通用600MW定子冷却水控制系统

技术文件模板 目 录 1 概述 2 定子冷却水控制系统工作原理 3 定子冷却水控制系统的组成 4 定子冷却水控制系统的设计参数 4.1 水量 4.2 水压 4.3 进水温度 4.4 出水温度 5 定子冷却水控制系统的主要设备 5.1 水泵 5.2 水箱 5.3 水-水冷却器 5.4 水过滤器 5.5 离子交换器 5.6 水温调节器 5.7 电导率计及其传感器 6 水控制系统的报警信号 7 水系统的安装、操作及保管 7.1 安装 7.2 操作 7.3 存放期间的保管 8 定子冷却水系统及其管路的安装、试验及冲洗 8.1 说明 8.2 泄漏的预防 8.3 定子绕组及其它组件的空气试验 8.4 空心定子线圈的除水和干燥 8.5 定子线圈及水管路的冲洗 9 用氮气为水系统加压 10 定子冷却水控制系统的运行 10.1 水系统运行前的准备 10.2 定子冷却水系统的气体置换及充氮 10.3 给水系统加压 10.4 水系统的循环检查 10.5 定子水冷却器的运行 10.6 离子交换器的运行 10.7 水过滤器的运行 10.8 水箱的运行 10.9 水系统运行时的注意事项 11 开关运行情况 12​ 关于发电机断水保护 13​ 定子水系统发生异常现象的分析 13.1 断水现象 13.2 水电导率增加的原因 1 概述: 该型定子冷却水控制系统是为600MW汽轮发电机配套而设计和制 造的。该系统向发电机定子绕组提供连续不断的冷却水并对其进行监控 和保护。 该型汽轮发电机采用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水冷却。发电 机所需冷却水的水质、水量、水压、水温等均由本系统来保证。 本说明书是定子冷却水控制系统现场调试、起动运行及集装维修工 作中的技术说明和技术指导性文件。 2 定子冷却水控制系统工作原理: 冷却水控制系统采用闭式循环方式，使连续的高纯水流通过定子线 圈空心导线，带走线圈损耗。进入发电机定子的水是从化学车间直接引 来的合格化学除盐水。补入水箱的化学除盐水通过电磁阀、过滤器，最 后进入水箱。开机前管道、阀门、集装所有元件和设备要多次冲洗排污， 直至水质取样化验合格后方可向发电机定子线圈充化学除盐水。水箱内 的软化水通过耐酸水泵升压后送入管式冷却器、过滤器，然后再进入发 电机定子线圈的汇流管，将发电机定子线圈的热量带出来再回到水箱， 完成一个闭式循环。 为了改善进入发电机定子线圈的水质，将进入发电机总水量的5～ 10%的水不断经过本装置内的离子交换器进行处理，然后回到水箱。 3 定子冷却水控制系统的组成: 本系统由下列主要部件组成： 3.1 水泵两台：Q＝115T/H，P＝0.75MPa 3.2 水—水冷却器2台，一台工作，一台备用。 3.3 XLS-100型水过滤器二台Dg100，P＝0.8MPa，过滤精度100μ。 3.4 交换器出口过滤器一台，Dg25，P＝0.8MPa。 3.5 水箱一个，V＝2m3。 3.6 离子交换器一台，直径Φ325mm，高度1200mm。 3.7 电导率仪3台。 3.8 电磁阀：Dg25 P＝1.2MPa 1台，AC220V。 3.9 压差、压力开关 1套，流量开关1件。 3.10 减压器一台：P＝0.014MPa。 3.11​ 安全阀一台：P＝0.1MPa，开启压力P＝0.035MPa。 3.12 水温调节器 一套 3.13 温度计6件，温度开关2件。 3.14​ 压力11件：0～1.0MPa；－0.1MPa～0MPa～0.06MPa。 