常現(xiàn)象，避免發(fā)生發(fā)電機(jī)斷水事故。

2）定冷水泵出口壓力和出口母管壓力顯示宜接入DCS 系統(tǒng)，以便于定冷水系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)綜合分析，縮短判斷故障點(diǎn)的時(shí)間，及時(shí)消除事故隱患。

3）機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的異常分析是運(yùn)行維護(hù)的重要環(huán)節(jié)，機(jī)組重要參數(shù)的細(xì)小變化反應(yīng)了設(shè)備的狀態(tài)改變，運(yùn)行人員要及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)分析，通過“望、聞、問、切”手段及時(shí)進(jìn)行診斷，找到故障原因，及時(shí)消除隱患，做好機(jī)組安全運(yùn)行的“衛(wèi)士”。