汽輪機定子冷卻水系統(tǒng)培訓(xùn)教材

1、汽輪機定子冷卻水系統(tǒng)培訓(xùn)教材20.1電機定子冷卻水的概述大容量汽輪發(fā)電機常用的冷卻介質(zhì)為氫氣和水，這是因為氫氣和水具有優(yōu)良的冷卻性能。氫氣和空氣、水與油之間的冷卻性能相互比較如下（以空氣的各項指標為基準=1.0）:氫氣和空氣、水與油之間的冷卻性能表介質(zhì)比熱密度所需流量冷卻效果空氣1.01.01.01.0氫氣(0.414MPa)14.350.351.05.0油2.090.8480.01221.0水4.161.0000.01250.0定子冷卻水系統(tǒng)的主要功能是保證冷卻水（純水）不間斷地流經(jīng)定子線圈內(nèi)部，從而將部分由于損耗引起的熱量帶 走，以保證溫升（溫度）負荷發(fā)電機的有關(guān)要求。同時，系 統(tǒng)還必須控

2、制進入定子線圈的壓力、溫度、流量、溫度、水 的導(dǎo)電度等參數(shù)，使之符合規(guī)定。水內(nèi)冷繞組的導(dǎo)體既是導(dǎo) 電回路又是通水回路，每個線棒分成若干組，每組內(nèi)含有一 根空心銅管和數(shù)根實心銅線，空心銅管內(nèi)通過冷卻水帶走線 棒產(chǎn)生的熱量。至U線棒出槽以后的末端，空心銅管與實心銅 線分開，空心銅管與其它空心銅管匯集成型后與專用水接頭 焊好由一根較粗的空心銅管與絕緣引水管連接到總的進（或 出）匯流管。冷卻水由一端進入線棒， 冷卻后由另一端流出， 循環(huán)工作，不斷地帶走定子線棒產(chǎn)生的熱量。發(fā)電機定子冷卻水水質(zhì)的特殊要求：冷卻水應(yīng)當透明、 純潔、無機械雜質(zhì)和顆粒；冷卻水的導(dǎo)電度正常運行中應(yīng)當小 于0.5us/cm。過大的

3、導(dǎo)電度會引起較大的泄漏電流，從而使 絕緣引水管老化，還會使定子相間發(fā)生閃絡(luò)；為防止熱狀態(tài) 下造成冷卻管內(nèi)壁結(jié)垢，降低冷卻效果，甚至堵塞。應(yīng)當控 制水中的硬度，不大于10ug/L ； NH3濃度越低越好，以防腐 蝕銅管；PH值要求為中性規(guī)定在 68之間；為防止發(fā)電機 內(nèi)部結(jié)露，對應(yīng)于氫氣進口溫度，定子水溫也應(yīng)當大于一定 值。一般規(guī)定在4046 C。為達到上述要求，一般采用凝結(jié) 水或除鹽水作為水源，并設(shè)有連續(xù)運行的樹脂型離子交換器 系統(tǒng)，以保證運行中的水質(zhì)。定子冷卻系統(tǒng)供發(fā)電機定子繞 組冷卻，采用閉式獨立水系統(tǒng)并采用集裝式結(jié)構(gòu)。20.2系統(tǒng)及設(shè)備概述1.定冷水系統(tǒng)設(shè)備配置集裝式定子冷卻水控制裝置包

4、括水箱、兩臺水泵、兩臺冷卻器、汽動溫度、壓力調(diào)節(jié)裝置（包括電 /氣定位器、閥位變 送器等）主水過濾器、補水過濾器、離子交換器及其之間的相互聯(lián)接管路、閥門及就地壓力表、測溫元件。裝置上還設(shè) 置有儀表箱，裝有電導(dǎo)率變送器和與內(nèi)外電氣接口相連的端 子。定子冷卻水系統(tǒng)中水泵、冷卻器各設(shè)2臺，互為備用。每臺冷卻器都按照機組最大負荷設(shè)計流量、最高水溫，并且 水側(cè)污染系數(shù)為 0.000176m2. C /w及5%管子堵塞的情況來 設(shè)計，冷卻器型式為管式。發(fā)電機在額定工況運行時一臺工 作，另一臺作為備用，冷卻器基本型式為雙管程單殼程填料 函式。發(fā)電機內(nèi)冷卻水進水管裝有壓力表、壓力開關(guān)和流 量表及流量測量裝置，

