核电厂发电机定冷水系统含氢量高原因分析及处理.pdf

收稿日期:作者简介:谢永庆(),男,安徽阜阳人,高级工程师,学士,从事发电机等高压电气设备检修工作(E m a i l x i e y qc n n p 敭c o m敭 c n).核电厂发电机定冷水系统含氢量高原因分析及处理谢永庆(三门核电有限公司浙江台州 )摘要:三门核电有限公司号机组发电机运行中发现定冷水箱氢气排放频繁,通过对氢气泄漏数据和运行参数分析,评估漏氢问题未对发电机运行产生不良影响.机组运行期间,通过故障树分析和膛外检查,排除了膛外因素的可能,确认发电机膛内定冷水回路上出现漏点是导致定冷水箱排氢间隔缩短的直接原因.停机小修期间检查发现发电机励磁侧顶部冷却水进水管与汽励侧联通管处焊缝存在裂纹,导致氢气内漏至定冷水系统.对此采取了焊缝补焊措施,经处理后对其进行定子绕组气密性试验合格,解决了定冷水系统氢气内漏的故障.发电机漏氢的处理经验和预防措施可为同类型机组发电机漏氢问题提供一定的参考价值.关键词:氢气内漏;定冷水;发电机;核电中图分类号:TM 文献标志码:A文章编号:()A n a l y s i sa n dT r e a t m e n t o fH i g hH y d r o g e nC o n t e n t i nt h eS t a t o rC o o l i n gW a t e rS y s t e mo fG e n e r a t o rX I EY o n g q i n g(S a n m e nN u c l e a rP o w e rP l a n tC o,L t d,T a i z h o u,Z h e j i a n gP r o v ,C h i n a)A b s t r a c t:T h eHd i s c h a r g i n go f t h es t a t o r c o o l i n gw a t e r t a n k i nU n i t b e c a m em o r ea n dm o r e f r e q u e n t l yd u r i n gt h en o r m a l o p e r a t i o no fS a n m e nN P P T h r o u g ht h ea n a l y s i so f t h eh y d r o g e n l e a k a g ed a t aa n do p e r a t i n gp a r a m e t e r s,i tw a se v a l u a t e dt h a t t h eh y d r o g e n l e a k a g ep r o b l e md i dn o th a v ea n ya d v e r s ee f f e c t so nt h eo p e r a t i o no f t h eg e n e r a t o r D u r i n gu n i t o p e r a t i o n,t h e f a u l t t r e e a n a l y s i s a n de x t e r n a l i n s p e c t i o nw e r eu s e d t oe l i m i n a t e t h ep o s s i b i l i t yo f e x t e r n a l f a c t o r s,a n d i tw a sc o n f i r m e dt h a t t h e l e a k a g ep o i n t i nt h ec o o l i n gw a t e r l o o pi n s i d et h eg e n e r a t o rw a s t h ed i r e c tc a u s eo ft h es h o r t e n e di n t e r v a l f o rh y d r o g e nd i s c h a r g ef r o mt h ec o o l i n gw a t e rt a n k D u r i n gam i n o r r e p a i ro u t a g e,i tw a sd i s c o v e r e d t h a t t h e r ew a s ac r a c ko n t h ew e l da t t h e t o po f t h e c o o l i n gw a t e r i n l e tp i p ec