660MW级双水内冷汽轮发电机水系统的研发和验证

张静芝

摘 要： 双水内冷汽轮发电机技术是我国首创并具有完全自主知识产权的技术.在分析双水内冷汽轮发电机水系统运行中存在的主要问题的基础上，研发了660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统，简述了660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统的技术规范、设计原则、组成，分析了660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统特点.型式试验结果表明，所研发的660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统的性能达到了设计要求，能保证660 MW级双水内冷汽轮发电机的安全可靠运行，为660 MW级双水内冷汽轮发电机的研制和投运奠定了基础.

关键词： 660 MW； 双水内冷汽轮发电机； 水系统； 研发和验证

中图分类号： TK 264.1 文献标志码： A

Abstract： The pioneered double water inner cooled turbogenerator has the independent intellectual property rights.According to the analysis of the main problems in its operation，cooling water system for 660 MWlevel double water inner cooled turbogenerator was developed.The technical specifications，design principle and components of the cooling water system were described in this paper.Its characteristics were analyzed.The type test results show the performance of cooling water system has reached the design requirements，which can keep the turbogenerator run safely and reliably.It lays an important foundation for the development and operation of 660 MWlevel double water inner cooled turbogenerator.

Keywords： 660 MW； double water inner cooled turbogenerator； cooling water system； development and verification

上海電机厂（上海电气电站设备有限公司发电机厂前身）于1958年10月成功研制了世界上第一台12 MW、3 000 r·min-1双水内冷汽轮发电机，并于同年12月在上海南市电厂投入运行.此后，20世纪60、70年代，上海电机厂相继开发了50 MW、125 MW、300 MW双水内冷汽轮发电机，北京重型电机厂和哈尔滨电机厂分别开发了100 MW、200 MW双水内冷汽轮发电机.不同容量的双水内冷汽轮发电机的批量投运为我国经济与社会发展作出了重要贡献.截至1990年底，在役的双水内冷汽轮发电机组约占50 MW及以上容量国产汽轮发电机组的50%左右.双水内冷汽轮发电机技术作为我国首创并具有完全自主知识产权的技术，不仅在国内市场占据重要份额，而且成功进入国际市场.

双水内冷汽轮发电机因结构简单、冷却效果好、安全性高、操作维护工作量少等优点，广受国内外用户的欢迎.水系统作为双水内冷汽轮发电机的重要辅助系统，其性能（如冷却水流量、温度、水质、清洁度及系统控制等）及运行可靠性直接影响发电机的运行经济性和可靠性.为了满足市场对660 MW级双水内冷汽轮发电机的需求，在总结300 MW级双水内冷汽轮发电机的设计及运行经验的基础上[1-2]，结合相关技术研发了660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统，为660 MW级双水内冷汽轮发电机的研制和投运奠定了基础.

1 双水内冷汽轮发电机水系统存在的问题

1.1 水质要求低

早期的双水内冷汽轮发电机水系统对水质没有详细要求，仅要求水的电导率在10 μs·cm-1以下.

1.2 水过滤器精度差

早期的双水内冷汽轮发电机水系统的水过滤器采用网布式结构，过滤精度在40～80目之间，且很容易被水冲破，破损的网布甚至进入定子线圈，造成定子线棒堵塞.

1.3 冷却器冷却效率低

早期设计的水系统所配置的冷却器冷却效率低，二次水和一次水没有充分进行热交换，导致线圈进水温度偏高.

1.4 就地仪表

由于受仪表及控制技术限制，只能采用就地仪表，而且控制仪表采用基地式调节，有时需要操作人员到现场进行手动操作.

1.5 散装件供货

早期的双水内冷汽轮发电机水系统散装件供货，设备和设备之间的具体安装位置是由设计院布置，现场安装，造成安装和调试不便.

2 660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统技术规范和设计原则

2.1 技术规范

额定容量为660 MW；冷却方式为定子绕组水内冷，转子绕组水内冷，定子铁芯空冷；定子冷却水流量为116 m3·h-1；定子冷却水电导率（25 ℃）为1.0～2.0 μs·cm-1；定子冷却水pH（25 ℃）为8～9；定子线圈进水温度为35～45 ℃；定子线圈进水压力为0.2～0.3 MPa；转子冷却水流量为54.3 m3·h-1；转子冷却水电导率（25 ℃）小于5 μs·cm-1；转子冷却水pH（25 ℃）为7～9；转子线圈进水温度为35～43 ℃；转子线圈进水压力为0.2～0.3 MPa.endprint

2.2 设计原则

2.2.1 标准化程度高

水系统完全按照GB/T 7064和JB/T 6517设计；定、转子线圈冷却水水质满足DL/T 801要求；所有压力容器均满足有关标准及规程要求.

2.2.2 采用计算机三维辅助设计

发电机定、转子冷却水供水装置采用三维设计，使设计结果更为直观形象.三维设计还可有效避免裝置内大量管道连接可能产生的干涉问题，提高产品设计质量，同时三维模型可方便地转化为二维施工图，加快了产品设计进程.

