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1、汽轮机定子冷却水系统培训教材20.1 电机定子冷却水的概述大容量汽轮发电机常用的冷却介质为氢气和水，这是因为氢气和水具有优良的冷却性能。氢气和空气、水与油之间的冷却性能相互比较如下（以空气的各项指标为基准1.0）：氢气和空气、水与油之间的冷却性能表介质比热密度所需流量冷却效果空气1.01.01.01.0氢气（0.414MPa）14.350.351.05.0油2.090.8480.01221.0水4.161.0000.01250.0定子冷却水系统的主要功能是保证冷却水（纯水）不间断地流经定子线圈内部，从而将部分由于损耗引起的热量带走，以保证温升（温度）负荷发电机的有关要求。同时，系统还必须控制进
2、入定子线圈的压力、温度、流量、温度、水的导电度等参数，使之符合规定。水内冷绕组的导体既是导电回路又是通水回路，每个线棒分成若干组，每组内含有一根空心铜管和数根实心铜线，空心铜管内通过冷却水带走线棒产生的热量。到线棒出槽以后的末端，空心铜管与实心铜线分开，空心铜管与其它空心铜管汇集成型后与专用水接头焊好由一根较粗的空心铜管与绝缘引水管连接到总的进（或出）汇流管。冷却水由一端进入线棒，冷却后由另一端流出，循环工作，不断地带走定子线棒产生的热量。发电机定子冷却水水质的特殊要求：冷却水应当透明、纯洁、无机械杂质和颗粒；冷却水的导电度正常运行中应当小于0.5us/cm。过大的导电度会引起较大的泄漏电流，
3、从而使绝缘引水管老化，还会使定子相间发生闪络；为防止热状态下造成冷却管内壁结垢，降低冷却效果，甚至堵塞。应当控制水中的硬度，不大于10ug/L；NH3浓度越低越好，以防腐蚀铜管；PH值要求为中性规定在68之间；为防止发电机内部结露，对应于氢气进口温度，定子水温也应当大于一定值。一般规定在4046。为达到上述要求，一般采用凝结水或除盐水作为水源，并设有连续运行的树脂型离子交换器系统，以保证运行中的水质。定子冷却系统供发电机定子绕组冷却，采用闭式独立水系统并采用集装式结构。20.2 系统及设备概述1.定冷水系统设备配置集装式定子冷却水控制装置包括水箱、两台水泵、两台冷却器、汽动温度、压力调节装置（
4、包括电/气定位器、阀位变送器等）主水过滤器、补水过滤器、离子交换器及其之间的相互联接管路、阀门及就地压力表、测温元件。装置上还设置有仪表箱，装有电导率变送器和与内外电气接口相连的端子。定子冷却水系统中水泵、冷却器各设2台，互为备用。每台冷却器都按照机组最大负荷设计流量、最高水温，并且水侧污染系数为0.000176m2./w及5%管子堵塞的情况来设计，冷却器型式为管式。发电机在额定工况运行时一台工作，另一台作为备用，冷却器基本型式为双管程单壳程填料函式。发电机内冷却水进水管装有压力表、压力开关和流量表及流量测量装置，为了确保断水保护动作信号的可靠性，设置3只水流量极低开关。发电机本体设有漏水、漏
5、油监测装置（油水继电器）。定子水系统中的所有接触水的元器件均采用1Cr18Ni9Ti或有色金属等抗水腐蚀材料。在定子水回水管上的最高点，引出一细管直接连接到水箱，从而使可能泄漏的氢气直接进入水箱，同时也可以避免因虹吸现象而在高温出水端出现汽化，形成较大的气阻，同时防止运行中如泵突然停运，由于虹吸现象导致定子线圈形成局部真空。在进回水管之间还设了一路联络细管，以保证回水侧的压力高于大气压，可以在一定程度上降低汽化的可能性，同时还可以防止管道压力突变的震动。2.系统主要工作流程 系统首次充水，一次所需水量约为4200L，其中水箱存水量约1100L。系统运行时，这些水在系统内部不断循环，只有因系统排
