發(fā)電機(jī)定冷水流量的標(biāo)定與分析

裴 丹，吳 宇

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

0 概 述

某型2×600 MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用內(nèi)冷水，轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氣氫內(nèi)冷，定子鐵芯和定、轉(zhuǎn)子表面及端部結(jié)構(gòu)件采用氫氣表面冷卻。發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)方式，利用連續(xù)的除鹽水通過定子線圈空心導(dǎo)線，帶走線圈損耗產(chǎn)生的熱量[1]。補(bǔ)入水箱的化學(xué)除鹽水，先通過電磁閥及過濾器后，再進(jìn)入水箱。機(jī)組啟動(dòng)前，需對(duì)管道、閥門及機(jī)組所有設(shè)備進(jìn)行多次沖洗和排污，直至水質(zhì)取樣化驗(yàn)合格后，方可向發(fā)電機(jī)定子線圈充入化學(xué)除鹽水。水箱內(nèi)的水通過定冷水泵升壓后，經(jīng)過定子冷水器和過濾器，然后進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子線圈的回流管，將發(fā)電機(jī)定子線圈的熱量帶出，再返回至水箱，形成閉式循環(huán)。為了改善進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子線圈的水質(zhì)，應(yīng)將進(jìn)入發(fā)電機(jī)總水量的5%～10%的冷卻水，不斷地通過離子交換器進(jìn)行處理，然后回到水箱[2-3]。

發(fā)電機(jī)定子冷卻水的斷流保護(hù)設(shè)置方式，是考慮當(dāng)發(fā)電機(jī)的定子線圈冷卻水突然中斷后，繼續(xù)運(yùn)行較短的時(shí)間(發(fā)電機(jī)定冷水?dāng)嗔鲿r(shí)間的長(zhǎng)短，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷、環(huán)境溫度等因素，約取0.5～2 min)[4]，這樣設(shè)置，便于通過啟動(dòng)備用泵等措施，恢復(fù)供水。如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)不能恢復(fù)供水，發(fā)電機(jī)將立即解列跳閘，引發(fā)停機(jī)事故。該發(fā)電機(jī)定冷水的保護(hù)設(shè)置，是當(dāng)定冷水流量小于63±2 t/h后，延時(shí)30 s啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作[5]。

1 定冷水流量的測(cè)量

1.1 定冷水系統(tǒng)主要測(cè)點(diǎn)的布置

定冷水泵一般布置在廠房零米層，每臺(tái)泵的進(jìn)出口管路上裝有壓差開關(guān)，用于判斷水泵是否工作正常[6]。水泵出口母管上設(shè)有壓力測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)定冷水向發(fā)電機(jī)的供水狀態(tài)。流量的模擬量測(cè)點(diǎn)有3個(gè)，開關(guān)量測(cè)點(diǎn)有4個(gè)，分別安裝在發(fā)電機(jī)定冷水進(jìn)、回水母管上，1個(gè)開關(guān)量測(cè)點(diǎn)是用于軟光字報(bào)警，對(duì)于另外3個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)，采用“三取二”邏輯方式，用于判斷發(fā)電機(jī)定冷水是否斷流。如發(fā)生斷流，將有30s的延時(shí)時(shí)間，再將定冷水?dāng)嗔餍盘?hào)送至電氣發(fā)變組保護(hù)柜，使發(fā)電機(jī)解列[7]。

1.2 定冷水流量的檢測(cè)原理

差壓式流量計(jì)(簡(jiǎn)稱DPF)可感知裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的壓差，依據(jù)流體條件及管道的幾何尺寸，并對(duì)流量進(jìn)行檢測(cè)。按照檢測(cè)件的形式，可將DPF分類為孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。當(dāng)定冷水滿管流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓降低。同時(shí)，在節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓，流體的流量越大，產(chǎn)生的壓差越大，這樣就能夠根據(jù)壓差的變化，間接測(cè)量流量的大小[8-9]。

2 定冷水流量標(biāo)定

2.1 傳統(tǒng)標(biāo)定方法

DPF在出廠時(shí)附有設(shè)計(jì)計(jì)算書，可查得孔板流量計(jì)的參數(shù)，根據(jù)差壓變送器(DP)測(cè)得差壓，再將差壓信號(hào)發(fā)送至流量變送器，變送器經(jīng)過運(yùn)算后，可得實(shí)時(shí)流量[10]。當(dāng)變送器顯示流量值后，要根據(jù)差壓變送器的量程，計(jì)算得到變送器的上限值和下限值，并輸入至變送器，才能夠在變送器上顯示實(shí)時(shí)流量。從理論上講，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的DPF儀器，無需經(jīng)過實(shí)流校驗(yàn)，就能獲得令人滿意的計(jì)算精度。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到設(shè)備、安裝條件等因素的影響，定冷水的實(shí)測(cè)流量與理論計(jì)算設(shè)定的流量值相差10%，因?yàn)檎`差較大，無法滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的精度要求，所以需通過實(shí)流校驗(yàn)，重新標(biāo)定定冷水的流量[11-12]。