o n n e c t e dt ot h ee x c i t a t i o ns i d eo f t h eg e n e r a t o r,w h i c hc a u s e di n t e r n a lh y d r o g e nl e a k a g et ot h ec o o l i n gw a t e rs y s t e m W e l d i n gr e p a i rm e a s u r e sw e r e t a k e n,a n da f t e r t r e a t m e n t,t h e l e a k a g et e s to f t h es t a t o rc o i l o f t h es t a t o rw i n d i n gw a sq u a l i f i e d,t h u s t h ep r o b l e mo fh y d r o g e n l e a k a g e i nt h ec o o l i n gw a t e rs y s t e m w a ss o l v e d T h ee x p e r i e n c e a n dp r e v e n t i v em e a s u r e s f o r h a n d l i n gh y d r o g e n l e a k a g e i n t h eg e n e r a t o r c a np r o v i d e s o m er e f e r e n c e f o rh y d r o g e n l e a k a g ep r o b l e m so f s i m i l a rg e n e r a t o r s K e yw o r d s:i n t e r n a l l e a k a g eo fh y d r o g e n;s t a t o rc o o l i n gw a t e r;g e n e r a t o r;n u c l e a rp o w e rC L Cn u m b e r:TM A r t i c l e c h a r a c t e r:AA r t i c l e I D:()引言三门核电一期工程台汽轮发电机额定功率为 MW,采用水氢氢冷却方式.号机组功率运行期间,定子冷却水箱自动排氢阀的排氢间隔 开 始 逐 步 缩 短,由 h逐 步 缩 短 到 h.随着发电机向定子冷却水箱产生的漏氢量的升高,发电机整体漏氢量已达 Nm/d,接近厂家建议的停机值 Nm/d.机组运行期间,对发电机膛外因素进行了排查,确定发电机膛内定冷水回路上出现漏点是导致定子冷却水箱自动排氢阀排氢间隔缩短的原因.机组非停期间,利用停机窗口对发电机定冷水回路氢气内漏原因进行检查,经过八天的检查,确定原因为发电机定子膛内励磁侧顶部冷却水进水管与汽侧联通管处焊缝泄漏.联通管焊缝处理完成后,机组并网后机组运行正常,发电机定冷水箱自动排氢阀排氢间隔恢复正常.氢气泄漏数据和运行参数分析 氢气泄漏数据分析发电机定子绕组冷却水由定子冷却水系统提供,系统简图如图所示.图发电机定子冷却水系统简图F i g T h es c h e m a t i co f c o o l i n gw a t e rs y s t e mo f t h eg e n e r a t o r定子冷却水箱采用氢气覆盖,正常运行中发电机膛内氢气会少量缓慢地渗入定冷水回路中,造成水箱氢气压力缓慢上升,水箱设有氢气自动排放阀保证氢气压力维持在 k P a之间.定冷水箱自动排氢从 k P a下降至 k P a,定冷水箱总容积为 m,正常液位时(mm位于水箱中心线)气体空间体积约 m.根据理想气体状态方程P Vn R T计算,每次自动排氢体积约 Nm(标准立方米).因此,自动排氢阀的动作间隔可以体现通过定冷水箱的氢气泄漏量.依据厂家提供的发电机整体氢气泄漏量计算公式折算,当发电机整体漏氢量为停机值 N m/d时,换算的定冷水箱排氢间隔为 h.号机组功率运行期间,从 年月中旬开始,定冷水箱自动排氢阀的排氢间隔时间开始逐步缩短,由月 日的 h逐步缩短到月 日的 h,趋势如图所示,氢气泄漏情况逐渐恶化.发电机运行参数分析发电机运行期间,针对漏点扩大可能引起的发电机绕组温度升高、氢气露点变化等现象,对发电机的相关参数进行持续监视:包括 个定子绕组温度、个定子绕组出水温度、个相环引线出水温度、个出线套管回水温度、定子绕组冷却水压差和发电机氢气露点、发电机漏水监视视窗漏水情况,并建立参数监督和趋势分析,数据如表所示.