600MW汽轮发电机氢冷器冷却水系统改造

摘要：通过对发电机氢气冷器冷却水系统的改造，不但解决了夏季发电机氢气温度过高，冬季发电机氢气温度过低的难题，增加了冷却水系统的灵活性，而且对发电机本体端盖结合面的漏氢也有所改善。

关键词：汽轮发电机；氢气冷却器；冷却水系统

一、概述

河曲电厂#1、2发电机系东方电机股份有限公司制造，型号为：QFSN—600—2—22，它是由汽轮机直接拖动的隐极式、二极、三相同步发电机。冷却方式为水—氢—氢，即定子线圈（包括定子引线）直接水冷，定子出线氢内冷，转子线圈直接氢冷（气隙取气方式），定子铁芯氢冷。发电机规范中要求冷却氢气温度保持在35℃—46℃之间运行，冷氢的最高限值为51℃。氢气靠4组氢气冷却器用工业辅机冷却水泵供水来冷却。另外，工业辅机冷却水泵供水还要给定冷水冷却器、给水泵汽轮机冷油器以及部分锅炉侧的重要辅机提供冷却水，其水源来自汽机循环水泵出口母管上，经过工业辅机冷却水泵升压至O.35MPa后提供给各个用户。

经过多年运行实践，发电机氢气温度冬、夏两季调节手段贫乏，在夏季循环水温度较高和冬季循环水温度较低时都很难将氢气温度调节至规定值，特别是在夏季这一问题尤为突出，氢气冷却器出口氢气温度可以达到51℃甚至更高，为此有时不得不限制机组出力。为了使机组能够安全渡夏，每年春季都得安排一次对发电机氢冷器水侧进行在线清理，这不但增加了运行及检修人员的工作量，而且还影响机组的全年发电量，甚至还要停机对发电机氢气冷却器进行清理，从而使机组的利用率降低。从历次对氢气冷却器解体清扫的情况来看，冷却管外部都比较干净，主要是冷却管内部积存的泥垢比较严重，原因主要是水质差（水源来自水质较循环水）、流速低（其回水回至循环水的回水侧，进回水差压小所造成的）。针对这一原因，经过长期的分析和探索，利用机组大修的机会对冷却水系统进行了改造，取得了较好的效果。

二、氢气冷却器冷却水系统改造方案

通过研究造成氢气冷却器冷却效果差的因素和冷却水系统的现状，对氢气冷却器冷却水系统进行了一下改造如下图所：（1）给氢气冷却器增加一管道泵，其水源来自水源地的地下水（地下水温度常年恒定在20℃左右，压力为0.4MPa），分别接至辅机冷却水供4组氢气冷却器的冷却水管道上。（2）在辅机冷却水分供4组氢气冷却器的之路前加装一手动总门。（3）在氢冷器冷却水的回水调阀处加装一手动旁路门和在其回水管路上加一无压回水管路直接将回水排至地沟回收。通过以上改造，既可以改善氢气冷却器的冷却条件，又可以增加系统运行的灵活性，保证了氢温无论是在夏季或冬季都能有效地控制在设备的要求温度范围内，并减少了两台工业辅机冷却水泵并列运行的时间，节约部分厂用电，降低生产成本。

（图注：①代表两台工业辅机冷却水泵供水，其水源来自循环水。②代表一台管道泵供水，其水源来自水源地的地下水。③代表氢气冷却器回水至循环水。④代表氢气冷却器的无压回水至地沟。）

三、氢气冷却器冷却水系统改造后运行方式说明

对系统进改造后，很大程度的增加了系统运行的灵活性，可以使系统在各种运行方式下灵活切换，从而适应各种运行工况，下面就对各运行方式进行逐一说明：

1.开氢气冷却器回水调阀旁路手动门的运行方式。

当冷氢温度偏高时，在回水调节阀全开的状态下，打开回水调阀旁路手动门来增加却水的流速来实现降低冷氢温度的目的。

2.开氢气冷却器回水至地沟手动门的运行方式。

当冷氢温度偏高时，在回水调节阀全开和旁路门全开的状态下，打开氢气冷却器回水至地沟手动门来增大供回水的压力差从而增加水的流速使氢气冷却器冷却效果得到改善，保证氢气不超温，避免因氢气超温对发电机安全稳定运行的威胁。

