一起發(fā)電機定冷水流量緩慢下降異常診斷及處理

謝 慶，肖承明，付名江

（國家能源集團江西電力有限公司，江西南昌 330029）

0 引言

某發(fā)電公司有2 臺650 MW 超臨界發(fā)電機組，分別于2007 年3 月和7 月投產(chǎn)。配套發(fā)電機為上海汽輪發(fā)電機有限公司提供的西門子公司制造的三相同步汽輪發(fā)電機，型號為THDF118/56。發(fā)電機額定容量667 MVA，額定功率因數(shù)0.9，最大連續(xù)輸出容量733 MVA，最大連續(xù)輸出功率660 MW。發(fā)電機采用水氫氫冷卻方式：定子線圈水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子線圈直接氫冷，轉(zhuǎn)子本體及定子鐵芯氫冷，定子出線氫冷。

2021年11月份，1號機組運行中發(fā)電機定冷水流量開始出現(xiàn)緩慢下降的趨勢，到2022 年1 月23 日，已由最初的110 t/h降至100 t/h，定冷水流量繼續(xù)下降將觸發(fā)發(fā)電機斷水保護動作，對發(fā)電機的正常運行構成了重大的事故隱患[1]。

1 設備介紹為

發(fā)電機定冷水系統(tǒng)的作用是向發(fā)電機提供連續(xù)不斷的符合品質(zhì)要求的冷卻水，由100%容量的定冷水泵兩臺、冷卻器兩臺、出口過濾器兩臺、0.13 m3容量的離子交換器一臺、2.7 m3容量的水箱一臺以及管道閥門組成（見圖1）。整個系統(tǒng)利用一個再循環(huán)手動門和一個溫度控制閥維持發(fā)電機定冷水的進水壓力（0.28 MPa 左右）和進水溫度（45-50 ℃）。定冷水正常流量為105 t/h 左右，對應的壓差為140 KPa 左右。發(fā)電機定冷水進口流量低報警為80 t/h 左右，對應的壓差為90 KPa左右。

圖1 發(fā)電機定冷水系統(tǒng)流程圖

2 異?，F(xiàn)象特征

2.1 發(fā)電機定冷水流量變化特征

通過DCS歷史趨勢調(diào)取1號發(fā)電機定冷水流量變化過程（見圖2）可知，2021年11月中旬左右定冷水流量開始呈整體緩慢下降趨勢，趨勢圖中流量突然明顯向上、向下變化的原因為定冷水泵倒換引起（兩臺定冷水泵出力略有不同），在經(jīng)過70 天的緩慢下降后于2022年1月23日降至100 t/h，運行人員采取關閉定冷水泵再循環(huán)手動門的方式，提高定冷水流量至105 t/h。

圖2 1號發(fā)電機定冷水流量變化趨勢

2.2 發(fā)電機定冷水進水壓力變化特征

從1號機定冷水系統(tǒng)遠傳參數(shù)看（見圖3），1號發(fā)電機定冷水進水壓力隨定冷水流量幾乎是完全同步下降（紅線為流量，紫線為壓力），由0.27 MPa 緩慢下降至0.24 MPa，而A、B 定冷水泵運行電流（藍色為A泵，綠色為B泵）變化不明顯。

圖3 1號發(fā)電機定冷水參數(shù)變化趨勢

2.3 定冷水系統(tǒng)就地參數(shù)變化特征

2022年1月25日，檢查1號機定冷水系統(tǒng)就地儀表盤，定冷水泵出口壓力為0.75 MPa，定冷水濾網(wǎng)進口壓力0.53 MPa，定冷水濾網(wǎng)出口壓力0.47 MPa（見圖4（b）），濾網(wǎng)差壓為0.06 MPa，濾網(wǎng)差壓低于差壓大報警值（0.08 MPa）。

圖4 1號發(fā)電機定冷水系統(tǒng)就地儀表指示對比

查閱1號機組定冷水系統(tǒng)就地儀表歷史參數(shù)（見圖4（b）），定冷水泵出口壓力正常為0.57 MPa，定冷水濾網(wǎng)進口壓力0.53 MPa，定冷水濾網(wǎng)出口壓力0.46 MPa，定冷水濾網(wǎng)差壓為0.07 MPa，參數(shù)對比表明定冷水濾網(wǎng)差壓基本正常，定冷水泵出口壓力較正常值高0.18 MPa。

3 定冷水流量緩慢下降原因排查

文獻[2-6]表明發(fā)電機定冷水流量下降主要原因有定子線棒銅腐蝕、供水管路濾網(wǎng)堵塞、備用定冷泵出口逆止門不嚴、備用泵聯(lián)啟失敗、定冷水流量波動等。根據(jù)公司定冷水系統(tǒng)現(xiàn)場實際運行情況，對定冷水流量下降原因逐一展開了排查。