6、污等原因引起水箱水位下降时，补水进入系统的压力控制在0.20.7MPa之间，补水流量不高于250L/min，当外部补水压力高于0.20.7MPa时，应减压至系统所需的补水压力值。补水过程中，应注意观察水箱水位变化，补充进入系统中的水先经过离子交换器（进入离子交换器的水压不得高于0.6MPa，防止树脂损坏、失效），然后再进入水箱，再由水箱进入水泵、冷却器等主循环回路。系统中的水是由水泵驱动进行循环的。系统中设置有两台水泵，一台工作，一台备用。备用泵按压力下降值整定启动点，即工作泵的输出压力低至某一数值时，备用泵自启动投入运行，从而保证冷却水不间断地流经发电机定子线圈，带走热量。系统中设置有两台冷
7、却器，正常运行时一台工作，一台备用，也可两台同时投入运行。冷却器的作用是让冷却水吸收的热量进行热交换，由另外的水源（普通冷却用水又称循环水）将热量带走。发电机定子线圈出水的温度随发电机负荷而变化，最高可达73甚至更高，而进入定子线圈的水温希望稳定在453的范围之内。为此，系统中设置有自动调节水温的气动温度调节阀。温度调节阀为三通式阀门，它不改变定子冷却水的总流量，而只是控制其流经冷却器和旁路的流量比，从而使调节阀出口，即进入发电机定子线圈的冷却水温度稳定在整定值，温度讯号测点来自调节阀出口管路。气动温度调节阀上电气定位器接收的调节信号来自DCS的电信号。正常运行期间，整个系统中的冷却水必须保持
8、高纯度，其中电导率不高于0.5 us/cm。为此，在温度调节阀出口端设置一条旁路管道，使系统中的部分冷却水经这一旁路管流入离子交换器进行净化，净化后这一部分水的电导率可高达0.2 us/cm左右，之后再流回水箱，旁路管道交换器侧进水门保持节流状态，由于定冷水泵扬程有限，如门开度过大，容易引起泵出口母管压力低，从而联启备用泵。冷却水进入定子线圈的计算压力为196kPa，为保证这一压力稳定，系统中设置有气动压力调节阀。它主要是通过阀门开度的变化来调节发电机进水的压力，使之稳定在整定值，压力讯号取自调节阀下游管路上的压力变送器。气动压力调节阀上电气定位器接收的调节信号也来自DCS的电信号。系统中设置
9、的主过滤器用以滤除水中的机械杂质，Y型拦截器是冷却水进入定子线圈之前的最后一道滤网。在发电机内部，冷却水从进水接口管进入，依次经进水端集水环（即汇流管）绝缘引水管、空心铜线、出水端绝缘引水管、集水环（汇流管）至出水接口管流出，然后回至水箱。水箱水位、水泵输出压力，主过滤器进、出口压差、进水压力、温度、电导率、流量、回水温度等各种运行参数均设有专用表计进行监视，重要参数超限时发出报警或保护动作讯号。3.水温的控制要求冷却器冷却水进水设计温度为38，定子线圈内冷却水进水温度范围为4050，设有自动调节装置，冷却水温度波动范围3，出水温度不得大于85。水系统设有电加热装置。系统中热电偶/阻的设置情况
10、：1）定子每槽内上下层线圈间埋置二只热电阻（Pt100），一支工作，一支备用。2）每根绝缘引水管出口端安装测量出水温度的热电偶一只（E分度）。3）定子铁芯齿部和轭部装设12只热电偶（E分度）。4）氢气冷却器进、出风处各装一只Pt100的双支型热电阻（三线制）。5）各轴瓦上各装一只热电偶（E分度）。6）定子线圈水路进、出水处各装一只双支型热电阻（Pt100）。7）定子压圈、压指和铜屏蔽上共装设9只热电偶（E分度，励端按120度分布）。4.水质的控制要求:定冷水水质应透明纯净，无机械混杂物，在水温为20时：电导率为 0.51.5S/cm（定子线圈独立水系统）。PH值 7.08.0硬度 2微克当量/