图定冷水箱排氢间隔趋势F i g T h e i n t e r v a l t r e n do fHd i s c h a r g i n go f t h es t a t o r c o o l i n gw a t e r t a n k表发电机运行参数监督及趋势分析T a b l eT h em o n i t o r i n ga n dt r e n da n a l y s i so fg e n e r a t o ro p e r a t i o np a r a m e t e r s序号监测位置(数量)参数监视趋势定子绕组温度()个定子槽内的线棒温度均是有规律地周期性波动且波动幅度不大于,温度波动稳定评估:温度平稳,无异常相环引线出水温度()整体稳定,最高温度为 ,远低于运行限值.同时 个点整体变化同步,没有突变的趋势,每个测点一周内温度变化的幅度均不大于 评估:温度平稳,无异常定子绕组出水温度()定子上层排水温度最大值为 ,下层排水温度最大值为 ,绕组层间温度最大值为 ,远低于限值要求评估:温度平稳,无异常出线套管回水温度()整体稳定,最高温度为 ,远低于运行限值.同时个点整体变化同步,没有突变的趋势,每个测点一周内温度变化的幅度均不大于 评估:温度平稳,无异常定子绕组冷却水压差()评估:压差平稳,无异常定子绕组端部振动()评估:端部振动平稳,无异常发电机氢气露点评估:氢气露点平稳,无异常就地巡检发电机漏水监视视窗未发现有水发电机整体漏氢量轻微上涨通过参数监督及趋势分析,发电机内部温度稳定,相关运行参数稳定无异常,发电机漏氢量始终保持在合格范围内,评估漏氢问题未对发电机运行产生不良影响.漏氢部位的查找和处理 氢气外漏排查过程根据图,分析可能导致定冷水箱排氢间隔缩短的因素如图所示.在排除自动排氢阀本身原因后,定冷水箱氢气的直接来源分为外漏和内漏两种:一是定子水箱氢气供应管线阀门泄漏,导致氢气外漏至水箱,二是发电机内部定子冷却水管内漏,导致氢气内漏至水箱.机组运行期间,应先对氢气外漏进行排除.图定冷水箱排氢间隔缩短故障分析图F i g T h e f a u l t a n a l y s i s f o r t h es h o r t e n i n t e r v a l o fHd i s c h a r g i n go f t h es t a t o rc o o l i n gw a t e r t a n k)水箱排氢阀门动作异常检查:校验自动排氢阀压力开关、定冷水箱就地压力表确认合格;就地观察排氢阀门动作时间与定冷水箱就地压力表指示一致.现场已加装摄像头,通过录像回放确认自动排氢阀动作压力正确,该原因可排除.)补水回路误开检查:根据系统运行期间阀门状态要求及现场多次确认,补水管线入口阀为关闭状态,就地液位计液位稳定,可排除阀门误开或者出现内漏的可能.)定冷水温度上升检查:定冷水汇流管出水温度长期稳定在 ,整个事件期间温度没有上升,排除定冷水温度上升因素.)空气进入水箱检查:定冷水箱采用氢气覆盖,正常运行压力范围为 k P a,水箱内部压力大于大气压,外界空气不会进入水箱.同时对定冷水进行过次溶解氧的含量测量(测量结果见表),结果均在 左右(标准 ),说明空气没有进入水箱.因此可排除外部空气进入水箱导致压力上升的可能.表定冷水溶解氧测量结果T a b l eD i s s o l v e do x y g e nd e t e r m i n a t i o nr e s u l t so f t h ec o o l i n gw a t e r 时间 溶解氧 )水箱除氧回路漏氢检查:水箱有一路支管连接氢气二氧化碳系统(HC S),用于定冷水箱除氧.如果边界阀门出现内漏,HC S系统中氢气会进入定冷水箱导致氢压上升过快.通过在边界阀门的法兰上安装盲板,完全隔离除氧回路后定冷水箱排氢间隔仍然持续缩短,证明除氧回路漏氢并非事件原因.)膛内定冷水回路上出现漏点检查:发电机膛内出现漏点需要停机进行检查,日常阶段无法进行确认.该原因无法排除,需停机后进行发电机膛内检查.结论:通过故障树分析和膛外检查,排除膛外因素的可能,确认发电机膛内定冷水回路上出现漏点 是 导 致 定 冷 水 箱 排 氢 间 隔 缩 短 的 直 接原因.氢气内漏排查和处理根据发电机的内部结构(如图所示),可能存在漏点位置如下种,如图所示.