汽轮机定子冷却水系统培训教材

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

2、制进入定子线圈的压力、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。至U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

3、导电度会引起较大的泄漏电流，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 C。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

4、括水箱、两台水泵、两台冷却器、汽动温度、压力调节装置（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. C /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，

5、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系统主要工作流程浪叭泵谒却蟲堪度调荐闊 压

6、力调节用| L发电林定子筑H- rSMft量孔板-主水甘转春-I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

7、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（普通冷却用水一又称循 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，最咼可达73C甚至更高，而进入定子线圈的水温希望稳定在45 ±3C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

8、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0.2us/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

9、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。系统中设置的主过滤器用以滤除水中的机械杂质，丫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

10、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 C，定子线圈内冷却水进水温度范围为4050 C,设有自动调节装置， 冷却水温度 波动范围土 3C,出水温度不得大于 85C。水系统设有电加 热装置。系统中热电偶/阻的设置情况：1） 定子每槽内上下层线圈间埋置二只热电阻（PtIOO）, 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

11、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 C时：电导率为统）。0.51.5卩S/cm （定子线圈独立水系PH值7.0 8.0硬度V 2微克当量/L （2卩gE/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

12、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，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，

13、定子冷却水进口水温为 45 C± 3 C,冷却水入口最高温度不超 过50°C,定子冷却水出口水温W 85C,定子冷却水入口压力 保持0.1 MPa -0.25MPa，定子冷却水导电率w 0.5卩s/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 圭寸环；5、防 酸环 ；106、排气油塞；7、恒位油环；8、滚动轴承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

14、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 C,压力损失不咼于 98kPa。正常运行期间，离子

15、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1.0 S/cm时，其出水的电导率将不高于0.1卩S/cm;当进入离子交换器的水的电导率不高于 9.9卩S/cm时，其出水的电导率将不高于0.2卩S/cm。如果系统中水的电导率不能维持在0.5卩S/cm以下，或者压力损失超过 98kPa，贝U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

16、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

17、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，贝y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