11、L（2gE/L）含氨（NH3） 微量定子水系统配有10%容量的离子交换器及其流量计、电导仪、压力表及温度计，以提高水质。定子水箱按压力容器设计、制造，且采用氮气加压。水箱排空管上装有气敏元件、测氢浓度报警。发电机管道设计考虑定子线圈反冲洗和排水管及阀门，能方便地对定子进行反冲洗，反冲洗管道上加装激光打孔过滤器。5.水箱定子内冷水箱容积为1.93m3，正常运行时水箱内存水约1.06m3，水箱水位0点位于水箱中心线上约60mm。水箱体内部结构很简单，只有一个网板用以拦截回水管中由于偶然原因而可能出现的固态杂物。水箱人孔盖上设有一个观察窗，用以观察箱内水位及回水动态。水箱右端上方设有一个漏氢检测接口
12、，该接口用于抽取水箱上部气样进行分析以便确定其中是否有氢气，如果含有氢气，说明发电机内部水路有漏点，需要进行处理。水箱上设置有液位信号计，液位信号计上配置了液位信号接点和液位变送器，实现液位高或低时的报警和液位连续信号。定子线棒冷却水流量为96t/h，定子冷却水进口水温为453，冷却水入口最高温度不超过50，定子冷却水出口水温85，定子冷却水入口压力保持0.1 MPa -0.25MPa，定子冷却水导电率0.5s/cm。6.水泵两水泵均是由交流电机带动，一台工作，一台备用。当工作泵输出压力低时，通过压力开关信号应能使备用泵自动投入运行。1、轴套；2、叶轮；3、填料函；4、水封环；5、防酸环； 6
13、、排气油塞；7、恒位油环；8、滚动轴承；9、轴；10、泵； 11、磨损环；12、填料；13、轴套；14、挡圈；15、支脚定冷水泵为卧式、单级、单吸、悬臂式耐腐蚀离心泵。适宜输送清洁的或含有微量颗粒的、中性的或有腐蚀性的、低温的或高温的介质。该泵采用“后拉出”式结构，维修时可不必拆除出口管路甚至电机，整个转子部分（叶轮、轴封组件、轴承支架部件等）可以从后部拉出。同时采用闭式叶轮形式，作用于轴封处的压力由叶轮的背叶片或平衡孔平衡。轴承采用稀油润滑。上图为定子冷却水泵的结构。7.离子交换器及其使用离子交换器由不锈钢制成，树脂装填容积0.36m3。该离子交换器为混合床式，即采用强碱性阴树脂和强酸性阳树
14、脂且按2：1的比例混合填装。离子交换器的最大允许流量为6.2L/S（22.3m3/h），为流入发电机的水量的百分之十，最高允许水温60，压力损失不高于98kPa。正常运行期间，离子交换器的水流量控制在250L/min左右。当进入离子交换器的电导率不高于1.0S/cm时，其出水的电导率将不高于0.1S/cm；当进入离子交换器的水的电导率不高于9.9S/cm时，其出水的电导率将不高于0.2S/cm。如果系统中水的电导率不能维持在0.5S/cm以下，或者压力损失超过98kPa，则说明交换树脂已经失效，应进行更换。装填和更换树脂注意事项：1）树脂填装通常所需树脂取自化学除盐设备中的所需使用的已经处理好
15、的树脂。系统内部冲洗合格后静止状态下填装树脂。先将离子交换器进、出水管道上阀门关闭，打开顶部排气门以确认筒体内无残余压力，然后拆下上盖，将预先处理好的树脂充分混合后装入筒体之中再回装上盖及螺栓等。这一过程要检查垫片是否完好，如不能继续使用则应换新。新装入的树脂必须进行充分的预处理和混合，否则出水水质将难以合乎要求。2）排气和充（补）水给系统补水水源压力如果高于600700KPa，则需调整减压阀的出口压力，观测压力表值，使减压阀出口压力不高于600700KPa。开启交换器顶部的排气阀门和补水管路的阀门，让水流入交换器筒体内，并将内部气体排尽，然后向系统充水，待水位升到水箱液位观察窗可视最高水位时
