华龙一号发电机定子冷却水系统差异分析及优化建议

黄盼 李秋实 潘冠旭 严浩东 任旭东 龚贵辉

摘要：HPR1000华龙一号机组发电机定子冷却水系统作为核电厂汽轮发电机的重要辅助系统之一，其可靠稳定运行是保证发电机安全高效运行的关键，由于华龙一号定子冷却水系统设计上和M310机组存在较大差异，本文就福清核电发电机定子冷却水系统华龙一号机组和M310机组系统工艺流程、逻辑两个方面进行对比、分析和总结，并对系统调试阶段发现的问题提出进一步可优化建议，从而充分理解系统差异性，提高后续系统对后续华龙一号机组定子冷却水系统调试运行和提高系统稳定性都有一定的借鉴和参考意义。

关键词：华龙一号;定子冷却水系统;差异分析;工艺流程;逻辑;优化建议

福清核电5号机组发电机定子绕组进行冷却，该冷却是通过低电导率的除盐水不间断地在定子线圈中循环，将线圈中产生的热量带走来实现的。定子冷却水系统能够监测并控制进入定子线圈的水电导率、温度、压力和流量等参数。确保发电机在额定氢压下安全运行，避免定子冷却水泄露进发电机内部。

1 系统工艺流程差异

1.1 总流量测量仪表位置差异

总流量仪表位置由发电机出水口改为发电机入水口，并由3个SD，1个MD改为3个MD。

分析：总流量测量由发电机出水口改为入水口，减少了系统进入发电机和水箱引起的流量损失，使测量数值更加接近系统运行总流量。

1.2 增加流量测量装置

分析：TGC增加了测流装置，介绍如下：

通过增加测流装置，在进行流量调整时，可以直接在压差流量计上进行读数，省去了使用超声波流量计的步骤，福清核电超声波流量计安装使用过程复杂，其安装需要将两块测量传感器固定在管道上，并需保持在一条直线上，而在系统运行过程中，管道震动将影响模块固定，会导致测量数据存在波动，同时如使用不规范也很容易造成试验数据的偏差，通过增加管道流量装置大大优化了测流流程和提高了测量的准确性，减小了调试的工作量和提高了流量分配试验流量测量准确性，同时方便后续流量巡检工作，提高了后续系统运行的可靠性。

同时测流仪表关联相应的报警，当流量低时会触发主控报警，提高了系统的安全性。若不进行流量调整，流量过低将导致相应回路水温上升。

1.3 系统进水压力流量调节差异

发电机定子冷却水系统管线交叉复杂，每条管线都有设流量要求，M310机组发电机定子进水压力通过流量孔板对发电机进水进行减压和流量调整，华龙机组改为了压力调节阀进行流量压力调整。

分析：发电机定子线圈进水压力流量调节由原先的节流孔板减压改为安装在发电机定子入水管上的压力调节阀TGC002VD来设置。TGC002VD为手动压力调节阀，可通过改变被调介质（如液体、气体、蒸汽等）的流量，使被控工艺参数（温度、流量、液位等）保持在给定值，通过压力调节阀，系统进水压力流量由原先固定压降变为可调压降，在系统运行时压力不满足时，可通过压力调节阀对系统压力进行调节，而流量孔板只有在系统停运时才可拆卸进行调整。

2 逻辑差异

2.1 保留保留密封油-氢气差压过低跳机信号

分析：密封油-氢气差压过低状况出现时，提示发电机密封瓦处或密封油系统存在其内部自保护过程无法修复的缺陷，此时发电机可能出现密封瓦处氢气密封失效，造成氢气从发电机汽、励两端沿密封瓦与转轴之间的间隙大量向外泄漏，从而导致发电机处于极端不安全运行状态。因此，当密封油-氢气差压过低时，应及时发出跳机信号，提出紧急停机消缺的需求