5、為了確保斷水保護動作信號的可靠 性，設(shè)置3只水流量極低開關(guān)。發(fā)電機本體設(shè)有漏水、漏油 監(jiān)測裝置（油水繼電器）。定子水系統(tǒng)中的所有接觸水的元 器件均采用1Cr18Ni9Ti或有色金屬等抗水腐蝕材料。在定子水回水管上的最高點，引出一細管直接連接到水 箱，從而使可能泄漏的氫氣直接進入水箱，同時也可以避免 因虹吸現(xiàn)象而在高溫出水端出現(xiàn)汽化，形成較大的氣阻，同 時防止運行中如泵突然停運，由于虹吸現(xiàn)象導(dǎo)致定子線圈形 成局部真空。在進回水管之間還設(shè)了一路聯(lián)絡(luò)細管，以保證 回水側(cè)的壓力高于大氣壓，可以在一定程度上降低汽化的可 能性，同時還可以防止管道壓力突變的震動。2系統(tǒng)主要工作流程浪叭泵謁卻蟲堪度調(diào)薦闊 壓

6、力調(diào)節(jié)用| L發(fā)電林定子筑H- rSMft量孔板-主水甘轉(zhuǎn)春-I系統(tǒng)首次充水，一次所需水量約為4200L,其中水箱存水量約1100L。系統(tǒng)運行時，這些水在系統(tǒng)內(nèi)部不斷循環(huán)，只 有因系統(tǒng)排污等原因引起水箱水位下降時，補水進入系統(tǒng)的 壓力控制在 0.20.7MPa之間，補水流量不高于 250L/min , 當外部補水壓力高于 0.20.7MPa時，應(yīng)減壓至系統(tǒng)所需的 補水壓力值。補水過程中，應(yīng)注意觀察水箱水位變化，補充 進入系統(tǒng)中的水先經(jīng)過離子交換器（進入離子交換器的水壓 不得高于0.6MPa,防止樹脂損壞、失效），然后再進入水箱， 再由水箱進入水泵、冷卻器等主循環(huán)回路。系統(tǒng)中的水是由水泵驅(qū)動進行

7、循環(huán)的。系統(tǒng)中設(shè)置有兩臺水泵，一臺工作，一臺備用。備用泵按壓力下降值整定啟動 點，即工作泵的輸出壓力低至某一數(shù)值時，備用泵自啟動投 入運行，從而保證冷卻水不間斷地流經(jīng)發(fā)電機定子線圈，帶 走熱量。系統(tǒng)中設(shè)置有兩臺冷卻器，正常運行時一臺工作， 一臺備用，也可兩臺同時投入運行。冷卻器的作用是讓冷卻水吸收 的熱量進行熱交換，由另外的水源（普通冷卻用水一又稱循 環(huán)水）將熱量帶走。發(fā)電機定子線圈出水的溫度隨發(fā)電機負荷而變化，最咼可達73C甚至更高，而進入定子線圈的水溫希望穩(wěn)定在45 ±3C的范圍之內(nèi)。為此，系統(tǒng)中設(shè)置有自動調(diào)節(jié)水溫的氣動 溫度調(diào)節(jié)閥。溫度調(diào)節(jié)閥為三通式閥門，它不改變定子冷卻 水的

8、總流量，而只是控制其流經(jīng)冷卻器和旁路的流量比，從 而使調(diào)節(jié)閥出口，即進入發(fā)電機定子線圈的冷卻水溫度穩(wěn)定 在整定值，溫度訊號測點來自調(diào)節(jié)閥出口管路。氣動溫度調(diào) 節(jié)閥上電/氣定位器接收的調(diào)節(jié)信號來自DCS的電信號。正常運行期間，整個系統(tǒng)中的冷卻水必須保持高純度，其中電導(dǎo)率不高于 0.5 us/cm。為此，在溫度調(diào)節(jié)閥出口端設(shè)置 一條旁路管道，使系統(tǒng)中的部分冷卻水經(jīng)這一旁路管流入離 子交換器進行凈化，凈化后這一部分水的電導(dǎo)率可高達0.2us/cm左右，之后再流回水箱，旁路管道交換器側(cè)進水門保 持節(jié)流狀態(tài)，由于定冷水泵揚程有限，如門開度過大，容易 引起泵出口母管壓力低，從而聯(lián)啟備用泵。冷卻水進入定子線

