摘 要：發(fā)電機(jī)定子線圈冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)組裝式的閉式循環(huán)系統(tǒng)，主要的系統(tǒng)設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀表組裝在一塊底板上。系統(tǒng)的主要功能是采用冷卻水通過(guò)定子線圈空心導(dǎo)線，將定子線圈損耗產(chǎn)生的熱量帶出發(fā)電機(jī)，定子線圈采用定子水冷，當(dāng)出現(xiàn)斷水保護(hù)動(dòng)作時(shí)，發(fā)電機(jī)會(huì)立即跳閘，影響機(jī)組安全運(yùn)行，如在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)電機(jī)出現(xiàn)斷水情況，而斷水保護(hù)未動(dòng)作，那么發(fā)電機(jī)線圈溫度就會(huì)上升，危及發(fā)電機(jī)安全，此時(shí)必須降低發(fā)電機(jī)負(fù)荷，盡快解列停機(jī)，這就需要對(duì)發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)動(dòng)作的可靠性及保護(hù)動(dòng)作設(shè)置的合理性進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī) 差壓開關(guān) 斷水保護(hù) 壓力

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0101-02

我廠發(fā)電機(jī)為三相隱極式同步發(fā)電機(jī)，型號(hào)為QFSN-300-2，冷卻方式為水冷加氫冷，定子線圈的冷卻水通過(guò)外部進(jìn)水管進(jìn)入發(fā)電機(jī)勵(lì)端定子機(jī)座內(nèi)的環(huán)形總進(jìn)水管，其中一路通過(guò)聚四氟乙烯絕緣水管流入定子線棒中的空心導(dǎo)線，然后從線圈的另一端（汽端）經(jīng)絕緣引水管匯入環(huán)形出水管；另一路經(jīng)絕緣引水管流入定子線圈主引線，出主引線后經(jīng)絕緣引水管匯入安置在出現(xiàn)盒內(nèi)的出水管，然后也經(jīng)外管道匯入汽端環(huán)形出水管，雙路水流最后從汽端機(jī)座上部流出發(fā)電機(jī)，經(jīng)總出水管返回到水箱。發(fā)電機(jī)在斷水情況下的保護(hù)設(shè)置方式：是考慮讓發(fā)電機(jī)在定子線圈冷卻水突然中斷后暫時(shí)繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)較短的時(shí)間（例如20 s），以便通過(guò)啟動(dòng)備用泵等措施來(lái)恢復(fù)供水，如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)的水系統(tǒng)不能恢復(fù)供水，發(fā)電機(jī)將立即解列跳閘停機(jī)。定子線圈水流量低和定子線圈水流量非常低報(bào)警信號(hào)表明通過(guò)定子線圈的水流量低于正常流量、或流量過(guò)低即將危及發(fā)電機(jī)定子線圈的安全。這兩個(gè)信號(hào)由若干個(gè)差壓開關(guān)發(fā)出。這些差壓開關(guān)跨接在從定子線圈總進(jìn)、出匯水管上引出的信號(hào)管上。例如我廠300 MW發(fā)電機(jī)定子冷卻水保護(hù)設(shè)置如下。

當(dāng)定子線圈水流量降至額定流量的80%時(shí)，將發(fā)出“定子線圈水流量低”報(bào)警信號(hào)；當(dāng)定子線圈水流量進(jìn)一步降至額定流量的70%時(shí)，將發(fā)出“定子線圈水流量非常低”報(bào)警信號(hào)。定冷水流量低于44 t/h時(shí)報(bào)警，低于39 t/h時(shí)保護(hù)動(dòng)作。“定子線圈流量非常低”報(bào)警信號(hào)發(fā)出后延時(shí)30 s，發(fā)電機(jī)即跳閘，以保護(hù)定子線圈不應(yīng)冷卻水流量過(guò)低而引起燒毀事故。正常運(yùn)行時(shí)定冷水流量一般為50～55 t/h。

