国内某核电机组空冷器性能及运行方式优化

彭 浪

（中和核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

1 国内某核电机组发电机空冷器系统介绍

1.1 发电机空冷器系统工作原理

我厂发电机定子铁芯、端部构件及转子表面通过空气冷却， 冷风由安装在转轴两端的轴向风扇打入，通过转子表面、定子铁芯经向通风道，带出热量，热风从机座下面的出风口流经过空冷器，形成冷风，冷风再由进风通道经两端风扇送入发电机，这样形成一个封闭循环系统，通过空冷器将热量传递给海水。

我厂发电机空冷器风向流程如图1 所示。

图1 发电机空冷器风向流程图

1.2 发电机空冷器系统设备组成和运行方式

发电机空冷器系统共设置了海水过滤器两台、海水升压泵三台、发电机空冷器八台及相关的管道阀门等。 正常运行时海水经两台海水过滤器进入海冷水母管， 然后经0 米层海水升压泵升压后向7.2 米发电机空冷器供冷却海水。

本系统设置了3 台海升泵，为保证发电机的进口风温在冬季工况一台海水升压泵运行，夏季工况运行两台海水升压泵。8 台发电机空冷器分为两组。发电机风温调整的三种方式：调整海升泵的运行台数；调节空冷器海水回水总阀；调节空冷器运行的台数；调节空冷器进口阀的开度。

当发电机进风温度高于额定值时，将会影响发电机的出力。 发电机的定子电流允许值按下表执行（当50℃≥进风温度≥45℃时， 若定子线圈和铁芯的温度未出现任一报警，无须执行下表“45℃~50℃”响应措施，否则须按下表处理）：

表1

2 320MW 机组发电机空冷器运行中存在的问题及解决办法

2. 夏季工况时海水温度高造成发电机进风温度高

针对于此问题考虑了以下几个方面来试解决发电机进风温度高问题：A. 将发电机空冷器进行换型，目前我厂的空冷器为绕簧式冷却器，建议改为目前效率更高的穿片式冷却器。 一般情况下汽轮发电机的气体冷却器按其传热面—翅片的结构形状和制造工艺，分为绕簧式、绕片式、挤片式和穿片式等。 与另外三种气体冷却器相比， 穿片式气体冷却器有其独特的优点，即它的翅化系数很高，所以其散热性能较好，紧凑性也较好。 另外，由于一块薄金属片上穿有许多管子，当有一根管子因故而堵塞时，该管周围的翅片并不会完全失效，仍有一定的散热能力，所以，堵管对散热能力的影响比其它型式的冷却器小。 近年来，国外大公司如美国通用电气公司日本三菱公司和法国阿尔斯通公司等生产的大型汽轮发电机的气体冷却器也有不少采用穿片式气体冷却器。 B.增加传热管的承压能力，增加空冷器的冷却水流量。

通过公式：P=MCp△T1=A*h*△T2 可以知道在发电机空冷器换热面积A 不变的情况下，增加海冷水进入空冷器的流量，减少被HLS-56V 旁通的流量,这样就能增加发电机进出口的温差，可以改善发电机的进风温度高的问题。 通过与发电机空冷器换型相匹配是一项确实有效的改进方案。

2.2 1#、8#空冷器投切时温度变化明显原因分析

目前我厂发电机空冷器的进出口温度表各设置1块，一共3 块温度表。 在机组正常运行过程当中励侧温度较机侧温度高；还有在进行1# 和8# 空冷器投切时，较其他空冷器投切时发电机进风温度会发生较大的明显变化，8#投切时最为明显。 其原因用两个图表数据进行分析：

表2 2017 年7 月15 日8#空冷器投切时的对比图表

通过对上述表格可以看出在切换的前后海水温度只相差0.7℃, 但是发电机的进风温度却变化了11.2℃。 还有就是：在8# 空冷器投切时发电机定子铁芯温度变化了5℃， 较其他空冷器切换时铁芯温度变化更明显。 说明8#空冷器的冷却能力确实较强。

对现场温度计安装位置勘察发现： 其一： 主控发电机进风温度表的位置在离1#、8# 空冷器较近的地方，距离发电机风扇处较远，可能存在冷热风未被搅匀就被测量的情况， 主控温度值可能不具有真实性。其二： 主控励侧风温测点离8#空冷器近，机侧风温测点离1# 空冷器远，机侧冷却空气搅匀更充分，这也变相说明了为什么8# 空冷器切换时较1# 空冷器温度变化更加明显。

测温点分布如图2 所示：

图2 测温点分布图

表3 2017 年两次调整发电机机侧进风温度数据

通过对上述表格的分析可以看出：

7 月6 日 将机侧海冷水阀门开大之后主控和就地的温差从4℃变为了6℃；

6 月11 日 将机侧海冷水阀门开大之后主控和就地的温差从2.5℃变为了3℃；

空冷器投入后的温差较投之前的温差变大，可以变相的说明机侧的温度测点（主控）测量的是偏冷风区域，所以导致冷却器投入越多，就地和主控的偏差就越大 （实际情况也是如此）。 励侧也存在同样的问题：励侧的温度测点（主控）是偏热风区域，才会导致主控显示的温度比就地温度高。