9、圈的計算壓力為196kPa，為保證這一壓力穩(wěn)定，系統(tǒng)中設(shè)置有氣動壓力調(diào)節(jié)閥。它主要是通過閥 門開度的變化來調(diào)節(jié)發(fā)電機進水的壓力，使之穩(wěn)定在整定 值，壓力訊號取自調(diào)節(jié)閥下游管路上的壓力變送器。氣動壓 力調(diào)節(jié)閥上電/氣定位器接收的調(diào)節(jié)信號也來自DCS的電信號。系統(tǒng)中設(shè)置的主過濾器用以濾除水中的機械雜質(zhì)，丫型攔截器是冷卻水進入定子線圈之前的最后一道濾網(wǎng)。在發(fā)電機 內(nèi)部，冷卻水從進水接口管進入，依次經(jīng)進水端集水環(huán)（即 匯流管）絕緣引水管、空心銅線、出水端絕緣引水管、集水 環(huán)（匯流管）至出水接口管流出， 然后回至水箱。水箱水位、 水泵輸出壓力，主過濾器進、出口壓差、進水壓力、溫度、 電導(dǎo)率、流量、回水溫

10、度等各種運行參數(shù)均設(shè)有專用表計進 行監(jiān)視，重要參數(shù)超限時發(fā)出報警或保護動作訊號。3.水溫的控制要求冷卻器冷卻水進水設(shè)計溫度為38 C，定子線圈內(nèi)冷卻水進水溫度范圍為4050 C,設(shè)有自動調(diào)節(jié)裝置， 冷卻水溫度 波動范圍土 3C,出水溫度不得大于 85C。水系統(tǒng)設(shè)有電加 熱裝置。系統(tǒng)中熱電偶/阻的設(shè)置情況：1） 定子每槽內(nèi)上下層線圈間埋置二只熱電阻（PtIOO）, 一支工作，一支備用。2）每根絕緣引水管出口端安裝測量出水溫度的熱電偶一 只（E分度）。3）定子鐵芯齒部和軛部裝設(shè) 12只熱電偶（E分度）。4） 氫氣冷卻器進、出風(fēng)處各裝一只Pt100的雙支型熱電 阻（三線制）。5）各軸瓦上各裝一只熱電

11、偶（E分度）。6 ）定子線圈水路進、出水處各裝一只雙支型熱電阻（Pt100 ）。7）定子壓圈、壓指和銅屏蔽上共裝設(shè)9只熱電偶（E分度，勵端按120度分布）4水質(zhì)的控制要求：定冷水水質(zhì)應(yīng)透明純凈，無機械混雜物，在水溫為20 C時：電導(dǎo)率為統(tǒng)）。0.51.5卩S/cm （定子線圈獨立水系PH值7.0 8.0硬度V 2微克當量/L （2卩gE/L ）含氨（NH3）微量定子水系統(tǒng)配有10%容量的離子交換器及其流量計、電導(dǎo)儀、壓力表及溫度計，以提高水質(zhì)。定子水箱按壓力容器設(shè) 計、制造，且采用氮氣加壓。水箱排空管上裝有氣敏元件、 測氫濃度報警。發(fā)電機管道設(shè)計考慮定子線圈反沖洗和排水 管及閥門，能方便地對定

12、子進行反沖洗，反沖洗管道上加裝 激光打孔過濾器。5水箱定子內(nèi)冷水箱容積為1.93m3，正常運行時水箱內(nèi)存水約1.06m3,水箱水位0點位于水箱中心線上約60mm。水箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)很簡單，只有一個網(wǎng)板用以攔截回水管中由于偶然 原因而可能出現(xiàn)的固態(tài)雜物。水箱人孔蓋上設(shè)有一個觀察 窗，用以觀察箱內(nèi)水位及回水動態(tài)。水箱右端上方設(shè)有一個 漏氫檢測接口，該接口用于抽取水箱上部氣樣進行分析以便確定其中是否有氫氣，如果含有氫氣，說明發(fā)電機內(nèi)部水路 有漏點，需要進行處理。水箱上設(shè)置有液位信號計，液位信 號計上配置了液位信號接點和液位變送器，實現(xiàn)液位高或低 時的報警和液位連續(xù)信號。定子線棒冷卻水流量為 96t/h，

13、定子冷卻水進口水溫為 45 C± 3 C,冷卻水入口最高溫度不超 過50°C,定子冷卻水出口水溫W 85C,定子冷卻水入口壓力 保持0.1 MPa -0.25MPa，定子冷卻水導(dǎo)電率w 0.5卩s/cm。6.水泵兩水泵均是由交流電機帶動，一臺工作，一臺備用。當工作泵輸出壓力低時，通過壓力開關(guān)信號應(yīng)能使備用泵自動投 入運行。1、軸套；2、 葉輪；3、填 料函；4、水 圭寸環(huán)；5、防 酸環(huán) ；106、排氣油塞；7、恒位油環(huán)；8、滾動軸承11、磨損環(huán)；12、填料；13、軸套；14、擋圈；15、支腳定冷水泵為臥式、單級、單吸、懸臂式耐腐蝕離心泵。適 宜輸送清潔的或含有微量顆粒的、中

