一起发电机定冷水流量缓慢下降异常诊断及处理

2023-09-29肖承明付名江

江西电力 2023年4期

谢庆，肖承明，付名江

（国家能源集团江西电力有限公司，江西南昌 330029）

0 引言

某发电公司有2 台650 MW 超临界发电机组，分别于2007 年3 月和7 月投产。配套发电机为上海汽轮发电机有限公司提供的西门子公司制造的三相同步汽轮发电机，型号为THDF118/56。发电机额定容量667 MVA，额定功率因数0.9，最大连续输出容量733 MVA，最大连续输出功率660 MW。发电机采用水氢氢冷却方式：定子线圈水内冷，转子线圈直接氢冷，转子本体及定子铁芯氢冷，定子出线氢冷。

2021年11月份，1号机组运行中发电机定冷水流量开始出现缓慢下降的趋势，到2022 年1 月23 日，已由最初的110 t/h降至100 t/h，定冷水流量继续下降将触发发电机断水保护动作，对发电机的正常运行构成了重大的事故隐患[1]。

1 设备介绍为

发电机定冷水系统的作用是向发电机提供连续不断的符合品质要求的冷却水，由100%容量的定冷水泵两台、冷却器两台、出口过滤器两台、0.13 m3容量的离子交换器一台、2.7 m3容量的水箱一台以及管道阀门组成（见图1）。整个系统利用一个再循环手动门和一个温度控制阀维持发电机定冷水的进水压力（0.28 MPa 左右）和进水温度（45-50 ℃）。定冷水正常流量为105 t/h 左右，对应的压差为140 KPa 左右。发电机定冷水进口流量低报警为80 t/h 左右，对应的压差为90 KPa左右。

图1 发电机定冷水系统流程图

2 异常现象特征

2.1 发电机定冷水流量变化特征

通过DCS历史趋势调取1号发电机定冷水流量变化过程（见图2）可知，2021年11月中旬左右定冷水流量开始呈整体缓慢下降趋势，趋势图中流量突然明显向上、向下变化的原因为定冷水泵倒换引起（两台定冷水泵出力略有不同），在经过70 天的缓慢下降后于2022年1月23日降至100 t/h，运行人员采取关闭定冷水泵再循环手动门的方式，提高定冷水流量至105 t/h。

图2 1号发电机定冷水流量变化趋势

2.2 发电机定冷水进水压力变化特征

从1号机定冷水系统远传参数看（见图3），1号发电机定冷水进水压力随定冷水流量几乎是完全同步下降（红线为流量，紫线为压力），由0.27 MPa 缓慢下降至0.24 MPa，而A、B 定冷水泵运行电流（蓝色为A泵，绿色为B泵）变化不明显。

图3 1号发电机定冷水参数变化趋势

2.3 定冷水系统就地参数变化特征

2022年1月25日，检查1号机定冷水系统就地仪表盘，定冷水泵出口压力为0.75 MPa，定冷水滤网进口压力0.53 MPa，定冷水滤网出口压力0.47 MPa（见图4（b）），滤网差压为0.06 MPa，滤网差压低于差压大报警值（0.08 MPa）。

图4 1号发电机定冷水系统就地仪表指示对比

查阅1号机组定冷水系统就地仪表历史参数（见图4（b）），定冷水泵出口压力正常为0.57 MPa，定冷水滤网进口压力0.53 MPa，定冷水滤网出口压力0.46 MPa，定冷水滤网差压为0.07 MPa，参数对比表明定冷水滤网差压基本正常，定冷水泵出口压力较正常值高0.18 MPa。

3 定冷水流量缓慢下降原因排查

文献[2-6]表明发电机定冷水流量下降主要原因有定子线棒铜腐蚀、供水管路滤网堵塞、备用定冷泵出口逆止门不严、备用泵联启失败、定冷水流量波动等。根据公司定冷水系统现场实际运行情况，对定冷水流量下降原因逐一展开了排查。

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时，一般现象是泵出口压力和出口流量一起下降，且一般为瞬时下降，泵内有异常声音发出，与该次异常泵出口压力上升流量下降、定冷水流量缓慢下降特征不相符，定冷水泵故障予以排除。

3.2 定冷水泵出口逆止门故障排查

定冷水系统运行中，如果发生备用定冷水泵出口逆止门关不严的情况，运行定冷水泵出口的压力水将有部分经过备用泵出口逆止门倒流回到定冷水箱，引起运行泵出口压力下降，定冷水流量下降，一般伴随有备用定冷水泵反转现象。现场检查备用定冷水泵没有反转现象，用红外测温枪测量备用定冷水泵进、出水管表面温度也显示为常温，没有定冷水流通的迹象，与现场运行定冷水泵出口压力也不符，综合现场检查情况，可以排除备用定冷水泵出口逆止门不严引起定冷水流量下降。

如果发生运行定冷水泵出口逆止门卡涩在某一较小开度，则运行定冷水泵出口压力上升，定冷水母管压力和流量下降，与异常情况参数相吻合，但是这种情况在倒换定冷水泵运行的时候则会出现停运该泵时会发生反转，定冷水流量大幅下降，极有可能造成定冷水流量低触发发电机断水保护动作跳闸，从定冷水泵倒换的实际情况看，倒换泵时定冷水流量是稳定的，运行泵停止时也没有反转，运行泵出口逆止门卡涩引起流量下降也予以排除。