图发电机内部结构图F i g T h e i n t e r n a l s t r u c t u r ed i a g r a mo fg e n e r a t o r图氢气内漏可能漏点示意图及典型照片F i g T h es c h e m a t i ca n dt y p i c a l p i c t u r e s f o r t h ep o s s i b l e l e a k a g ep o i n t so f t h eHi n t e r n a l l e a k g e针对可能存在的漏点,制订的定子冷却水回路查漏处理流程如图所示.图定子冷却水回路查漏处理流程图F i g T h e f l o wc h a r t f o r l e a k a g ed e t e c t i o na n dh a n d l i n go f t h es t a t o rc o i l c o o l i n gt a t e r l o o p 停 机 小 修 期 间,按 照 标 准J B/T 汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定,按照图流程执行了发电机查漏及处理工作,包括定冷水管焊缝P T着色探伤检查、充压空检漏、充氟利昂检漏.通过氟利昂查漏,在发电机励磁侧顶部冷却水进水管与汽励侧联通管处焊缝处发现一处漏点(裂纹长约c m),焊缝漏点位置如图所示.图焊缝漏点位置图F i g T h e l o c a t i o no f t h ew e l d i n gs e a mf o r t h e l e a k a g ep o i n t联通管的作用是当发电机断水时,破坏定冷水系统的虹吸作用,避免因虹吸现象而在高温出水端出现汽化进而形成较大汽堵.由于漏点位于发电机顶部位置,此处正常运行期间没有定冷水流过,因此发电机膛内未进水,发电机漏液监视器也未检测到水流出.焊缝的实物照片见图,根据现场检查情况判断,该焊口未见强行对中情况,不存在机械应力导致焊缝疲劳的可能,焊缝出现裂缝为焊接质量问题.对此焊缝采取了焊缝补焊措施,补焊后进行P T着色检查,P T结果无显影.然后按照标准J B/T 汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定进行定子绕组严密性试验,漏气率为 ,满足“h的 漏 气 率”的标准,确认联通管焊缝漏点为唯一漏点并得到妥善处理.图汽励侧联通管处焊缝漏点照片F i g T h e l e a k a g ep o i n t so f t h ew e l d i n gs e a mo nt h es t a t o rw a t e rc o n n e c t i n gp i p eo f t h e t u r b i n es i d e处理经验和预防措施 处理经验)机组停运发电机完成氢气置换后,可先打开发电机两侧人孔盖板进入发电机内部检查有无明显漏水点.)由于水压试验很难检查出泄漏缺陷,同时避免泄漏点位于定子线圈端部时水从泄漏点渗透到定子绕组中进一步损伤绝缘,不建议采用水压试验.)定子绕组的干燥状态是决定漏点定位成败的关键.因此,在压空检漏前应先进行定子绕组进行疏水和干燥,然后对定子绕组进行抽真空,保证定子绕组充分干燥.)压空检漏的同时充入氟利昂检,测效果较好,能 有 效 发 现 漏 点,同 时 也 能 节 省 查 漏时间.)定子绕组气密性检查建议每次停机大修(C)执行,定子绕组气密性试验的标准建议使用J B/T 的定子绕组气密性试验要求.预防措施)大修期间对发电机内部可达部位的定冷水管的同类型变径焊缝进行P T着色检查,若发现异常进行重新焊接.)在后续机组发电机监造计划中,增加汽励侧联通管焊接质量的见证选点.)发电机定冷水箱排氢间隔加入日常的监督项目中.结论三门核电号机组发电机氢气内漏问题,通过小修的漏点检查,发现汽励侧联通管焊缝漏点并完成处理.发现的漏点是焊缝泄漏,而焊接过程为典型的“特殊过程”,其质量无法被直接检验,外观检查、无损探伤都属于间接方式,无法直接判断焊接质量.因此,在发电机监造过程中应加强对于制造厂进行焊接的工艺要求和质量控制.对于运行机组,每次大修(C)按照严格标准对定子绕组进行气密性检查,对发电机内部可达部位定冷水管变径焊缝进行P T着色检查,以便及时发现发电机膛内漏点,利用大修窗口完成处理.日常期间要加强双水内冷型发电机漏水在线报警监测、发电机漏氢量监测和定冷水箱排氢间隔趋势监督,及时发现泄漏现象并做相应处理,避免泄漏造成发电机损坏.参考文献:汽 轮 发 电 机 绕 组 内 部 水 系 统 检 验 方 法 及 评 定:J B/T S关高大型水内冷发电机定子线圈泄漏缺陷处理实践与研究J大电机技术,():