4 定子冷却水系统设计参数 4.1 水量： 定子水（即化学除盐水）：90T/H±3T/H 二次水（普通水)：350T/H 4.2 水压： 定子冷却水：0.25MPa～0.35MPa 二次水：小于0.3MPa 4.3 进水温度： 定子水：45℃～50℃ 二次水：≤33℃ 4.4 出水温度： 定子水≤90℃ 5 定子冷却水控制系统的主要设备 5.1 水泵：为两台不锈钢交流电动离心水泵，一台工作，一台备用，在 每台泵的进出口管路上装有压差开关，当工作泵故障时通过压差开关将 备用泵自动投入运行，两台泵互为联锁。每台泵的出口装有止回式截止 阀，系统正常运行时，该阀门为常开，起止回阀的作用。在系统检修时， 可关闭阀门作为截止阀使用。 5.2 水箱：为不锈钢制造，容积为2m3，补水水源由化学车间引来除盐 水，通过电磁阀自动或手动补水。水箱内充有氮气，通过减压器自动补 入水箱，水箱内氮气压力为0.014MPa，水箱上设有安全阀，当氮气压力 增至0.035MPa时，自动开启放气，防止水箱超压。当氮气压力高于 0.​ 042MPa时，水箱上的压力开关动作并报警。水箱上装有水位信号器， 当水位低或高时发出报警信号。水箱底部装有排污阀，上部装有排气阀。 5.3 水冷却器选用不锈钢管式冷却器，一台工作，一台备用。单台冷却 器运行可保证发电机运行维持其100%的额定电流。 5.4 XLS-100水过滤器为不锈钢制造，装在主管路上，一台工作，一台 备用，当过滤器进出口压力差高于正常压力差0.021MPa时，跨接于过 滤器进出口处的压差开关发出报警信号，手动投入备用过滤器，切除原 使用的过滤器，并清洗干净做为备用。LS-25水过滤器为不锈钢制造， 装在水处理管路上，当离子交换器不锈钢丝网破损，可捕捉树脂，以免 树脂进入发电机堵塞定子线圈。 5.5 离子交换器为不锈钢制造，直径为Φ325mm，高度1735mm，运行周 期约1200小时，比例循环5%～10%，处理后水电导率值0.1μs/cm～0.5 μs/cm。阳阴树脂体积比为1：1，阳树脂为＃732，重24公斤，阴树脂 为＃717，重20公斤，当监测离子交换器出口水质的电导率计显示其电导 率值高于0.5μs/cm时，表明离子交换器中的树脂已失效，此时应从系统 中切除离子交换器，更新树脂，再投入系统运行。 5.6​ 定子冷却水进水温度，由水温调节器来调节和控制，保证进水温度 达到设定值。 5.7 电导率计及其传感器 监测定子冷却水水质采用三个电导率计，两只电导率计的传感器装 在发电机冷却水管路进口，另一只装在离子交换器出口管路。分别监测 发电机进水和离子交换器出口水的电导率。离子交换器出口处电导率计 还可间接监视离子交换器中树脂的状态。 电导率计可输出开关量报警信号及4～20mADC信号。正常工作状 态下，离子交换器出口电导率应控制在0.1μs/cm～0.4μs/cm以内，当出 水电导率达到0.5μs/cm时，电导率计CC1发出“离子交换器出水电导 率高”报警信号。发电机正常运行状态下，定子冷却水电导率应该控制 在0.5μs/cm～1.5μs/cm范围内。当电导率增加到5μs/cm时，电导率计 CC2发出“定子线圈进水电导率高”报警信号。当电导率增加到9.5μs /cm时电导率计CC3发出“定子线圈进水电导率很高”报警信号。此外 ，在发电机运行时，当定子冷却水的电导率增加到1.5μs/cm时，同时定 子线圈的供水量不足，并且水系统中备用泵在5秒钟内不能投入运行， 致使定子线圈中水流量降低，发电机必须停机或者在2分钟内以每分钟 50%的速率将定子电流自动降低到额定电流的15%，同时定子冷却水的 电导率需控制在1.5μs/cm以内。