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時，一般現(xiàn)象是泵出口壓力和出口流量一起下降，且一般為瞬時下降，泵內(nèi)有異常聲音發(fā)出，與該次異常泵出口壓力上升流量下降、定冷水流量緩慢下降特征不相符，定冷水泵故障予以排除。

3.2 定冷水泵出口逆止門故障排查

定冷水系統(tǒng)運行中，如果發(fā)生備用定冷水泵出口逆止門關不嚴的情況，運行定冷水泵出口的壓力水將有部分經(jīng)過備用泵出口逆止門倒流回到定冷水箱，引起運行泵出口壓力下降，定冷水流量下降，一般伴隨有備用定冷水泵反轉(zhuǎn)現(xiàn)象?，F(xiàn)場檢查備用定冷水泵沒有反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，用紅外測溫槍測量備用定冷水泵進、出水管表面溫度也顯示為常溫，沒有定冷水流通的跡象，與現(xiàn)場運行定冷水泵出口壓力也不符，綜合現(xiàn)場檢查情況，可以排除備用定冷水泵出口逆止門不嚴引起定冷水流量下降。

如果發(fā)生運行定冷水泵出口逆止門卡澀在某一較小開度，則運行定冷水泵出口壓力上升，定冷水母管壓力和流量下降，與異常情況參數(shù)相吻合，但是這種情況在倒換定冷水泵運行的時候則會出現(xiàn)停運該泵時會發(fā)生反轉(zhuǎn)，定冷水流量大幅下降，極有可能造成定冷水流量低觸發(fā)發(fā)電機斷水保護動作跳閘，從定冷水泵倒換的實際情況看，倒換泵時定冷水流量是穩(wěn)定的，運行泵停止時也沒有反轉(zhuǎn)，運行泵出口逆止門卡澀引起流量下降也予以排除。

3.3 定冷水濾網(wǎng)堵塞排查

如果定冷水濾網(wǎng)運行中發(fā)生堵塞，將使定冷水濾網(wǎng)進口壓力上升，出口壓力下降，定冷水流量下降，定冷水濾網(wǎng)差壓超過報警值。從現(xiàn)場參數(shù)看，定冷水濾網(wǎng)進、出口壓力同步上升，定冷水濾網(wǎng)差壓僅0.06 MPa，在報警值以內(nèi)，定冷水濾網(wǎng)堵塞引起流量下降予以排除。

3.4 發(fā)電機定子線棒銅腐蝕排查

運行中發(fā)電機定子線棒銅腐蝕時，定子線棒流通面積減少，發(fā)電機進口定冷水受阻，發(fā)電機進口定冷水壓力上升，發(fā)電機進、出口定冷水差壓升高，伴隨發(fā)電機定冷水出水溫度上升、定冷水銅離子超標等異常現(xiàn)象。從現(xiàn)場情況看，發(fā)電機進口定冷水壓力略有下降，發(fā)電機進、出口定冷水差壓略有下降，定冷水出水溫度正常，定冷水銅離子含量在合格值以內(nèi)，定冷水系統(tǒng)參數(shù)均與定子線棒銅腐蝕現(xiàn)象不相符，予以排除。

3.5 排查結(jié)論

經(jīng)逐一排查，發(fā)電機定冷水系統(tǒng)流程圖（見圖1）中剩下的設備只有定冷水冷卻器了，結(jié)合1 號發(fā)電機定冷水就地儀表指示對比圖（見圖4）可知，正常運行時定冷水冷卻器進、出口壓差為0.04 MPa（定冷水泵出口壓力0.57 MPa-定冷水濾網(wǎng)進口壓力0.53 MPa），而現(xiàn)在異常情況下定冷水冷卻器進、出口壓差為0.22 MPa（0.75 MPa-0.53 MPa），定冷水冷卻器進、出口壓差明顯的增大了，判斷為冷卻器流動阻力增大。

4 定冷水冷卻器檢查

4.1 冷卻器倒換

當前1 號機定冷水系統(tǒng)B 冷卻器運行，A 冷卻器備用，既然運行冷卻器存在問題，可以采取倒換一臺冷卻器運行進一步確定故障范圍。2022 年3 月28 日11 時29 分進行冷卻器倒換操作，倒換至A 冷卻器運行后定冷水流量升至130 t/h 頂量程，開啟定冷水泵再循環(huán)手動門調(diào)整定冷水流量至110 t/h 維持運行（見圖5），檢查發(fā)電機定冷卻水系統(tǒng)參數(shù)均已恢復正常。確定故障點為定冷水B冷卻器，將定冷水B冷卻器隔離退出備用。

