600MW汽轮发电机定冷水系统典型异常案例分析

600MW汽轮发电机定冷水系统典型异常案例分析

及防范措施

刘新智

(福建大唐国际宁德发电有限责任公司，福建宁德，355006)

摘要：本文通过阐述某厂600MW汽轮发电机定冷水系统发生的两次典型异常事件，提出发电机定冷水系统运行中“负压区”的概念，总结了定冷水系统“负压区”可能存在的安全隐患，剖析了该型号发电机组定冷水系统在设计、运行方面存在的不足。该厂通过对定冷水系统设备改造及优化，很好地消除了发电机断水的安全隐患。也为同类型发电机定冷水系统安全运行、技术改造提供了经验。

关键字：定冷水泵 断水保护 气蚀 虹吸

0 前言

2011年10月X日某厂600MW机组发电机运行中突然出现定冷水流量急剧下降，备用定冷泵联启后同样不打水，最终发电机断水保护动作，机组跳闸。经过对定冷水系统多次排查，并利用机组停备进行一系列试验后，终于找到了造成两台定冷水泵运行中同时不打水的原因，两台定冷水泵均发生了严重的气蚀现象。

2023年4月X日，同样是该机组定冷水系统发生了严重的水质劣化异常，经技术人员深入排查，发现是定冷水系统存在吸空气所致。

1 发电机定冷水系统概况

1.1 发电机及其定冷水泵主要参数

该厂发电机采用的是哈尔滨电机厂制造的QFSN-600-2YHG型三相交流隐极式同步汽轮发电机，采用水、氢、氢冷却方式，定子绕组直接水冷，定、转子铁芯及转子绕组为氢气冷却。定子冷却水系统采用哈尔滨电机厂提供的定冷水套装设备，定子绕组的冷却水由内冷水泵强制循环，进出水汇流管分别装在机座内的励端和汽端，并通过定子冷却水冷却器进行冷却，定冷水泵主要设计参数见表1：

表1 定冷水泵主要参数

1.2 发电机定冷水系统简图

                                 图1 定冷水系统简图

2 发电机定冷水系统典型异常案例

2.1 案例一：发电机定冷水虹吸管路异常引起发电机断水

2011年10月X日，该机组A定冷水泵运行期间，定冷水流量突然由94t/h降至63t/h，备用水泵联锁启动后同样出现不打水，定冷水流量下降至保护值，发电机“断水保护”动作机组跳闸。异常发生前该机组定冷水系统主要存在以下异常现象：

（1）定冷水泵电流、定冷水压力、流量均随定冷水箱液位变化出现大幅度的变化，定冷水流量在93～113t/h间变化，定冷水压力在0.36～0.45MPa间变化，流量、压力受定冷水箱液位影响明显，尤其低液位时波动幅度更大，具体参数变化特征见图2。

图2 发电机定冷水断水前主要运行参数

（2）定冷水泵出口压力在0.65～0.8MPa间剧烈摆动。

（3）定冷水取样发现定冷水有大量空气泡溢出，定冷水进、回水管有明显的晃动。

（4）定冷水系统正常运行期间，开启定子线圈放空阀，定子线圈放空气管有明显的吸气现象。

经排查该机组定冷水泵运行中发生了严重气蚀，造成水泵气蚀的原因有：

（1）发电机定子线圈排空管路存在吸空气，定冷水中含大量气泡使定冷水泵发生气蚀。该发电机定冷水系统虹吸破坏管和定子线圈排空气从同一点引出（见图1），定冷水系统运行期间该引出点处于负压状态，机组运行期间由于定子线圈排空手动门关闭不严，大量空气吸入定冷水回水管路，与定冷水回水强制混合后进入定冷水系统。

（2）定冷水箱运行液位偏低。机组发生发电机断水事故时定冷水箱水位接近低位，由于定冷水中含大量空气泡，定冷水箱中真实水位比显示水位更低，泵必需气蚀余量不足造成定冷水泵气蚀。

（3）定冷水箱内回水管路设计不合理。定冷水箱内回水口与泵吸入口距离较近，水平距离仅12cm左右，且回水直冲击进入定冷水泵吸入口，定冷水中空气无法及时析出，进一步加剧了水泵的气蚀。

综上所述，定冷水内混入大量空气，是造成定冷水泵气蚀不打水的主要原因。同时定冷水箱水位处于低位，受大量气泡混入定冷水的影响，定冷水箱内实际水位过低，更加剧了定冷水泵的气蚀。再加上定冷水系统本身回水管道设计存在不足以及系统阀门、法兰不严吸气等影响，最终造成定冷水断水停机。