14、性的或有腐蝕性的、低 溫的或高溫的介質(zhì)。該泵采用“后拉出”式結(jié)構(gòu)，維修時可 不必拆除出口管路甚至電機，整個轉(zhuǎn)子部分（葉輪、軸封組 件、軸承支架部件等）可以從后部拉出。同時采用閉式葉輪 形式，作用于軸封處的壓力由葉輪的背葉片或平衡孔平衡。 軸承采用稀油潤滑。上圖為定子冷卻水泵的結(jié)構(gòu)。7離子交換器及其使用離子交換器由不銹鋼制成，樹脂裝填容積0.36m3。該離子交換器為混合床式，即采用強堿性陰樹脂和強酸性陽樹脂且 按2: 1的比例混合填裝。離子交換器的最大允許流量為 6.2L/S（22.3m3/h），為流入發(fā)電機的水量的百分之十，最高 允許水溫60 C,壓力損失不咼于 98kPa。正常運行期間，離子

15、交換器的水流量控制在250L/min左右。當進入離子交換器的電導(dǎo)率不高于1.0 S/cm時，其出水的電導(dǎo)率將不高于0.1卩S/cm;當進入離子交換器的水的電導(dǎo)率不高于 9.9卩S/cm時，其出水的電導(dǎo)率將不高于0.2卩S/cm。如果系統(tǒng)中水的電導(dǎo)率不能維持在0.5卩S/cm以下，或者壓力損失超過 98kPa，貝U說明交換樹脂已經(jīng)失效，應(yīng)進 行更換。裝填和更換樹脂注意事項：1）樹脂填裝通常所需樹脂取自化學(xué)除鹽設(shè)備中的所需使用的已經(jīng)處 理好的樹脂。系統(tǒng)內(nèi)部沖洗合格后靜止狀態(tài)下填裝樹脂。先 將離子交換器進、出水管道上閥門關(guān)閉，打開頂部排氣門以 確認筒體內(nèi)無殘余壓力，然后拆下上蓋，將預(yù)先處理好的樹 脂

16、充分混合后裝入筒體之中再回裝上蓋及螺栓等。這一過程 要檢查墊片是否完好，如不能繼續(xù)使用則應(yīng)換新。新裝入的 樹脂必須進行充分的預(yù)處理和混合，否則出水水質(zhì)將難以合 乎要求。2）排氣和充（補）水給系統(tǒng)補水水源壓力如果高于600700KPa ,則需調(diào)整減壓閥的出口壓力，觀測壓力表值，使減壓閥出口壓力不高于 600700KPa。開啟交換器頂部的排氣閥門和補水管路的閥 門，讓水流入交換器筒體內(nèi)，并將內(nèi)部氣體排盡，然后向系 統(tǒng)充水，待水位升到水箱液位觀察窗可視最高水位時停止充 水。凡是停止充（補）水時，應(yīng)關(guān)閉補水一、二次門，再開 啟水泵，打開閥門讓系統(tǒng)中的水按正常運行狀態(tài)循環(huán)運行。3）運行中進行樹脂更換離子

17、交換器中的樹脂更換通常需要 4小時左右，而發(fā)電機 在離子交換器不投入運行的條件下可以連續(xù)運行數(shù)天之久， 故發(fā)電機正常運行期間進行樹脂更換操作是可以的。先關(guān)嚴 進出水管路上的兩只閥門， 將離子交換器退出運行，準備400 號的網(wǎng)和容器接裝排出的樹脂，從補水管路引水進入離子交 換器內(nèi)，引入的水流量應(yīng)多于 2.8L/S則樹脂可以隨水流從樹脂清理門排出，樹脂排除后，貝y可關(guān)閉補水門，實施重裝樹 脂、排氣、充水、再投入運行等操作。新更換樹脂只要預(yù)處 理和混合狀況良好，有效期可達 1518個月。運行期間更換樹 脂會引起水箱水位波動，有可能 導(dǎo)致報警或保護系統(tǒng)動作。8.溫度和壓力調(diào)節(jié)閥定冷水溫度調(diào)節(jié)閥（如右圖 及下圖）用以調(diào)節(jié)定子冷卻水進 入線圈前的溫度。它是一套氣動 式三通調(diào)節(jié)閥，其主要部件