AP1000定子冷却水系统调试问题分析

AP1000定子冷却水系统调试问题分析
罗吉江;胡伟卿;冯天时;亓军锋
【摘要】定子冷却水系统为发电机定子绕组提供连续不断的冷却水,以带走发电机定子绕组产生的热量,确保机组的安全、稳定运行.AP1 000发电机采用水氢氢冷却方式,定子线圈冷却方式为水冷.介绍AP1 000定子冷却水系统的特点,重点对定子冷却水系统的调试及调试过程中的问题进行分析和总结,并对机组运行的注意事项提出建议,对同类机组的调试与运行提供借鉴.
【期刊名称】《山东电力技术》
【年(卷),期】2017(044)007
【总页数】4页(P58-60,64)
【关键词】AP1 000;定子冷却水系统;冲洗;调试
【作者】罗吉江;胡伟卿;冯天时;亓军锋
【作者单位】山东核电有限公司,山东烟台 265116;中电投工程公司烟台分公司,山东烟台 265116;山东核电有限公司,山东烟台 265116;山东核电有限公司,山东烟台 265116
【正文语种】中文
【中图分类】TM623.7
AP1000汽轮发电机采用水氢氢冷却方式，即定子绕组采用水冷，定子铁芯和转子采用氢气冷却。

定子冷却水系统向发电机定子绕组提供冷源，带走运行时的热量，确保发电机的安全、稳定运行。

对AP1000发电机定子冷却水系统的冲洗、流量
分配试验方法、验收准则进行介绍，重点对调试过程发现的问题进行分析，对后续机组的运行提出建议，可供同类机组调试、运行参考。

1.1 发电机定子冷却水工艺流程
AP1000汽轮发电机定子冷却水系统主要由定子冷却水箱、2台定子冷却水泵、2台冷却器、2台过滤器、离子交换器及相关管道、阀门等构成。

定子冷却水箱的水经定子冷却水泵升压后，流经定子冷却水冷却器进行冷却，经过滤器进入励磁端的定子冷却水汇流排，然后进入发电机进行冷却，最后由汽端汇流排返回定子冷却水箱。

为确保定子冷却水的电导，系统设置了1套离子交换器，从定子冷却器出来的定子冷却水有一小部分经过离子交换器，降低电导率后返回到水箱，同时来自除盐水分配系统的补水也经过离子交换器进入定子冷却水箱。

在过滤器后的定子冷却水供水管道上安装节流孔板，测量系统供水流量［1］。

定子冷却水系统流程如图1所示。

1.2 定子冷却水系统特点
定子冷却水系统为三菱电机设计制造的模块化系统，布置在发电机下方0m，设备布置紧凑，系统设计简约，无反冲洗管路。

系统补充水有两路，为除过氧的除盐水分配系统和凝结水系统。

定子冷却水系统采用闭式循环，为避免空气中的氧气进入系统，在定子冷却水水箱设置充氢管线，正常运行中保持水箱内氢气压力为30～50 kPa。

发电机定子冷却水断水保护采用压差保护。

在发电机定子冷却水进出口母管分别安装1个压力测点进行压力比较，系统设置3个压差开关，当发电机并网时，出现两个压差达到动作值后发电机断水保护动作。

定子冷却水系统配置两套离子交换器，一用一备，用于去除定子冷却水系统中的阴阳离子，满足系统对电导的要求。

定子冷却水系统水质在线监测配置有3个电导测点，一个pH测点，无氧含量监测
仪表。

1.3 定子冷却水系统主要参数［1］
冷却水流量：3 500～4 000L／min
供水压力：0.7MPa
冷却水电导：小于5μS／cm
冷却水温度：50℃
水箱压力：30～50 kPa
冷却水pH=6～8
冷却水进出口差压正常值：0.24MPa
发电机冷却水进水水温：50℃
发电机冷却水出水水温：77.5℃
2.1 定子冷却水系统冲洗
定子冷却水系统冲洗分3个阶段进行。

