1000MW核电发电机组冷却系统简介
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摘要：文章阐述了发电机常见的冷却方式，对江苏核电有限公司使用的发电机水-氢-氢冷却系统进行了详细介绍，并分析了各子系统的特点，运行结果表明整个发电机冷却系统运行性能良好，满足大功率发电机组冷却的需要，适合广泛应用。
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0125-02
1 概述
发电机单机容量增大能降低单位容量成本，提高电厂的经济效益。提高单机容量的最主要措施在于增加线负荷，但线负荷增加后绕组线圈的温度也随之升高，温度的增加对发电机的安全运行不利，因此必须改善发电机的冷却条件，提高其散热强度，才能将发电机各个部位的温度控制在允许的范围以内，确保发电机安全、可靠地运行。
由于空气的冷却效率低，单机容量增大时，发电机的设计尺寸也将增大，所以当前除了小容量的汽轮发电机仍采用空气冷却外，功率超过50MW的汽轮发电机都广泛采用了氢气冷却或氢气、水冷却介质混用的冷却方式。其中“水-氢-氢”是目前应用得最广泛的冷却方式，本厂发电机就采用这种冷却方式，也就是发电机定子采用水冷，定子铁芯和转子采用氢气冷却。
2 定子内冷水系统
江苏核电有限公司一期工程两台机组均为隐极式同步汽轮发电机。发电机定子内冷水系统通过冷却水的闭式循环来冷却发电机定子绕组、保证发电机定子绕组的运行：泵换热器网格过滤器磁性过滤器定子绕组水箱泵。
向冷却部件供给化学除盐水（或凝结水）是由两台离心泵（一台工作，一台备用）完成的。当系统压力降低或切除一台工作泵，则备用泵自动投入；为冷却化学除盐水，设计了两台热交换器（一台工作，一台备用），安装在泵的后面，化学除盐水在热交换器中由非重要用户中间回路冷却到必要的温度，化学除盐水的温度由热交换器出口的冷却水调节器来保证；化学除盐水在机械过滤器中得到清洗，该系统有三台机械过滤器，两台工作，一台备用，这种设计以备检查、清洗滤网时不需停机，用安装在过滤器前后的压差计来监测滤网堵塞情况；为清除意外进入化学除盐水中的铁杂质，在发电机入口安装了持续工作的六台磁性过滤器，磁性过滤器安装在紧接发电机入口管处；清洗并冷却后的化学除盐水被泵送到发电机定子；水箱保证系统足够的水备用，为防止空气进入化学除盐水，工作时在水箱中建立氮气垫；借助气体捕集器，在线监测从定子线圈出口集管出来的化学除盐水中是否含有从发电机氢气冷却系统漏入的氢气；为保证化学除盐水的电导率和pH值，该系统设计了定期投入的阴阳离子过滤器。
发电机内冷水系统由来自水制备系统的电导率不大于5.0 μS/cm的除盐水进行首次充注。在运行过程中，凝结水精处理后的凝结水含氧量小，pH值偏碱性，从水质角度考虑是理想的补水来源，本厂采用凝结水作为内冷水的补水水源。结合国标DL/T 801-2010，本厂内冷水控制标准见表1：
表1 内冷水指标
pН值 8.0～9.0
电导 不大于5.0 μS/cm
铜离子浓度 不大于100 μg/ L
氧含量 不大于400 μg/L
为了控制内冷水水质指标，本厂内冷水箱配置有一高度为2.3m的气封，正常在气封中可建立高度为2m的液柱。正常运行期间，在内冷水箱上部建立7～10kPa压力的氮气垫。为了除去系统中溶解的氧气，通过向水箱内连续供氮气的方式进行氮气吹扫，除去水箱中析出的氧气。吹扫的氮气通过气封鼓泡排出。
当内冷水电导率升高时，通过投运装载30升C100PL H-型阳树脂和30升A400DL OH-型阴树脂的混床来降低系统电导率。当内冷水的pН值下降时，通过投运装载60升Na+-型阳树脂的阳床来提高系统pH值。当内冷水中含的铜升高时，可以通过投运任何一个过滤器或者通过系统换水来去除。
3 定子铁芯、转子氢气冷却系统
本厂发电机定子铁芯和转子采用氢气冷却，发电机氢冷系统用于保证发电机在额定功率范围内的运行，具体完成以下功能：直接冷却发电机定子铁芯和转子绕组；向发电机充注氢气、氮气或空气；发电机运行期间保持额定氢压，补偿泄漏。整个系统由气体控制站、氢气干燥器、过滤器、监测设备四大部分组成。正常运行时，发电机内氢气压力保持在0.48～0.52MPa之间，维持发电机氢压-水压0.02～0.05MPa的压差，防止发电机定子内冷水介质泄漏至发电机内部腔室，导致发电机定子、转子绝缘下降、接地、短路等故障，进而损坏发电机本体；发电机内氢气纯度要求大于98%，湿度不大于25%，氢气中的氧含量应不超过
0.8 %。
4 发电机轴密封油系统
发电机轴密封系统用于防止氢气（空气、氮气）沿着转子轴，从发电机壳体逸出。发电机轴密封系统只有一个工况——正常运行工况。该工况时，系统确保完成：当发电机壳体有氢气（空气、氮气）时，连续向发电机轴承密封供密封油；在发电机所有正常工况和过渡工况，包括由盘车装置带动转子旋转工况，自动保持密封油和氢气（空气、氮气）之间必须的压差（0.06～0.09MPa）；防止泄漏到密封回油室中氢气浓度超出允许值。
密封油从密封油箱用油泵送入发电机轴密封，供应的密封油在冷油器中冷却，在机械过滤器和磁性过滤器中净化。经过过滤器后，密封油进入压差调节器，压差调节器保持密封油和发电机壳体氢气（氮气、空气）必须的压差，然后密封油进入缓冲油箱。系统设有2个缓冲油箱：一个用以保证汽轮机一侧轴密封的供油，另一个则保证励磁机一侧轴密封的供油。为监测缓冲油箱液位，在管道设有液位传感器，该液位信号也用于当降低缓冲油箱液位低于允许值时保护停运汽轮机的工艺保护。当进行油泵切换和系统短时间故障导致密封油泵中止供应密封油时，由缓冲油箱自动向发电机轴密封供油，由缓冲油箱高度和发电机壳体内气体压力来决定密封油压。缓冲油箱经过密封瓦后的回油分为两路：一路是空气侧回油，直接回油至油箱；另一路是氢气侧回油，该路回油经过回油液封箱后回流至油箱，防止氢气进入密封油箱。此外，在密封油箱上部还设置有排烟风机，防止氢气在油箱顶部聚集，引发氢爆危险。
5 结语
本厂发电机采用“水-氢-氢”冷却方式，运行结果表明整个系统运行性能良好，发电机各项参数稳定且达标，满足大功率发电机组冷却的需要，适合广泛应用。
参考文献
[1] 江苏核电有限公司发电机内冷水系统运行规程SOP-1-MKF00-001[S].2010.
[2] 江苏核电有限公司发电机氢冷系统运行规程SOP-1-MKG00-001[S].2010.
[3] 江苏核电有限公司发电机轴密封油系统运行规程SOP-1-MKW00-001[S].2010.
作者简介：刘玮（1981-），男，湖南新化人，江苏核电有限公司运行处高级操纵员，工程师，研究生。