1 分析過(guò)程

發(fā)電機(jī)定子冷卻水?dāng)嗨Ｗo(hù)信號(hào)是由發(fā)電機(jī)定子冷卻水進(jìn)出水差壓開關(guān)來(lái)判斷：5機(jī)定冷水壓力開關(guān)采用SOR壓力開關(guān)，壓力開關(guān)一共有5個(gè)，其中兩個(gè)壓力開關(guān)輸出用做報(bào)警值，另外三個(gè)則是斷水保護(hù)信號(hào)輸出。當(dāng)差壓≤68 kPa發(fā)斷水保護(hù)。采用差壓開關(guān)測(cè)量，三選二進(jìn)行判斷。該機(jī)組定冷水系統(tǒng)在DCS上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備較少，且操作畫面描述的非常詳盡，順控逐步描述得非常清楚。運(yùn)行操作人員都是經(jīng)驗(yàn)豐富，不會(huì)出現(xiàn)操作不合理的情況。

下面對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組定冷水?dāng)嗨Ｗo(hù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)對(duì)比：

#5、6機(jī)斷水保護(hù)對(duì)比說(shuō)明：

#5機(jī)：當(dāng)差壓≤68 kPa發(fā)斷水保護(hù)。采用差壓開關(guān)測(cè)量，三選二進(jìn)行判斷。

#6機(jī)：當(dāng)差壓≤53 kPa發(fā)斷水保護(hù)。采用差壓開關(guān)測(cè)量，三選二進(jìn)行判斷。

結(jié)論表明：#5、6機(jī)斷水保護(hù)差壓開關(guān)的保護(hù)定值不同，主要是根據(jù)人工調(diào)節(jié)實(shí)際定冷水流量并當(dāng)流量計(jì)顯示為39 t/h時(shí)差壓變送器測(cè)量的實(shí)際值來(lái)制定保護(hù)和報(bào)警定值。機(jī)組檢修后，流量計(jì)顯示流量為39 t/h時(shí)，定冷水進(jìn)出口差壓值每次會(huì)有所變化，因此保護(hù)定值也要求要在定冷水系統(tǒng)檢修后重新調(diào)整。如圖2。

由邏輯圖可知，現(xiàn)場(chǎng)的三個(gè)差壓開關(guān)，三取二就直接發(fā)發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)信號(hào)。此邏輯單一的通過(guò)定冷水進(jìn)出口差壓來(lái)判斷發(fā)電機(jī)冷卻水流量過(guò)低，這樣的邏輯不夠嚴(yán)密，且現(xiàn)場(chǎng)的差壓開關(guān)可靠性還有待商榷，下面對(duì)儀表進(jìn)行分析。

（1）#5機(jī)定冷水壓力開關(guān)采用SOR壓力開關(guān)，壓力開關(guān)受壓部位容易泄漏，會(huì)造成差壓開關(guān)誤報(bào)。

（2）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，#5機(jī)組定冷水流量測(cè)量采用的是國(guó)外某品牌渦街流量計(jì)。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量不穩(wěn)定，且此流量計(jì)偶爾還會(huì)自動(dòng)重啟，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)不安全因素。

#5機(jī)發(fā)電機(jī)定冷水?dāng)嗨Ｗo(hù)系統(tǒng)用了5個(gè)差壓開關(guān)，其中兩個(gè)開關(guān)用做報(bào)警，三個(gè)開關(guān)三取二做斷水保護(hù)動(dòng)作值?，F(xiàn)場(chǎng)5個(gè)開關(guān)的取樣管都是取自一根總管，總管末端壓力波動(dòng)會(huì)造成壓力開關(guān)誤動(dòng)；且取樣管只有總管有一次門，單個(gè)差壓開關(guān)沒(méi)有設(shè)置二次門，不利于現(xiàn)場(chǎng)檢修、實(shí)驗(yàn)。其定冷水入口壓力變送器2、變送器3安裝在汽機(jī)6 m層取樣管路的高壓側(cè)管路上，與12 m層的定冷水入口壓力變送器1測(cè)量存在偏差，如圖3。