第一阶段将发电机进、出口管道拆除，使用不锈钢管道短接进出口管道，并在回水管上安装孔径120μm临时滤网。

冲洗前拆除主管路过滤器滤芯，节流孔板；离子交换器不铺设树脂；电导率仪、流量计及pH计隔离。

临时措施完成后，关闭离子交换器进出口阀，打开离子交换器旁路阀对水箱进行补水，多次对水箱进行冲洗、排放，水质干净透明后启动1台定子冷却水泵对系统进行冲洗，定子冷却水泵运行稳定后再并入另1台泵对系统进行冲洗。

冲洗过程中进行带压排放，边排边对水箱进行补水的冲洗方式进行冲洗，直至回水滤网收集的杂质尺寸小于0.2mm，每4h收集到的杂质小于0.1g即达到合格要求。

第二阶段临时措施不变，将临时滤网由120μm孔径更换为106μm孔径滤网进行冲洗。

验收标准为每4h收集的杂质小于0.02g；固体杂质尺寸小于0.2mm。

第三阶段冲洗为正式系统下的冲洗。

第二阶段冲洗完成后，拆除临时措施，恢复主
管路的过滤器滤芯，节流孔板；投入电导率仪、流量计及pH计运行，离子交换器填装树脂；然后系统进水对系统进行第三阶段冲洗，水质达到正常运行要求即标志着定子冷却水系统冲洗完成。

验收标准为：γ＜5μS／cm，pH=6～8，ρ（Cu）
＜50μg／L，ρ（Fe）＜50μg／L ，ρ（SiO2）＜50μg／L ，ρ（Cl）＜50mg／L，ρ（S）＜50mg／L 。

2.2 定子冷却水系统流量分配
定子冷却水系统的流量测量使用超声波流量计测量［2］，超声波流量计采用富士FUJI／FSC 便携式超声波流量计，适用测量管径为13～600mm，测量误差
±1.0％。

启动定子冷却水系统运行正常后，进入发电机两侧对发电机定子冷却水进、出管流量进行测量，励端为进水侧，汽端为出水侧。

励端沿着水平中分面按逆时针编号分别测量共计108根定子冷却水管的流量，每根水管的流量测量进行两次，然后取平均值。

其中顶部定子冷却水管48根，底部冷却水管48根，发电机
相环冷却水管12根，另外励端还有出线套管6根，这些参数测量完毕后，除12
根发电机相环冷却水管外，其余冷却水管的流量平均值为29.31L／min，励端冷
却水管最大流量为顶部第17根，流量为33.24L／min，最小流量为底部第31根，流量为 20.19L／min。

偏差
式中：Qz为支路流量，L／min；Qj为汽端、励端支路流量的平均值，L／min。

按式（1）可得：
Kmax=（33.24／29.31－1）×100％=13.41％
Kmin=（20.19／29.31－1）×100％=-31.11％
可见，励端的最大偏差和最小偏差均小于50％。

汽端沿着顶部中分面按逆时针编号分别测量共计96根定子冷却水管的流量，每根水管的流量测量进行两次，然后取平均值。

其中顶部和底部定子冷却水管均为48
根，冷却水管的流量平均值为25.75L／min，汽端冷却水管最大流量为顶部第33根，流量为33.59L／min，最小流量为顶部第 45根，流量为17.03L／min，同
理可算出 Kmax为 30.44％，Kmin为-33.86％，汽端最大偏差和最小偏差均小于50％
12根发电机相环冷却水管流量最大为38.08L／min，最小为 29.67L／min，每根冷却水管均畅通。

发电机定子冷却水系统励端、汽端和相环冷却水管的流量符合验收标准，满足要求。

2.3 定子冷却水系统保养
发电机定子空心导线的材质为铜，铜在冷却水中就会发生腐蚀，影响铜发生腐蚀的因素主要有冷却水的pH值、水中的含氧量、水温及水中的杂质含量。

为降低铜发生腐蚀的速率，通常采取措施：1）在冷却水运行时控制水中的pH=6～8；2）在定子冷却水箱中充入一定压力的氢气，隔离空气中的氧进入定子冷却水中；3）定子冷却水的补水取自除盐水分配系统，补水对除盐水进一步除氧。