经电厂技术人员对定冷水系统多次检查、试验，并采取措施后定冷水泵气蚀现象消失，定冷水流量、压力以及水泵电流趋于稳定，采取的措施主要包括：

（1）消除定子线圈排空手动门内漏。

（2）提高定冷水箱最低运行液位。适当提高定冷水箱最低补水液位，提高定冷水泵入口静压，提高有效气蚀余量，改善水泵工作环境。

（3）对定冷水回水管出水口进行优化设计，在定冷水回水管末端增加一个90

°的弯头（见图3），改造后定冷水回水不再直冲定冷水泵入口，有利于定冷水中气泡及时析。

图3 发电机定冷水箱回水管道优化示意图

图4 定冷水泵气蚀问题消除后系统主要运行参数

2.2 案例二：发电机定冷水虹吸异常引起发定冷水水质异常

2023年4月X日，运行人员对发电机定子线圈进行排空气操作后，发现定冷水压力由0.41MPa升高至0.45MPa，定冷水流量由113t/h降低至111t/h。发电机定冷水PH值由8持续下降至6.4，增大加药量后PH值仍无法升高，化验铜离子由正常的5μg/L升高至40μg/L，发电机出现了明显的腐蚀现象。

检查发现发电机定子线圈排气口有明显吸气现象，定子线圈排气手动门内漏。由于该发电机定子线圈排空管引出点处于定冷水系统的“负压区”，定子线圈排空门关闭不严，大量空气被吸入定冷水回水管路并随回水一起进入水箱，空气中的CO2与NaOH药液发生反应，中和氢氧根离子后生成碳酸根离子，使得定冷水PH值持续降低，进而造成发电机腐蚀。

在对发电机定子线圈排气管打堵处理后，定冷水压力、流量均逐步恢复至异常前水平，水质也恢复正常。

3发电机定冷水系统“负压区”阐述及运行中存在的风险点分析

3.1 发电机定冷水系统运行期间，定冷水系统部分位置处于负压状态，我们将这些部位称为定冷水系统“负压区”，这些部位主要包括：

（1）发电机定冷水回水管路。发电机回水管至定冷水箱液面高差一般在10～13米，定冷水回水在重力作用下快速落回水箱，势必在定冷水回水管顶部产生较高负压。

（2）发电机定冷水虹吸破坏管。为防止运行中发电机断水后，由于定冷水回水的“虹吸效应”将定子线圈内的水吸空，在发电机定冷水回水管最高点设置有虹吸破坏管，定冷水系统运行中虹吸破坏管同样处于负压状态。

（3）发电机定子线圈排空管及平衡管。在发电机定冷水进水、回水管路之间连接有一根通径为5mm的平衡管，平衡管与定冷水回水管的高点排空管及虹吸管相通，这些管路也处于负压状态。

（4）定冷水泵入口段及机封处。由于水泵抽吸作用，运行定冷水泵入口管道、水泵机封及相应管路部分也是处于负压状态。

3.2 定冷水系统运行期间，“负压区”不严密吸入空气后，可能引起定冷水泵气蚀，进而带来以下危害：

（1）发电机定冷水断水。由于两台定冷水泵入口取自同一母管，严重气蚀将造成两台定冷水泵均不打水，进而造成发电机断水，机组跳闸。

（2）定冷水泵损坏。定冷水泵在气蚀工况下运行，泵体及叶轮将受到严重损伤。

（3）定冷水泵出口逆止阀失去逆止功能。定冷水泵长期在气蚀工况下运行，出口逆止阀阀体与阀芯的密封面将被侵蚀受损，失去逆止密封功能，一旦发生运行定冷水泵跳闸，即使备用定冷水泵联锁启动，也极有可能造成发电机断水。

（4）负压区管路上的取样信号失真，可能造成水泵联锁动作，甚至造成保护信号误动。

（5）定冷水PH值降低，使得定冷水加药量不正常的大幅增加，同时PH值的持续降低，造成发电机严重腐蚀。

4针对定冷水系统“负压区”的运行、维护建议

4.1机组运行期间应对发电机定冷水压力、流量以及定冷水泵运行电流等参数，进行定期对比分析，发现定冷水泵存在气蚀现象或水质劣化，应对定冷水系统“负压区”阀门、管路进行全面排查，及时消除隐患。

4.2加强定冷水系统“负压区”阀门、焊口、法兰、管路的检查维护。停机后及时将定冷水系统倒换为反洗方式，可以发现并及时消除定冷水系统“负压区”存在的吸气缺陷。

4.3对定冷水系统已经存在气蚀或吸气异常的机组，可考虑在定冷水箱顶部充氮运行，尽可能地降低定冷水中的空气含量。

5总结

由于发电机定冷水系统设计不足、设备缺陷、运行方式不合理等，系统的“负压区”可能吸入空气，进而造成定冷水泵气蚀、定冷水水质异常等，严重时甚至造成发电机腐蚀、机组非停的恶性事故。“负压区”吸空气现象较为隐蔽，容易被运行人员和技术人员忽视，需引起高度警觉。通过对定冷水系统参数分析、系统倒换等手段，我们应能及时排查出存在的异常并消除，为定冷水系统运行的安全性和可靠性提供保障。

参  考  文  献

[1]《流体力学》第二版,中国电力出版社 孔珑

[2] 《定子冷却水控制系统使用说明书》，哈尔滨电机厂

[3] 《600MW超临界机组集控运行规程》，福建大唐国际宁德发电有限责任公司

作者简介：

刘新智（1980，男，新疆，本科，工程师，热能与动力工程）

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