3.3 定冷水滤网堵塞排查

如果定冷水滤网运行中发生堵塞，将使定冷水滤网进口压力上升，出口压力下降，定冷水流量下降，定冷水滤网差压超过报警值。从现场参数看，定冷水滤网进、出口压力同步上升，定冷水滤网差压仅0.06 MPa，在报警值以内，定冷水滤网堵塞引起流量下降予以排除。

3.4 发电机定子线棒铜腐蚀排查

运行中发电机定子线棒铜腐蚀时，定子线棒流通面积减少，发电机进口定冷水受阻，发电机进口定冷水压力上升，发电机进、出口定冷水差压升高，伴随发电机定冷水出水温度上升、定冷水铜离子超标等异常现象。从现场情况看，发电机进口定冷水压力略有下降，发电机进、出口定冷水差压略有下降，定冷水出水温度正常，定冷水铜离子含量在合格值以内，定冷水系统参数均与定子线棒铜腐蚀现象不相符，予以排除。

3.5 排查结论

经逐一排查，发电机定冷水系统流程图（见图1）中剩下的设备只有定冷水冷却器了，结合1 号发电机定冷水就地仪表指示对比图（见图4）可知，正常运行时定冷水冷却器进、出口压差为0.04 MPa（定冷水泵出口压力0.57 MPa-定冷水滤网进口压力0.53 MPa），而现在异常情况下定冷水冷却器进、出口压差为0.22 MPa（0.75 MPa-0.53 MPa），定冷水冷却器进、出口压差明显的增大了，判断为冷却器流动阻力增大。

4 定冷水冷却器检查

4.1 冷却器倒换

当前1 号机定冷水系统B 冷却器运行，A 冷却器备用，既然运行冷却器存在问题，可以采取倒换一台冷却器运行进一步确定故障范围。2022 年3 月28 日11 时29 分进行冷却器倒换操作，倒换至A 冷却器运行后定冷水流量升至130 t/h 顶量程，开启定冷水泵再循环手动门调整定冷水流量至110 t/h 维持运行（见图5），检查发电机定冷却水系统参数均已恢复正常。确定故障点为定冷水B冷却器，将定冷水B冷却器隔离退出备用。

图5 定冷水冷却器倒换前后参数变化趋势

4.2 定冷水B冷却器检查

1 号机组2022 年4 月初调停，期间停止发电机定冷水系统对B 冷却器进行了解体检修，检查冷却器进、出口管板无杂物堵塞，冷却器换热管束内部无堵塞，对B冷却器进、出水阀门进行拆除检查，发现B冷却器进口门手柄全开状态下阀芯只有1/2 不到的开度，操作阀门手柄检查阀芯动作同步，操作B 冷却器进口门手柄至全关时阀芯仍有1/2 左右开度（见图6），采取将B 冷却器进口门阀门更换为新阀门处理，倒换为B 冷却器运行，A 冷却器备用，启动定冷水系统运行检查系统参数均正常，至此1号机定冷水流量异常下降安全隐患得到消除。

图6 冷却器进口门手柄开、关对应阀芯状态

5 定冷水流量下降原因分析及防范措施

5.1 定冷水流量缓慢下降原因分析

从1 号机定冷水B 冷却器进口阀门解体后试操情况分析，阀门的手柄状态是正常的，阀芯的位置是错误的，阀芯与手柄位置的对应关系已发生改变，可定义为阀芯零位飘移，由于流量异常下降发生之前定冷水流量均稳定正常，可以判断异常发生前B冷却器进口阀门的实际开度是全开或接近全开的，即手柄位置和阀芯的位置是一一对应关系（手柄关闭时阀芯全关，手柄开启时阀芯全开），由于1号机定冷水流量下降变化趋势是长时间的逐渐缓慢下降，可以判断，B冷却器进口门阀芯在此过程中发生了缓慢自关的情况，随着阀芯的关小产生节流作用，B 冷却器进口流通面积逐渐减少，定冷水流量逐渐下降，阀门进口阻力逐渐增大，阀门前定冷水压力逐渐上升（泵出口压力上升）。

5.2 冷却器进口阀门零位漂移原因分析

定冷水B冷却器进口阀门为手动蝶阀，手柄在开位和关位均设置有锁定按钮，可有效防止机组运行中阀门手柄自关和误碰关闭造成定冷水流量异常，蝶阀的阀杆与阀芯为连接键传动，如果连接键发生磨损或断裂则阀芯松动偏移原始位置，原来与水流方向平行的阀芯两侧水压相等，没有不平衡受力，阀芯偏移水流方向后，阀芯两侧产生不平衡力，由于1 号机定冷水系统运行中B冷却器运行，源源不断的压力水一直作用在阀芯上，阀芯在不平衡力作用下持续移动，慢慢越关越小，影响到定冷水的流量下降。

5.3 防范措施

定冷水冷却器进口蝶阀运行中发生零位漂移自动关小在文献中尚为首次出现，定冷水系统是为发电机定子线圈提供冷却水的重要系统，一旦发生定冷水流量下降情况，轻则造成机组跳闸，重则可能损坏发电机设备，防止定冷水系统蝶阀发生零位漂移措施十分重要，首先要对定冷水系统蝶阀建立全寿命周期管理台帐，蝶阀使用寿命到期前提前更换新阀门；其次定冷水系统定期检修时需要对系统的蝶阀进行解体检查，蝶阀的门杆和阀芯的传动部分作为重点检查内容，连接键磨损和损坏时及时进行更换；定冷水系统蝶阀的调试要仔细认真，全开全关定位要准确，防止阀芯位置装偏；定冷水系统就地仪表盘参数应列入巡检内容（DCS 未接入），记录在巡检数据库中，掌握就地参数的变化趋势，及时发现异常情况。