圖5 定冷水冷卻器倒換前后參數(shù)變化趨勢

4.2 定冷水B冷卻器檢查

1 號機組2022 年4 月初調(diào)停，期間停止發(fā)電機定冷水系統(tǒng)對B 冷卻器進行了解體檢修，檢查冷卻器進、出口管板無雜物堵塞，冷卻器換熱管束內(nèi)部無堵塞，對B冷卻器進、出水閥門進行拆除檢查，發(fā)現(xiàn)B冷卻器進口門手柄全開狀態(tài)下閥芯只有1/2 不到的開度，操作閥門手柄檢查閥芯動作同步，操作B 冷卻器進口門手柄至全關時閥芯仍有1/2 左右開度（見圖6），采取將B 冷卻器進口門閥門更換為新閥門處理，倒換為B 冷卻器運行，A 冷卻器備用，啟動定冷水系統(tǒng)運行檢查系統(tǒng)參數(shù)均正常，至此1號機定冷水流量異常下降安全隱患得到消除。

圖6 冷卻器進口門手柄開、關對應閥芯狀態(tài)

5 定冷水流量下降原因分析及防范措施

5.1 定冷水流量緩慢下降原因分析

從1 號機定冷水B 冷卻器進口閥門解體后試操情況分析，閥門的手柄狀態(tài)是正常的，閥芯的位置是錯誤的，閥芯與手柄位置的對應關系已發(fā)生改變，可定義為閥芯零位飄移，由于流量異常下降發(fā)生之前定冷水流量均穩(wěn)定正常，可以判斷異常發(fā)生前B冷卻器進口閥門的實際開度是全開或接近全開的，即手柄位置和閥芯的位置是一一對應關系（手柄關閉時閥芯全關，手柄開啟時閥芯全開），由于1號機定冷水流量下降變化趨勢是長時間的逐漸緩慢下降，可以判斷，B冷卻器進口門閥芯在此過程中發(fā)生了緩慢自關的情況，隨著閥芯的關小產(chǎn)生節(jié)流作用，B 冷卻器進口流通面積逐漸減少，定冷水流量逐漸下降，閥門進口阻力逐漸增大，閥門前定冷水壓力逐漸上升（泵出口壓力上升）。

5.2 冷卻器進口閥門零位漂移原因分析

定冷水B冷卻器進口閥門為手動蝶閥，手柄在開位和關位均設置有鎖定按鈕，可有效防止機組運行中閥門手柄自關和誤碰關閉造成定冷水流量異常，蝶閥的閥桿與閥芯為連接鍵傳動，如果連接鍵發(fā)生磨損或斷裂則閥芯松動偏移原始位置，原來與水流方向平行的閥芯兩側(cè)水壓相等，沒有不平衡受力，閥芯偏移水流方向后，閥芯兩側(cè)產(chǎn)生不平衡力，由于1 號機定冷水系統(tǒng)運行中B冷卻器運行，源源不斷的壓力水一直作用在閥芯上，閥芯在不平衡力作用下持續(xù)移動，慢慢越關越小，影響到定冷水的流量下降。

5.3 防范措施

定冷水冷卻器進口蝶閥運行中發(fā)生零位漂移自動關小在文獻中尚為首次出現(xiàn)，定冷水系統(tǒng)是為發(fā)電機定子線圈提供冷卻水的重要系統(tǒng)，一旦發(fā)生定冷水流量下降情況，輕則造成機組跳閘，重則可能損壞發(fā)電機設備，防止定冷水系統(tǒng)蝶閥發(fā)生零位漂移措施十分重要，首先要對定冷水系統(tǒng)蝶閥建立全壽命周期管理臺帳，蝶閥使用壽命到期前提前更換新閥門；其次定冷水系統(tǒng)定期檢修時需要對系統(tǒng)的蝶閥進行解體檢查，蝶閥的門桿和閥芯的傳動部分作為重點檢查內(nèi)容，連接鍵磨損和損壞時及時進行更換；定冷水系統(tǒng)蝶閥的調(diào)試要仔細認真，全開全關定位要準確，防止閥芯位置裝偏；定冷水系統(tǒng)就地儀表盤參數(shù)應列入巡檢內(nèi)容（DCS 未接入），記錄在巡檢數(shù)據(jù)庫中，掌握就地參數(shù)的變化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。

6 結(jié)語

1）定冷水系統(tǒng)的閥門故障是定冷水系統(tǒng)運行異常的常見原因，定冷水系統(tǒng)的重要閥門要定期進行檢修維護，防止出現(xiàn)逆止門卡澀和閥芯零位漂移等異?，F(xiàn)象，避免發(fā)生發(fā)電機斷水事故。

2）定冷水泵出口壓力和出口母管壓力顯示宜接入DCS 系統(tǒng)，以便于定冷水系統(tǒng)運行異常時進行運行參數(shù)綜合分析，縮短判斷故障點的時間，及時消除事故隱患。

3）機組運行參數(shù)的異常分析是運行維護的重要環(huán)節(jié)，機組重要參數(shù)的細小變化反應了設備的狀態(tài)改變，運行人員要及時發(fā)現(xiàn)、及時分析，通過“望、聞、問、切”手段及時進行診斷，找到故障原因，及時消除隱患，做好機組安全運行的“衛(wèi)士”。