当定子冷却水电导率增高至5μs/cm时 ，同时发电机在100%额定电流的运行状态下，当定子线圈中水流量降低 时，水系统中备用泵必需在5秒钟内投入正常运行。 6​ 定子冷却水控制系统的报警信号 信 号 装 置 序号 信 号 名 称 整 定 值 保 护 操 作 备 注 1 泵“1A”停止 0.14MPa 开关SW21动作 延时3 - 5秒启动1B泵 2 泵“1B”停止 0.14MPa 开关SW20动作 延时3 - 5秒启动1A泵 3 定子线圈进水温度高 >60℃ 温度开关SW24动作 4 定子线圈出水温度高 >90℃ 温度开关SW25动作 5 交换器出水电导率高 >0.5μs/cm 电导率仪SW34发信号 更换 树 脂 6 定子线圈进水电导率高 >5μs/cm 电导率仪SW32发信号 报 警 7 定子线圈进水电导率过高 >9. 5μs/cm 电导率仪SW33发信号 甩负荷或打闸停机 8 水箱水位低 液位信号 指示液位450mm 液位信号器SW27动作 补水电磁阀打开 正常水位550mm 9 水箱水位高 液位信号器指示液位650mm 液位信号器SW26动作 查明原因手动调整水位 正常水位550mm 10 水箱氮气压力高 0.042MPa 压力开关SW28动作 安全阀自动排氮 11 备用水流通信号 15.14L/min 流量开关SW23动作 12 定子水流量低 2/3额定流量 压差开关SW29动作 报 警 13 定子水流量很低 1/2额定流量 压差开关SW30A、SW30B、SW30C动作 延时30秒减负荷 14 定子绕组水压降高 比正常压差高0.035MPa 压差开关SW31动作 报 警 15 发电机氢与水的压差低 <0.035MPa 压差开关SW35动作 手调旁路阀门 16 过滤器压力损失升高 比正常压差高0.021MPa 差压开关SW22动作 清洗滤芯 7 水系统的安装、操作及保管 定子冷却水控制系统采用集装形式，所有组件均安装在一个底座上， 如电动机、过滤器、离子交换器和电导率仪等，防止单独发运损坏。所 有管道的对外联接口都装有反法兰和密封垫，以防止杂质和其它外来杂 物进入。 7.1 安装 当冷却水控制系统到达现场时，应抓紧时间检查设备，如果设备损 坏应尽快查明原因，如检查电动机、过滤器、离子交换器和电导率仪等。 7.2 操作 如果用起重机安装设备，在提起时应小心，不能碰坏任何部件。 7.3 存放期间的保管: 不允许将此设备露天存放，其放置地方应有防护，以防止设备 在恶劣环境下可能发生的机械损坏。 8 定子冷却水系统及其管路的安装、试验及冲洗 8.1 说明 定子冷却水控制系统安装在指定位置，所有管路按水系统图及发电 机对外连接图与发电机连接。为了防止杂质和外来物进入，各个管路都 要配有反法兰，直到外部管路连接好为止。发电机与冷却水系统之间的 所有水平管路按1/50的斜度安装，因此当泵关闭时，管路中的水将排至 供水系统内。 8.2 泄漏的预防 为了防止氢气和二氧化碳泄漏到供水系统，氢气和二氧化碳的供给 系统与发电机必须分开。见气系统图。为除去定子线圈中的水，在需要 时可将空气供给管路与系统连接。定子水管路和定子线圈按10.4项和 10.5项冲冼后，再安装过滤器滤芯、离子交换器树脂、电导率仪等。 8.3 定子绕组及其他组件的空气试验 首先连接发电机外部管路，检验发电机是否泄漏（见氢气系统安装 图），然后进行定子线圈和其他部件的空气压力试验。 8.4 空心定子线圈的除水和干燥 为作定子线圈直流绝缘试验，排除定子线圈中的水。交流高压 试验可在不排水的情况下进行。若长期停机时为防冻，要排水。