16、停止充水。凡是停止充（补）水时，应关闭补水一、二次门，再开启水泵，打开阀门让系统中的水按正常运行状态循环运行。3）运行中进行树脂更换离子交换器中的树脂更换通常需要4小时左右，而发电机在离子交换器不投入运行的条件下可以连续运行数天之久，故发电机正常运行期间进行树脂更换操作是可以的。先关严进出水管路上的两只阀门，将离子交换器退出运行，准备400号的网和容器接装排出的树脂，从补水管路引水进入离子交换器内，引入的水流量应多于2.8L/S则树脂可以随水流从树脂清理门排出，树脂排除后，则可关闭补水门，实施重装树脂、排气、充水、再投入运行等操作。新更换树脂只要预处理和混合状况良好，有效期可达1518个月。运
17、行期间更换树脂会引起水箱水位波动，有可能导致报警或保护系统动作。8.温度和压力调节阀定冷水温度调节阀（如右图及下图）用以调节定子冷却水进入线圈前的温度。它是一套气动式三通调节阀，其主要部件有：气/电定位器、阀位变送器、空气过滤减压器、手轮结构等。温度讯号由水集装上的铂热电阻（TE321）输出，信号到DCS系统后，和温度设定值进行比较运算转变成420mA的偏差控制信号，再反作用到调节阀上的气/电定位器，输出工作气信号以驱动调节阀执行机构动作，直到实际检测到的温度值和设定点之间的偏差无限小为止，从而实现了闭环逻辑控制。在整个调节过程中，阀位变送器不断将阀位变化信号输出，并反馈到DCS系统画面供监视
18、。该三通调节阀最终调节的只是进入水冷却器和旁路的定冷水流量比，以此达到调节阀下游端的水温保持稳定的目的。定冷水压力调节阀用以调节定子冷却水进入线圈前的压力，它和定冷水温度控制阀相类似，也有一套气动式调节机构。其主要部件有：气/电定位器、阀位变送器、空气过滤减压器、手轮结构、阀板开度限位器。压力讯号由发电机进水管路上的压力变送器（PX321）输出，信号到DCS系统并和设定值进行比较运算后，发出420mA电信号，作用到调节阀上的气/电定位器，输出工作气信号以驱动调节阀执行机构。9.过滤器系统中设置有两种用途的过滤器。一种用于补水管路和离子交换器出口管路上，另一种用于主管路。主管路过滤器的滤芯为特制
19、缠绕式，即在一根管壁上钻有许多小孔的不锈钢管的外表面再缠绕经特别处理过的脱脂棉或其他纤维制品，从而使过滤器具有很高的过滤精度（不大于10m）。过滤器顶部装有排气阀，系统充水时应将壳体内气体排尽，底部装有排水门，供清洗或更换滤芯时排水用。主过滤器投入正常运行时，应记录其进、出口压差值，正常运行一段时期后，压差值增加量达到55KPa，应当对滤芯进行清洗或者更换。Y型过滤器内装20目的滤网，它用于主过滤器之后一段管路的过滤器，正常运行时，它作为主过滤器的备用保护装置，它也使用于反冲洗管路上。10.表计定子冷却水控制装置中设有压力（差压）表、温度传感器和电导率发送器，此外，系统管路上另行装设有孔板式流
20、量计（FE321），流量信号装置，该装置上附设有检测发电机定子线圈进水流量的差压开关和差压变送器。这些表计用以对系统各参数进行显示、报警和保护。20.3 定冷水系统运行维护1.定子冷却水箱水位一般在低至-50mm时必须进行补水，补水最高至+100mm，正常运行时定子水箱水位维持在水箱中心线上方约60mm。2.检查发电机定子冷却水进水压力、流量正常。3.检查定子冷却水供回水温度正常，供水温度4045，回水温度不大于73。4.运行时控制定子冷却水进水导电度小于0.5/cm ，超过规定时要进行换水。5.检查补充水滤网差压、离了交换器回水滤网差压、发电机定子冷却水入口滤网差压、反冲洗滤网差压小于55K