2.2.3 定子冷却水水质控制

根据定子冷却水系统贫氧运行的特点，定子冷却水的水质采用旁路冷却水直接控制其电导率，间接控制冷却水pH的加碱装置.利用纯水电导率和pH之间的关系，通过向冷却水注入微量的NaOH溶液，提升冷却水的电导率，从而确保冷却水的pH在8～9之间，避免冷却水对铜导线的腐蚀.另外，旁路控制冷却水电导率可以防止因电导率失控使整个水系统pH飙升的风险.

2.2.4 转子冷却水水质控制

针对转子冷却水水质较难控制的问题，通过对在役双水内冷汽轮发电机运行状况进行分析，对转子冷却水系统采用溢流补水方式控制水质，充分利用电厂原有的凝结水及除盐水系统混合补水保证转子冷却水水质，同时将溢流回水返回电厂水处理系统，不会造成冷却水的浪费.

2.2.5 水过滤器高精度设计

研制了纤维式水过滤器，其过滤精度达到5 μm，从而有效地去除水中杂质，防止水中杂质累积发生堵塞，以及水中大颗粒杂质对空心导线的冲刷，确保发电机安全运行.

2.2.6 全数字集中化控制

水系统所有信号均进入电厂集散控制系统（DCS）进行智能化和数据化处理.在主控室内实现远程监控，可对运行参数实现历史数据储存，便于对水系统运行数据的追溯和对事故原因的分析.

2.2.7 转子水系统防漏水设计

针对以往在300 MW机组上曾发生的转子水系统漏水现象（主要表现为出水支座漏水），转子冷却水水箱增设排气管，可及时排出转子出水支座至转子水箱管道内的气体，避免回水管发生气阻导致转子回水不畅引起的出水支座漏水.

2.2.8 水系统断水保护

水系统断水保护采用在进水管道中加装流量孔板，在孔板上引出三对流量信号，通过在实际流量降低至额定流量80%时发出流量低报警信号，并在DCS按“三取二”逻辑实现断水保护，避免以往由线圈两端压差引出信号，在线圈堵塞情况下无法实现断水保护的风险，提高断水保护的可靠性.

2.2.9 水系统冷却水温度控制

通过安装在冷却器二次回路的温度调节阀，根据进入线圈的冷却水的温度信号自动调节流经冷却器的二次冷却水流量，从而控制进水温度，满足发电机的设计要求.

在寒冷天气情况下，如果冷却水水温过低，为避免发电机内部结露，系统配置了电加热装置，通过电加热提升冷却水温度，提高水系统运行的可靠性.

3 水系统的组成及特点

3.1 水系统的组成

660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统如图1所示.

定子水系统冷却水流程为水箱—水泵—冷却器—水过滤器—电加热器—断水保护装置—发电机定子线圈—水箱.冷却水经水过滤器后的另一个流程为水过滤器—离子交换器—加碱装置—水箱.定子水系统除上述设备外，还有控制仪表、阀门、管道等.

转子水系统冷却水流程为水箱—水泵—冷水器—水过滤器—电加热器—断水保护装置—发电机转子线圈—水箱.转子水系统除上述设备外，还有控制仪表、阀门、管道等.

3.2 集装供水装置

定、转子冷却水供水装置采用高集成化集装装置，分别如图2、3所示.

集装装置在三维设计时充分考虑了在紧凑布置情况下留有足够的操作维护空间.

为确保定、转子冷却水系统安全运行，其水泵、冷却器、水过滤器等关键部件采用双重冗余配置，保障了系统运行的连续性和可靠性.定、转子冷却水系统完善的信号检测使整个系统能全方位、全过程地实现远程监控，以确保及时发现问题，判断原因，消除隐患.

加碱装置的设计应用使定子冷却水的pH控制变被动为主动，确保其可完全控制在标准规定的8～9之间.此范围可避免定子冷却水对定子线圈产生腐蚀，从而解决长期困扰的定子线圈腐蚀问题，确保定子线圈的长期安全运行.

4 水系统联机型式试验验证

在模拟额定工况下，水系统联机型式试验结果与设计值比较如表1所示.

为验证660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统的设计性能，在汽轮发电机出厂前进行了水系统与发电机联机型式试验.型式试验时，采用Rosemount 3051型压力、压差变送器测量系统关键位置及设备的冷却水压力、压差；采用TP型双支鉑电阻测量冷却水温度；采用Rosemount 8800型涡街流量计测量冷却水流量.

型式试验结果表明，试验值均在设计范围内，验证了水系统的主要参数，如供水流量、压力、温度、过滤器性能、冷却器性能等均可满足发电机正常运行要求.

5 结 语

为适应我国电力工业的不断发展，满足市场对660 MW级双水内冷汽轮发电机的需求，在总结300 MW级双水内冷汽轮发电机的设计及运行经验的基础上，结合相关技术研发了660 MW级双水内冷汽轮发电机水系统.型式试验结果表明，该水系统的性能达到了设计要求，能保证660 MW级双水内冷汽轮发电机的安全可靠运行，为660 MW级双水内冷汽轮发电机的研制和投运奠定了基础.

参考文献：

[1] 周怀里.双水内冷发电机转子回路堵塞原因分析和防止措施[J].江苏电机工程，2004，23（5）：59.

[2] 周波，周贤志.双水内冷汽轮发电机转子漏水原因分析及预防措施[J].华电技术，2010，32（9）：55-56.endprint