系统有 彻底排水的措施，定子线圈的水可从发电机每端叉管经过仪器管路排出。 拑憿在全部水经过排水管路排出后，水箱也可排空，为了进一步干燥定子线圈系统，用压缩空气给水箱和线圈加压。然后用一个快速排气阀释放空气压力，这样迫使水从线圈小的通道排出进入叉管。重复这些操作，直到残留水量为最小。 8.5 定子冷却水系统和所有发电机外部连接管路及定子线圈在起机前 都要进行彻底清洗，以保证发电机定子冷却水质达到运行要求，确保发 电机安全、可靠地运行。定子冷却水系统及其外部连接管路的清洗靠系 统水泵将冷却水升压形成闭式循环来完成。冲洗时应安装临时过滤器或 滤网，冲洗完毕后将水排掉并拆除临时过滤装置。待水系统及其外部管 路的冲洗合格后，对发电机的定子线圈进行冲洗。定子线圈的冲洗可分 为正冲洗和反冲洗。在发电机下部定子线圈进出口管路上设有正、反冲 洗接口，且定子线圈进出口管路之间及其与水箱之间设有连通管并有阀 门，调整阀门的开关位置可实现对定子线圈的断续正、反冲洗或连续正、 反冲洗，断续正冲洗即来自定子冷却水箱的冷却水经水泵升压后流经冷 却器、过滤器经阀门＃532进入发电机定子线圈，然后经阀门＃534排入地 沟，此时阀门＃533、＃535、＃536、＃537均处于关闭位置。断续反冲洗即 定子冷却水流经阀门＃536和反冲洗滤网进入发电机定子线圈，再经阀门 ＃533排入地沟，此时阀门＃532、＃535、＃534、＃537均处在关闭状态， 连续正冲洗即定子冷却水从水箱流出经泵升压后经水冷却器、过滤器经 阀门＃532进入发电机定子线圈，再经阀门＃537返回水箱完成一个循环周 期，如此往复循环。此时阀门＃533、＃535＃536、＃534关闭。连续反冲洗 即定子冷却水从系统过滤器流出后经阀门＃536进入发电机定子线圈，再 经阀门＃535返回水箱，完成一个循环周期，如此往复循环，此时阀门 ＃532、＃533、＃534、＃537处于关闭状态。定子冷却水箱下部设有排污阀 ＃511，可将水箱中不合格冷却水由此排入地沟。发电机对定子冷却水的 水质要求很高，它直接影响到机组运行的安全、可靠性，因此对定子冷 却水系统及发电机定子线圈的冲洗非常重要，正、反冲洗的次数及时间 由发电机定子线圈内的水质来确定，直到水质合格，冲洗方可结束。 9 用氮气为水系统加压 9.1 调节压力调节阀，准备引入0.07～0.10Mpa氮气。 9.2 关闭阀＃448，打开阀＃449和＃460，引入氮气。 9.3​ 关闭阀＃512，打开阀＃511。 9.4 用阀＃511将多余的水排出，使水位达到标准水位。 9.5 启动泵1A或泵1B调节水位到水箱的正常水位。 9.6​ 循环水通过离子交换器进行除盐处理，直到电导率仪“CC1”上获 得正确的电导率读数为止。 9.7​ 调整阀＃436，使通过该阀的流量为25L/min-40L/min，可维持要求的 电导率。 10 定子冷却水控制系统的运行 10.1 水系统运行前的准备 安装水过滤器芯子、电导率仪，将树脂装入离子交换器。 为防止树脂干 燥，加入树脂后应立刻通水，同时应注意避免树脂被冻。调整水箱液位 计，并将其投入。 水系统运行按下列步骤进行 （1）按照定子冷却水系统图所示整定阀门位置。 （2）关闭阀门＃448、＃460，隔绝氢气源。 （3）按照“密封油系统运行说明”，启动密封油系统。 （4）发电机气体转换时，应防止二氧化碳或氢气进入定子冷却水系统。 （5）发电机的气体置换见气系统说明，在给水系统做气体置换及充氮过 程中，发电机充氢压力为0.4MPa，高于定子线圈的最高水压。 10.2 定子冷却水系统的气体置换 （1）打开阀门＃428给系统补水，调整减压阀＃430出口压力为0.5MPa。 （2）打开阀门＃431、＃415、＃416、＃420、＃423给水箱补水，使水流入 水箱，当水流通过排气阀门＃512流出水箱时，将阀门＃512关闭。关闭阀 门＃431，同时确保液位开关和电磁阀的连锁可正常工作，在水箱液位低 位时可向水箱自动补水。 （3）按照系统图所示阀门的开启状态，检查系统。然后启动一台水泵使 冷却水循环。在此过程中，将冷却器、过滤器、离子交换器等设备的排 气阀门打开，直至水流出后关闭。打开阀门#453查看出口的喷出物显示 空气完全被排掉时，关闭阀门#453，停水泵。 10.3 给水系统加压 （1）关闭阀门#445。 （2）安装供气管路，详见系统图，调节压力调节器出口压力为0.014MPa。 （3）打开阀门#449，让氮气进入水箱。 （4）打开阀门#511，排掉水箱中多余的水，调整水位至正常位置，此时 的水系统已被加压。 10.4 水系统的循环检查 （1）​ 在发电机运行前，首先检查A泵与B泵的连锁情况，启动A泵， 当A泵进出口压差减小到0.14Mpa时，B泵应立刻投入运行。同样方法 检查B泵。 （2）​ 关闭阀门#480，慢慢打开阀门#481，当过滤器两端压差达到0.5MPa 时，压差开关触点闭合，发出报警信号。 （3）​ 定子绕组的水流量异常情况由压差开关，开关的整定值可分别 通过现场实际测量额定水流量、2/3额定水流量及1/2额定水流量的情况 下发电机定子绕组进出水压差来进行整定。具体的整定值见项11。如果 定子线圈水压降过高，则表明定子线圈可能被阻塞，压差开关发出报警 信号。 发电机氢水压差即定子线圈进水压力与发电机内氢气压力的差值， 报警点的设置为0.035MPa（氢压－水压=0.035MPa）。 10.5定子水冷却器的运行 二台冷却器一台运行，一台备用。单台冷却器运行，发电机可带100 %负荷。冷却器的二次水量可根据定子冷却水入口水温由水温调节阀进 行调节和控制。 10.6 离子交换器的运行 水系统管路调整完成后将离子交换器投入运行。发电机运行时需将 电导率仪投入。详见水系统图，通过调整阀门#436来调整经过离子交换 器的水量。如果离子交换器的出水电导率低于值，则需减小其水量。 离子交换器的处理水量为线圈总进水量的5%～10%，最高水量不应超过 50℃，通过“CC1”来显示离子交换器出水电导率值。在树脂的有效期内 ，它都是高效的，当电导率仪指示电导率已增加到1.5μs/cm时，应更换 离子交换器的树脂。反复干燥、浸湿、冷冻、融化或过热都将对树脂造 成损害，应避免。 10.7 水过滤器的运行 正常运行时，水过滤器一台工作，一台备用，当水通过过滤器的压降增 加到高于正常压降0.021MPa时，关闭进出口及排污阀门，清洗或更换 过滤器芯子。 10.8 水箱的运行 水系统在运行时，建议水箱充氮运行，如果水箱不充氮，在常压下，大 气中的氧气和二氧化碳进入水箱，腐蚀活动加快。使用氮气给水箱加压， 水箱上设有减压器，能自动调节氮气压力，维持氮气压力在0.014MPa， 当水箱内氮气压力超过0.035MPa时，安全阀将自动打开，释放压力。 10.9 水箱上部装有气表，可测量气体的累计排放量。 （1）​ 在发电机带有负载的情况下，定子冷却水应该循环，任何一台水泵 均能提供正常水流量。 （2）​ 发电机内气体压力必须保持比定子线圈输入的水压高，预防水渗漏 到定子线圈外，额定氢气压力为0.4MPa，额定水压为0.25～0.35MPa。 （3）应防止CO2进入系统，与水接触后将使定子水的电导率急剧增加。 11​ 开关运行及整定情况 11.1​ 压差开关SW21是当泵(1A)两端压差减小到0.14MPa时压差开关闭 合，启动泵“1B”，并发出报警信号“1A”泵停止。 