總體結(jié)論表明原先設(shè)計(jì)的邏輯和現(xiàn)場(chǎng)儀表的選型及安裝位置均不合理，無(wú)法滿足其發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)的可靠性要求。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 重新審批修改發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)邏輯

將涉及到保護(hù)的設(shè)備和邏輯修改為更可靠：增加兩個(gè)定冷水入口壓力變送器（與現(xiàn)有的一個(gè)入口壓力變送器測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選中值計(jì)算），報(bào)警定值定為≤0.15 MPa，保護(hù)定值定為≤0.1 MPa（根據(jù)將#5機(jī)組定冷水流量調(diào)低到報(bào)警和保護(hù)流量值時(shí)的出口壓力值確定的定值）。

邏輯改為用定冷水渦街流量計(jì)的流量信號(hào)顯示低于44 t/h時(shí)發(fā)報(bào)警信號(hào)，低于39 t/h時(shí)并且定冷水入口壓力≤0.1 MPa動(dòng)作發(fā)斷水保護(hù)信號(hào)。

2.2 更換現(xiàn)場(chǎng)不合理、不穩(wěn)定的設(shè)備型號(hào)

取消斷水保護(hù)及報(bào)警用的所有差壓開關(guān)，采用穩(wěn)定的冷卻水進(jìn)水壓力模擬量取低限來(lái)代替原來(lái)的開關(guān)量值。增加定冷水流量計(jì)一套，在邏輯組態(tài)中采用可靠性更高的節(jié)流孔板+差壓變送器測(cè)量方式所測(cè)得信號(hào)，原來(lái)的渦街流量計(jì)測(cè)量的信號(hào)只用作畫面監(jiān)視。

2.3 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表不合理的安裝位置進(jìn)行改造

安裝不合格的斷水保護(hù)及報(bào)警用的差壓開關(guān)都取消。將#5機(jī)定冷水入口壓力變送器2、變送器3（安裝在汽機(jī)6 m層取樣管路的高壓側(cè)管路上），移至12 m層的定冷水入口壓力變送器1處，保證定冷水入口壓力三個(gè)測(cè)點(diǎn)所得信號(hào)無(wú)測(cè)量偏差。

3 方案實(shí)施

3.1 取消原有的定冷水差壓開關(guān)

拆除汽機(jī)6 m層現(xiàn)有定子冷卻水進(jìn)出口5個(gè)差壓開關(guān)及其取樣管路，僅保留進(jìn)出口壓力表和差壓變送器，切除的管路做好封堵，拆除的開關(guān)接線用絕緣膠包好裝入線槽。

3.2 加裝節(jié)流孔板定冷水流量計(jì)

在汽機(jī)6米層定子冷卻水母管上安裝焊接式節(jié)流孔板一套（按廠家提供的設(shè)備安裝要求施工），并敷設(shè)取樣管（約16 m）及安裝一、二次取樣門、排污門等到差壓變送器的高、低壓側(cè)取樣口。差壓變送器安裝在靠墻邊，要求制作儀表安裝架（規(guī)格：長(zhǎng)0.6m、高1m，材料：角鐵），同時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)接線柜敷設(shè)鋼制電纜橋架到儀表架。

3.3 入口壓力變送器移位

將兩個(gè)定冷水入口壓力變送器（與現(xiàn)有的一個(gè)入口壓力變送器測(cè)點(diǎn)進(jìn)行三選中值計(jì)算），安裝在原汽機(jī)12 m層發(fā)電機(jī)旁定冷水入口壓力變送器取樣一次門后管路上。在汽機(jī)12 m平臺(tái)發(fā)電機(jī)定子冷卻水入口壓力變送器旁新增加兩個(gè)壓力變送器，并敷設(shè)兩根4×1.5的控制電纜（從#5機(jī)組電子室到壓力變送器，約150 m/根），每個(gè)壓力變送器加裝取樣門二次門，要求加寬現(xiàn)有儀表安裝架約0.6 m如圖4。