定子冷却水系统短期保养采用水箱充氢隔离外界的空气，定期启动定子冷却水泵运行。

若定子冷却水系统长期停运，将定子冷却水系统的水排尽，向定子向冷却水箱充入干燥的压缩空气并升压至0.5～0.7MPa，然后快速开启发电机励端底部的球阀释
放空气压力，将水从线圈中排出。

重复这些操作，直到排尽线圈中的水分。

向干燥后的发电机定子绕组中充入一定压力的氮气进行保养。

3.1 临时滤网破损
在定子冷却水系统二阶段冲洗阶段，拆除回水临时滤网进行清理时，发现过滤器滤网有破损现象，多次出现过滤器滤网有大小不等的孔，对收集的杂质进行检查，除了有沙粒等杂质外，还发现了金属颗粒、焊渣，由于冲洗时采用两台泵，冲洗流速大，金属颗粒或焊渣将滤网击穿，造成滤网破损。

一方面对定子冷却水箱和管道进
行换水，排出系统的焊渣等硬质颗粒，另外采用单台泵进行冲洗，降低冲洗水的流速。

对滤网进行修补后重新进行冲洗。

3.2 过滤器缓冲板脱落
二阶段冲洗完毕后恢复定子冷却水系统过滤器时，发现过滤器A和过滤器B内的缓冲板脱落，该缓冲板为不锈钢平板，焊接在过滤器筒体上，如图2所示。

检查后对缓冲板进行优化，将平板更换为带一定弧度的不锈钢板，优化后的缓冲板与过滤器筒体焊接的接触面增大，增加了缓冲板与筒体连接的牢固性。

根据1号机组情况，对同类问题的2号机组过滤器缓冲板也进行更换。

3.3 定子冷却水系统流量偏小
定子冷却水系统冲洗完成后，恢复为正式系统，定子冷却水系统流量显示偏小，对系统各运行参数进行逐一排查，未发现明显异常。

对汽轮机16m平台供水管道法兰垫片尺寸进行复查，尺寸符合设计要求。

经过多方分析、查找，怀疑定子冷却水母管节流孔板尺寸不正确，拆除节流孔板进行测量，内径为70mm，小于厂家设计的75mm，对节流孔板进行扩孔至设计值，定子冷却水流量由3 300L／min升至3 450L／min，仍然达不到厂家的3 700L／min的目标（设计值 3 500～4 000L／min），与厂家设计人员沟通，确定再次对节流孔板进行扩孔至内径82.5～83mm进行试验。

定子冷却水节流孔板扩孔至82.5mm后，定子冷却水流量升至3 500～3 600L／min，基本满足设计要求，按照内径82.5mm进行定子冷却水流量分配试验，测量各支路流量。

经过调试，AP1000汽轮发电机定子冷却水系统的流量达到设计要求，设备运行稳定，热工保护、连锁正常。

在定子冷却水系统运行时注意以下几点。

定子冷却水系统投入运行时，为减少氧腐蚀，建议维持定子冷却水水箱一定的氢气压力，使定子冷却水系统形成全封闭式系统。

厂家要求定子冷却水系统电导小于5.0μS／cm即可，不符合我国关于大型发电机
内冷水水质电导范围为 0.4～2.0μS ／cm［3］的要求，建议在机组运行期间执行更加严格的国内标准。

运行中做好化学监督工作，尤其是定子冷却水中铜离子含量和pH值，发现异常及时进行分析、处理；建议铜离子质量浓度控制在10μg／L左右，pH值在7～8范围运行。

维持离子交换器的正常运行，关注离子交换器出口水质；定期更换树脂，机组停运后仍保持一段时间的运行，以保证定子冷却水水质。

铜腐蚀产物随温度升高而其溶解度降低，因此控制好定子冷却水水温，维持在45～50℃范围。

【相关文献】
［1］缪亚民.AP1000核电厂常规岛系统初级运行［M］.北京：中国原子能出版传媒有限公司，2011.
［2］全国大型发电机标准化技术委员会.汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定：JB／
T6228—2014［S］.北京：机械工业出版社，2015.
［3］电力行业电机标准化技术委员会.大型发电机内冷却水质及系统技术要求：DL／T801—2010［S］.北京：中国电力出版社，2011.。