汽轮发电机定冷水断流保护优化

摘 要：本文介绍了哈尔滨电机厂生产的QFSN-660-2型发电机定子冷却水系统断流保护的测点取样方式和保护逻辑关系，分析了发电机定冷水断流保护存在的隐患，通过在发电机定冷水进水母管管道上加装多孔取样标准孔板和保护逻辑优化消除了发电机断流保护存在的安全隐患。

关键词：发电机；断流保护；逻辑优化

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

1 概述

宁夏某电厂一期2×600MW工程安装两台哈尔滨电机厂设计制造的QFSN-660-2型，三相同步汽轮发电机，发电机采用水氢氢冷却方式，即定子绕组内水冷，转子绕组气隙取气氢内冷，定子铁芯和定、转子表面及端部结构件氢气表面冷却。

发电机的定子冷却水系统采用闭式循环方式，使连续的除盐水通过定子线圈空心导线，带走线圈损耗产生的热量。补入水箱的化水除盐水通过电磁阀、过滤器，最后进入水箱。启机前管道、阀门、集装所有元件和设备要多次冲洗排污，直至水质取样化验合格后方可向发电机定子线圈充化学除盐水。水箱内的水通过定冷水泵升压后经过定冷水器、过滤器，然后再进入发电机定子线圈的回流管，将发电机定子线圈的热量带出来再回到水箱，完成一个闭式循环。为了改善进入发电机定子线圈的水质，将进入发电机总水量的5-10%的水不断经过离子交换器进行处理，然后回到水箱。

发电机的定子冷却水断流保护设置方式是考虑让发电机在定子线圈冷却水突然中断后暂时继续运行一个较短的时间（例如30秒），以便通过启动备用泵等措施来恢复供水，如在设定的时间内发电机的水系统不能恢复供水，发电机将立即解列跳闸停机。 发电机在定子线圈冷却水突然中断后暂时继续运行一个较短的时间（发电机定冷水断流的时间长短根据负荷、环境温度、等因素决定0.5-2分钟），为此我厂发电机定冷水断流的保护是定冷水流量小于52±2T/H延时30秒动作。

2 设备现状

2.1 保护测点布置

发电机断流保护测点取样母管安装在发电机定子冷却水进、回水母管上，取样母管上再安装四个定冷水流量低开关；开关信号分别独立送至DCS系统，其中差压开关4作为软光字报警，提醒运行人员，另外三个信号采用“三取二”逻辑方式判断发电机断流，延时30秒后将定冷水断流信号送至电气发变组保护柜，发电机解列。

2.2 保护逻辑设置

哈尔滨电机厂的QFSN-660-2型发电机的断流保护的流量定值为52±2T/H，当发电机定冷水流量小于52±2T/H时，延时30秒后向发电机保护装置发送发电机定冷水流量低Ⅱ值信号，请求发电机解列，发电机保护装置解列发电机。

2.3 可靠性分析

孔板流量计理论流量计算公式为：

式中，qf为工况下的体积流量，m3/s；c为流出系数，无量纲；β=d/D，无量钢；d为工况下孔板内径，mm；D为工况下上游管道内径，mm；ε为可膨胀系数，无量纲；Δp为孔板前后的差压值，Pa；ρ1为工况下流体的密度，kg/m3。

根据标准孔板流量计理论流量计算公式可以得到，体积流量与孔板前后的差压值成正比例关系，与工况下流体的密度成反比关系。然而，发电机断流保护取发电机两端差压值为保护信号，发电机本体定冷水管路并非标准节流装置，故发电机两端的定冷水差压值无法准确反映流经发电机内部的定冷水流量，当发电机长期运行时，内部结垢或堵塞会引起发电机进、回水母管之间的差压变化，而发电机断流保护的差压值时在发电机检修后内部结构未发生结垢或堵塞之前的差压值，这样必然引起发电机断流保护差压定值与发电机实际运行工况不相符的现象。机组运行过程中，检修人员无法判断发电机内部结构是否发生变化，更无法断定发电机断流保护的差压值是否发生变化，发电机基本处于保护定值失控状态。

通过以上分析，定冷水断流保护的设置上应该重新讨论研究，必须做出可行方案，优化改进，并作调试成功后才能消除隐患。

3 优化改进依据

（1）发电机断流保护测点取自定冷水进出水母管，三个差压开关共用一对取样管路，不符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》9.4.3条：所有重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则，确因系统原因测点数量不够，应有防止保护误动措施的要求。

（2）当发电机内部管路堵塞后发电机进出水差压增大，当前的这种断流保护测点取样方式并不能真实反映发电机定冷水是否断流。

4 改造方案

（1）在发电机定冷水进水流量孔板后直管段增加一台三孔流量孔板，孔板安装位置严格按照标准节流装置的按照要求，就地安装三台流量变送器测量发电机进水流量，并将流量信号传送至DCS画面。

（2）DCS系统中保留两套发电机断流保护，第一套为发电机厂家原设计开关量信号逻辑，将三个定冷水流量低Ⅱ值信号取“三取二”逻辑后触发断流保护信号；第二套逻辑为新增的模拟量信号逻辑：在DCS系统中将每个流量模拟量信号取低Ⅱ值（52t/h），三路流量低Ⅱ值信号采用“三取二”逻辑触发发电机断流信号；两套逻辑为“或”关系，均能触发发电机断流保护动作，达到保护发电机的作用。

5 结论

通过对断流保护测点的改造和保护逻辑的优化，消除了发电机长期运行造成保护定值与发电机实际运行状态不匹配的隐患，还能更精确的监测发电机定子冷却水流量，经过长期的运行考验，改造后的发电机定冷水断流保护系统运行正常，从未发生过保护的误动和拒动事故。

参考文献：

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[3]吳彦龙，陈鑫水，罗树能.定子冷却水系统保护设置存在的隐患与优化[J].电力技术，2009（24）：42-45.

作者简介：高起栋（1983-），男，青海乐都人，本科，从事发电厂热工自动化检修维护工作。endprint