3.4 重新審批修改發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)邏輯

邏輯改為用節(jié)流孔板流量計(jì)的流量信號(hào)顯示低于44 t/h時(shí)或定子冷卻水定子線圈進(jìn)水壓力（三個(gè)壓力模擬量三取中）低于0.15 MPa發(fā)報(bào)警信號(hào)；定冷水流量低于39 t/h時(shí)并且定冷水入口壓力（三個(gè)壓力模擬量三取中）0.1 MPa動(dòng)作發(fā)斷水保護(hù)信號(hào)，原來(lái)的渦街流量測(cè)量值只做監(jiān)視用，不參與保護(hù)如圖5。

3.5 實(shí)例效果

對(duì)策實(shí)施完成后，現(xiàn)在開機(jī)已經(jīng)兩月有余。對(duì)#5機(jī)發(fā)電機(jī)定冷水?dāng)嗨Ｗo(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)缺陷情況統(tǒng)計(jì)，到目前為止，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行正常，暫時(shí)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷。統(tǒng)計(jì)如圖6。

從統(tǒng)計(jì)來(lái)看：經(jīng)過(guò)改造后，定冷水系統(tǒng)可靠性顯著提高，效果明顯，系統(tǒng)缺陷數(shù)量由改造前的19次直降至0次，發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)可靠性大大提高。

3.6 發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)應(yīng)注意的問(wèn)題

某廠300 MW機(jī)組規(guī)定：當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組出現(xiàn)斷水情況時(shí)，允許滿載100%額定電流運(yùn)行5 s，備用泵需在5 s內(nèi)投入正常運(yùn)行。如果備用泵在5 s內(nèi)不能正常運(yùn)行，發(fā)電機(jī)必須停機(jī)或者在2 min內(nèi)以每分鐘50%的速率將定子電流自動(dòng)降低到額定電流的15%，同時(shí)定子冷卻水的電導(dǎo)率需控制在 1.5 μs/cm以內(nèi)，我廠300 MW發(fā)電機(jī)組發(fā)生斷水保護(hù)到發(fā)電機(jī)跳閘只有30 s的時(shí)間。

為此定子水系統(tǒng)發(fā)生異?，F(xiàn)象的，經(jīng)過(guò)的水流量變?。ɡ鐢嗨嗨畷r(shí)，應(yīng)通過(guò)甩負(fù)荷或跳閘辦法減少負(fù)荷。視負(fù)荷大小，有時(shí)當(dāng)斷水時(shí)，幾分鐘之內(nèi)絕緣便告損壞。根據(jù)我廠的實(shí)際實(shí)現(xiàn)減負(fù)荷，達(dá)到保護(hù)遲延時(shí)間起一臺(tái)泵。如果不成功就停機(jī)組。

4 結(jié)論

通過(guò)改進(jìn)發(fā)電機(jī)定冷水?dāng)嗨Ｗo(hù)系統(tǒng)，采用了更可靠的設(shè)備，重新設(shè)計(jì)了更穩(wěn)定的斷水保護(hù)邏輯，消除了發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)誤報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)，減少不安全事件的發(fā)生，在機(jī)組的日常維護(hù)中，設(shè)備缺陷大幅降低，可大幅減少檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)行人員的工作量，節(jié)省了人力成本。

參考文獻(xiàn)

[1]QFSN及QFSN2型300～350 MW汽輪發(fā)電機(jī)》產(chǎn)品說(shuō)明書[S].1996（2）.

[2]淺議發(fā)電機(jī)定子線圈斷水的保護(hù)[EB/OL].百度文庫(kù).