3. 两台工业辅机冷却水泵并联运行的方式。

当冷氢温度高于46℃时启动第二台工业辅机冷却水泵运行使两台工业辅机冷却水泵并联运行，这样既增加了氢气冷却器的冷却水流量和供水的压力，同时冷却水的流速也增大了，使氢气冷却器的换热效果得到强化，降低冷氢的温度。

4.氢冷器管道泵与工业辅机冷却水泵混合供水的运行方式。

在夏季一些极端高温或个别工况下，氢气温度过高时，可以对冷却效果较差的氢气冷却器掺入管道泵供水，分别打开管道泵供四个氢冷器的供水手动门，使水源地来的较低温度的水供给氢气冷却器，从总体上降低氢气冷却器的供水温度，使发电机内的热氢能够控制在技术要求范围内。在这种运行方式下可以减少两台工业辅机冷却水泵夏季长时间的并联运行，节约了厂用电，降低了发电成本。

5.氢气冷却器管道泵供水的清洗方式。

在每年的春秋两季循环水供水温度处于较低水平时，此时冷氢温度正好处于最佳的控制状态下，可以利用此时对四组氢冷器进行水冲洗。启动管道泵运行，将3台氢气冷却器倒由工业辅机冷却水泵供水，另1台氢气冷却器由管道泵单独供水，这一台台氢气冷却器的水流量就会增加，利用较大流量和较高压力的管道泵供水对氢气冷却器冷却管的内壁进行冲刷清洗，管壁的清洁状况将会有所改善，从而保证夏季对氢气有一个良好的冷却效果。依次对其余的3台氢气冷却器都进行逐一清洗，对保证发电机安全稳定的迎峰过夏会有很大帮助。此外，在夏季也可以定期的对各氢气冷却器进行轮换清洗。

6.氢气冷却器供水节流的运行方式。

河曲电厂在冬季的时候环境温度在零下20℃时，循环水温度最低可以降到5—6℃左右，这时发电机内的氢气温度就低于规定的35℃冷氢温度的要求，甚至在恶劣的天气情况下，机组负荷在最低技术负荷下运行时冷氢温度就能降到31℃左右，这样对发电机的运行极为不利，因此在这种情况下可以关闭工业辅机冷却水泵供四组氢气冷却器的供水总手动门，可以根据冷氢的温度来人工调整供水量，从而调整冷氢温度在技术要求的范围内安全的运行。虽然这样调整可能加大运行工人的劳动量，但是保证了冷氢温度在较小范围内变化，减少了发电机端盖受氢温波动大导致端盖结合面频繁热胀冷缩造成发电机本体漏氢的危害。

7.氢气冷却器采用管道泵单独供水方式。

在冬春的时候循环水温度较低时，可以用供水温度稳定的管道泵分别向四组氢气冷却器单独供水。这时需要开启管道泵供水至四组氢冷器的供水分手动门，同时关闭工业辅机冷却水泵供氢冷器的四个手动门。这样就避免了由于循环水温度的变化所引起的氢气温度的变化，从而保证了发电机内氢气温度的稳定运行。

四、结语

经过对氢气冷却器冷却水系统的改造后，夏季发电机氢气温度基本可以保持在46℃以下，避免因为氢气温度高而限制机组出力的现象再次发生，同时也缓解氢气温度在冬季变化大所引起的发电机本体的漏氢，使漏氢量得很好的控制，减少了两台工业辅机冷却水泵同时运行的时间，节约部分厂用电，给企业带来良好的经济效益。

参考文献

1.涂光瑜.汽轮发电机及电气设备（第二版）[M].中国电力出版社，2007.

2.华东六省一市电机工程（电力）学会.电气设备及其系统。中国电力出版社.1999.

3.山西鲁能河曲发电有限公司.600MW机组集控运行规程.2009.

4.山西鲁能河曲发电有限公司.600MW火电机组培训教材汽轮机分册 .2003