2.2 保留定子冷却水流量过低跳机信号

分析：定子冷却水流量过低状况出现时，提示发电机定子线圈空心线棒冷却水流量严重不足，此时由于发电机定子线圈的热损耗不能被冷却水及时带走，可能造成发电机定子线圈极度过热，进一步造成其外包绝缘层受损，从而导致发电机严重故障。因此，当定子冷却水流量过低时，应及时发出跳机信号，提出紧急停机消缺的需求。

3 优化建议

3.1 增加一台定子冷却水泵

分析：目前5号机TGC定子冷却水系统采用的是2台定子冷却水泵，一用一备，当出现特殊情况，如当一台定子冷却水泵在故障检修时，主用泵就失去了备用，将违法运行技术规范，根据运行技术规范需将机组需降功率运行，若此时运行泵发生故障，将必定引起跳机，根据参考秦山方家山核电定子冷却水系统运行模式，目前福清核电3号机定子冷却水系统在302大修期间通过技改已经成功新增了一台定子冷却水泵，3GST101/201/301PO之间可实现互相连锁，在后续大修计划将对其余机组进行整改。

通过增加一台定子冷却水泵，当一台泵在故障或检修时，还有一台泵可充当备用，避免了系统降功率，也增加了系统运行的可靠性和冗余度。

3.2 增加系统除气装置

可从以下两点进行除气优化：

方法1：消除发电机水箱吸气旋涡

发电机定子冷却水箱正常水位是处于中间位置，当水箱进水与排水造成涡流时就可能会将水箱内部气体卷入回水管道，从而引起系统流量的变化，根据华龙一号定子冷却水箱设计进水流量为8m?/h左右，入口管道为DN50的管道，计算入口流速为：

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

其雷诺数Re=ρvd/μ=1000×1.132×0.05/0.001003=56430>2500

通过计算可知，该速度的水流进入水箱的水很可能为湍流状态^[2]，形成吸气旋涡，导致系统吸气量增加，虽没有直接证据证明验证，但为了避免此类现象的发生，可以考虑对水箱内部进行改造，增加消涡板^[3]减小旋涡的形成，同时在进水排气初期可适当调高水箱液位高度，减小入口管道冲击引入的含气量，但不能高于报警高度水箱液位80%，液位过高会引起气体流量计TGC001QD、真空泵TGC003PO、减压阀TGC002VZ、压力控制阀TGC303VY  TGC304VY存在进水的风险。

3.3 水泵入口增加锥形过滤器

在5号机TGC系统调试程序《除定子线圈外的冲洗及初步调试中》，冲洗过程中系统只安装了一个发电机旁路过滤器，在系统的设计上发电机出口管道均未设置正式或临时滤网，在管道安装焊接的过程中可能会产生大量的可溶纸，在系统首次冲洗试车时会使旁路过滤器后的管道中异物直接冲洗进定子冷却水泵，导致泵叶轮卡死，只能对泵进行拆卸检修，会影响整个系统的调试工期，建议在系统泵入口垂直管道上安装正式或临时的锥形过滤网，锥形过滤网会使异物拦截在滤网底部，不会影响系统流量，安装滤网后会大大优化系统冲洗试车等工作。

4 结语：

发电机定子冷却水系统对机组正常运行至关重要，若差异性未充分了解将可能对系统正常运行产生重大影响，根据分析可知在华龙一号定子冷却水系统工艺流上在M310机组上进行了更进一步优化，但还有进一步优化的空间，邏辑方面保留了油氢差压过低跳机信号、定子冷却水流量过低跳机信号，该两处跳机信号的设置充分考虑了发电机组安全、可靠运行的需求。

参考文献：

[1]周林林， 卢 扬， 石 刚发电机定子冷却水系统流量波动问题的分析与处理[A]大机电技术2018，（5） 73-47.

[2]赵朝林.如何判断层流和湍流[J]. 医院物理，1992， 9（3）： 41-43.

[3]党媛媛， 韩昌海. 进水口漩涡问题研究综述[J] 水利水电科技进展， 2009 （1） 90-94.