对于上述情况进行分析：

2.2.1 发电机进风温度表安装的位置可能不具有代表性，根据这种情况考虑以下方案进行解决

（1）可以通过重新计算，选出具有代表性的位置进行安装。 将安装点向靠近发电机风扇的位置进行移动。 延迟被测量的时间，这样可以实现进风被充分搅匀后再进行测量，提高测量数据的真实性。

（2）采取多个温度测量点，求其平均温度值。 例如：可以在原来测量点位置上加装三个温度计。 采用将三个温度计插入进风道的深度不同的方法，测量在同一截面上的温度分布，然后将三个温度进行整合求平均温度。 这样不仅提高了测量数据的真实性，还保证了温度测量的冗余性，可以防止在失去一个温度计情况下失去对发电机进风温度的监测，提高了温度检测的可靠性。

2.2.2 投切1#/8#空冷器温度变化明显解决方案

由于8# 空冷器投切时发电机定子铁芯温度变化明显，说明8# 空冷器的冷却效果确实好，其他几个空冷器的冷却效果相对较差，通过对设计图纸的分析得出可能原因是定子铁芯的出风分布不均匀。 根据上图可知1#、8# 空冷器处于发电机出风喇叭口的斜边区域，有聚风的效果！ 造成流过8# 空冷器的风量更大，带走的热量更多， 才会造成投切8# 空冷器时铁芯温度变化更为明显。 可以采用的改进方法是：

（1）由于发电机出风量分布不均匀，可以采用设置风量分布器使风量均匀分布，尽量使每个冷却器的冷却能力尽量一致，也可以解决1#、8# 空冷器投切时温度变化明显的问题。

示意图如图3 所示：

图3 采用分布器的施工方案图

（2）通过对相邻机组的调研得出：可以考虑对每个空冷器出口设置测温点，通过对空冷器出口的平均温度与发电机的进风温度相比较，掌握空冷器运行情况，分析每个空冷器的冷却能力，也可以及时发现空冷器的故障等。

2.2.3 采用合理的冷却器切换方法。 根据1#、8#空冷器的冷却能力强的特点

（1）在初春、初冬和梅雨季节，空气湿度大，空冷器容易结露，但海水温度不高的时候可以采用先投运除 1#、8# 以外的其他空冷器，避免因 1#、8# 空冷器冷却能力强而加剧结露的情况，提高发电机的运行安全和延长设备的使用寿命。

（2）在夏季工况时海水温度高，空冷器几乎全部投入。 在海水温度逐渐上升的时候可以采用先投入其他冷却器；1#、8#后投入的方法。这样在同材质下运行时间越短故障的概率越低，避免在高温时因故障失去1#、8#空冷器， 使发电机进风温度上升太多且没有其他冷却手段，引入较大的机组瞬态，可能造成机组减负荷情况。

2.2.4 规程温度参考值选取建议

通过对上述情况的分析可以得出，主控室发电机空冷器的进风温度测点确实存在安装位置不具备代表性和真实温度存在一定差值的问题。 反观就地的温度表在投切空冷器和正常运行时表现更加真实，而且就地的温度测点在发电机风扇处为真实的发电机进风温度。 所以建议将规程内的发电机进风温度参考值改为就地表所指示的温度值。

2.3 发电机内结露可能造成中性点腐蚀问题

发电机的中性点安装位置正好在空冷器的正下方，凝结水会直接滴落到中性点连接的导线上。 而中性点导线有一部分是直接裸露在空气中，没有防护措施。 长此以往会造成中性点的腐蚀，危及发电机的运行安全。 建议增设中性点的保护措施，防止凝结水加速中性点的腐蚀，或者是改变中性点的安装位置。

3 结语

发电机空冷器的良好运行关系着机组安全以及电厂的经济效益，是发电机中至关重要的设备。 由于整体海水温度的上升， 导致发电机进风温度的升高，此时如果能有效地控制发电机的进风温度将会对发电机的安全运行作出贡献。

通过对我厂发电机的上述问题分析可以得出：通过采用效率更高的穿片式冷却器、增加海升泵的容量能够明显降低发电机的进风温度。 采用多测点的设计能够明显增加温度测量的可靠性、还可变相的对空冷器运行进行实时监测，采用合理的投切方案可以减少结露，延长设备的使用寿命。

所以在海水温度整体上升的情况下，保证发电机组的安全运行，实施发电机空冷器及相关设备的改造是必要的。 同时也能对其他电厂关于发电机空冷器的运行起到一定的借鉴作用。