2.2 標(biāo)定定冷水流量的新方法

對(duì)于該機(jī)組的定冷水系統(tǒng)，按照額定工況下的流量計(jì)算，得到K′=1.348。

根據(jù)計(jì)算，得到廣義流量孔板系數(shù)。重新設(shè)定流量計(jì)的量程上限，為161.76 t/h，從而得到新的定冷水流量變送器顯示的實(shí)時(shí)流量。

誤差計(jì)算為：

根據(jù)計(jì)算，流量值的相對(duì)誤差為0.34%。

在不同工況下，通過計(jì)算廣義流量孔板系數(shù)，重新設(shè)定了流量的上限值之后，流量變送器顯示的流量與實(shí)際流量的測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 變送器顯示的流量與實(shí)際流量

從表1可知，按照新的標(biāo)定方法，在正常工況下定冷水流量的測(cè)量誤差，均小于2%，即使在60%額定流量工況下，也可將誤差控制在3%以下，因此，所測(cè)流量的精度能滿足火電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

2.3 廣義流量孔板系數(shù)分析

由于變送器顯示的流量數(shù)據(jù)，是通過壓差計(jì)算后顯示的數(shù)值，即：

流量與壓差的開方成正比關(guān)系，也就是與實(shí)際流量成正比。定義廣義流量孔板系數(shù)，在管道流量不變的情況下，壓差不變，把任意值作為流量變送器量程的顯示上限，變送器顯示的流量和壓差的開方成正比例關(guān)系。當(dāng)變送器輸入的流量值為理論設(shè)計(jì)值時(shí)，顯示值就是理論計(jì)算后的流量值。通過廣義流量孔板系數(shù)修訂后，若輸入變送器是修訂后的流量值，就可讓變送器顯示為實(shí)測(cè)流量。因?yàn)槎ɡ渌到y(tǒng)在運(yùn)行中的工況較為穩(wěn)定，在一般情況下，流量值的變化范圍較小，所以，通過廣義流量孔板系數(shù)的重新標(biāo)定，對(duì)于定冷水流量的測(cè)量就更加精確。

2.4 定冷水流量開關(guān)的校核

在發(fā)電機(jī)的斷水保護(hù)中，采用了定冷水流量低的開關(guān)信號(hào)。流量開關(guān)的啟閉，是通過壓差的設(shè)定轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的動(dòng)作值，因此，對(duì)流量開關(guān)需進(jìn)行實(shí)測(cè)流量后的重新標(biāo)定[13]。在常規(guī)設(shè)計(jì)中，定冷水流量開關(guān)有1個(gè)流量低報(bào)警開關(guān)，3個(gè)斷水保護(hù)開關(guān)。通過廣義流量孔板系數(shù)的重新標(biāo)定，將該流量值輸入變送器后，即可調(diào)整定冷水系統(tǒng)的運(yùn)行。按照定冷水流量的設(shè)定值報(bào)警，也可將斷水保護(hù)值調(diào)整至相應(yīng)的流量值，當(dāng)流量達(dá)到開關(guān)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，讀取流量開關(guān)取樣管的壓差值，根據(jù)壓差值校定流量開關(guān)，確保流量開關(guān)不會(huì)誤動(dòng)作及拒動(dòng)[14-15]。

3 結(jié) 語

定冷水系統(tǒng)是確保發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要系統(tǒng)之一，定冷水流量與機(jī)組安全運(yùn)行有直接的關(guān)系。通過引入廣義流量孔板系數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)定冷水流量重新進(jìn)行了標(biāo)定。新的方法修正了系統(tǒng)安裝及運(yùn)行工況等因素的變化造成的變送器顯示流量與實(shí)測(cè)流量的偏差，標(biāo)定后的定冷水流量與實(shí)測(cè)流量的誤差小，該方法適用于不同參數(shù)下的發(fā)電機(jī)機(jī)組，具有方法簡(jiǎn)單、適用性廣的特點(diǎn)。