11.2​ 压差开关SW20是当泵(1B)两端压差减小到0.14MPa时压差开关闭合，启动泵“1A”，并发出报警信号“1B”泵停止。 11.3温度开关SW24是当进水温度增到60℃时闭合并发出报警—进水温 度高。 11.4温度开关SW25是当出水温度增到90℃时闭合并发出报警—出水温 度高。 11.5压差开关SW22是当过滤器两端压差升高，高于正常运行压降0.021 MPa时，压差开关闭合，并报警。“水过滤器压降升高”。就证明过滤器 芯子脏污需要进行清洗或更换。 11.5​ 流量开关SW23是当流量为15.14L/min时闭合并发出信号，显示 补水流通。 11.6​ 液位报警开关SW26是当水箱液位超过规定值报警—水箱液位高。 11.7​ 液位报警开关SW27是当水箱液位低于规定值报警—水箱液位低。 11.8 当水箱内氮气压力升高到0.042MPa时压力开关SW28闭合，并发出 报警“水箱压力高”。 11.9 当定子绕组进出水压差值降低到2/3额定水流量下的压差值时开关 SW29闭合，发出报警—定子绕组水流量低。 11.10当定子绕组进出水压差值降低到1/2额定水流量下的压差值时开关 SW30A、SW30B、SW30C闭合，发出报警—定子绕组水流量很低。 11.11当定子绕组进出水压降高于正常运行压差0.035MPa时，压差开关 SW31闭合，并发出报警—定子线圈水压降高，既额定水流量下定子绕 组的正常运行压降+0.035Mpa作为压差开关的整定值。 12 关于发电机断水保护 当发电机定子绕组进出水压差值降低到1/2额定水流量下的压差值 时压差开关SW30A、SW30B、SW30C闭合，3个信号按“3取2”的逻辑原则运算后，作为发电机断水保护的信号源。当发电机定子绕组出现断水情况时，允许满载100%额定电流运行5秒，备用泵需在5秒内投入正常运行。如果备用泵在5秒内不能正常运行，发电机必须停机或者在2钟内以每分钟50%的速率将定子电流自动降低到额定电流的15%，同时定子冷却水的电导率需控制在1.5μs/cm以内。当定子冷却水流量低同时水电导率又低于1.5μs/cm时，发电机可在15%额定定子电流下运行一小 时，如果定子冷却水水量低时，电导率高于1.5μs/cm，发电机需立即停 机，2.5分钟后励磁失磁。在运行过程中发电机定子绕组出现断水情况后， 如果两台定子循环水泵恢复到额定运行状态，在增加负荷之前，水泵必 须运行15分钟，发电机负荷可按汽轮机负荷增加速率增加。 13 定子水系统发生异常现象的分析 13.1 经过的水流量变小（例如断水） 断水时，应通过甩负荷或跳闸办法减少负荷。视负荷大小，有时当 断水时，几分钟之内绝缘便告损坏。跨接在定子进出水管路上的压差开 关负责提供断水报警信号。利用它们可以实现减负荷或跳闸。利用迟延 时间可在一台泵故障时起动备用泵到规定转速。 13.2 水电导率增加的原因 13.2.1 水中吸入污染物 造成水导电率增加的污染源可能有两个: （1） H2漏入水中。 （2） 不纯冷却水进入高纯冷却水。 氢气本身不增加电导率，但其中所含的少量CO2会使电导率增加。 如发现电导率增加，须按上述检查漏气。只有当冷却器中的定子冷却水 压比不纯水水压低时，才会出现不纯冷却水泄漏到高纯冷却水。 13.2.2 离子交换器树脂已近使用寿命终点 如果没有异常污染出现，水电导率仍然很高，那么一定是离子交换 器中的树脂已接近使用寿命终点，这时离子交换器的电导率必然上升。 当超过1.5μs/cm时，必须置换离子交换器中的树脂，再重新投入使用。