21、Pa 。6.在对发电机定子冷却水进行补水、换水时，补充水压力不大于600700 KPa，并且补充水流量不大于250L/min。7.在对发电机定子冷却水系统进行补水、换水时一般不操作定子冷却水至离子交换器阀门，防止引起发电机入口冷却水流量的大幅变化。8.检查进入离子交换器的水流量在250L/min左右，离子交换器出入口差压维持在0.20.25MPa。9.维持定子冷却水过滤器差压最大为0.25MPa。10.检查离子交换器出口水导电率小于0.5/cm。11.发电机定子冷却水正常换水、补水正常用除盐水，在特殊情况下可以用凝结水，在采用凝结水补水或换水时，一定要注意补水门的开度不能过大，操作要缓慢，防止
22、定子冷却水箱内打压，造成冷却水流量低保护动作或将定子冷却水系统法兰呲咧。20.4 定冷水系统的启、停1.发电机定子冷却水系统联锁保护试验完毕、合格定冷水系统有关阀门开关位置正确。2.发电机内气体压力不低于0.35MPa。3.定子冷却水系统内部冲洗合格后对系统放水。4.缓慢开启定冷水离子交换器进、出口门向定子冷却水系统补水。5.观察定子冷却水箱水位上升情况，当水位至-100mm时定子冷却水箱水位低信号消失，当水位至+100mm时定子冷却水箱水位高信号报警当定子冷却水箱水位上升至观察窗可视水位最高水位时停止补水，全关定冷水系统压力调阀。6.启动定子冷却水泵。7.缓慢开启定子冷却水泵出口门，注意检查
23、系统压力变化，检查系统有无漏水处，缓慢开启定冷水系统压力调阀系统注水。8.检查定子冷却水泵出口压力为正常约0.8MPa,电机及轴承振动、声音、温度、电流正常，投入定子冷却水冷却器A、B壳侧运行，检查A、B冷却器壳侧排出不含空气的水流时关闭排空气门。9.根据冷却水温度情况投入电加热运行。10.投入发电机定子冷却水泵联锁。11.调整定子冷却水温度调节阀，保持发电机定子冷却水进水温度在4045，将温度调节阀投入自动。12.当定子冷却水回水温度接近48时投入冷却器冷却水。停运：解除备用定子冷却水泵连锁；缓慢关闭定冷水泵压力调阀直至全关；关闭定冷水泵出口门；停止运行定子冷却水泵； 若定子冷却水系统停后需
24、检修，则系统消压放水。切换：解除联锁，关闭备用定子冷却水泵的出口门；启动备用泵，检查电机及泵振动、声音、温度、电流正常；开启备用泵出口门，检查定子冷却水母管压力正常；关闭原运行定子冷却水泵出口门，注意定子冷却水母管压力正常；停止原运行定子冷却水泵；开启停运泵出口门，投入联锁。20.5 定子冷却水系统故障处理1.定子冷却水压力低，首先检查系统及运行泵、滤网等的工作情况，查明原因，采取相应措施，必要时倒备用泵运行。当发电机入口定子冷却水压力降至110KPa时发出进水压力低一值报警信号,进水压力降至89KPa时发出进水压力低二值报警信号,如果同时发电机出口温度高至78则需手动解列发电机。2.发电机定
25、子进水温度48时发出报警信号，此时若出水温度及定子线圈温度未超出定值时，可不降低发电机出力，查明原因做必要的处理。当定冷水出水温度达73+1时，发出高一值报警信号,应降低发电机出力。当出水温度达78时，发出高二值报警信号,联启备用定子冷却水泵，如果同时发电机入口压力低二值则手动解列发电机。3. 发电机定子线圈进水流量达72t/h时,发出进水流量低报警信号；当进水流量达 63t/h时，延时30秒启动发电机断水保护。4. 定子冷却水箱水位低（水箱中心线以下100mm），应补水至正常水位。5.运行中维持定子冷却水进口导电度小于0.5s/cm，当定子冷却水进口导电度等大于0.5s/cm时发出报警信号，进口导电度电度大于9.9s/cm时发导电度高二值，手动跳闸。离子交换器出口导电度大于0.5s/cm时发出报警信号，达9.9s/cm时手动跳闸。 系统管道、阀门、法兰、水冷器等泄漏，应设法隔离并联系处理。