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摘 要：为了保证发电机的安全运行，其定子绕组配置了一套冷却水系统—— 发电机定子冷却水系统。该系统的功能是正常运行中通过内冷水泵提供冷却水，及时携带走因发电机在能量转换过程中产生的热量，来维持发电机线圈的温度在允许的范围，从而达到确保安全、稳定发电的目的。水内冷发电机的断水保护，是发电机的重要保护之一，若断水时电机仍在较长时间内运行，电机就会发热，当发热量大于散热量时，电机温度就会剧升而危及发电机安全，此时必须降低发电机负荷，应尽快解列停机，这就需要对发电机断水保护动作的可靠性及保护动作设置的合理性进行分析与探讨。
关键词：冷却水 断水保护 差压开关 控制逻辑
中图分类号：TK264.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（b）-0078-02
筆者公司发电机为汽轮机驱动的三项隐极式同步发电机，其型号为QFSN-350-2，发电机采用水氢氢冷却方式：定子绕组（包括定子线圈、连接线、主引线和出线瓷套端子、中性点联接母线板）水内冷、定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组为气隙取气、径向斜流式氢内冷。
发电机在断水情况下的保护设置：当定冷水短时间内突然中断，可以通过启动备用定冷泵的措施来恢复供水，如在设定的短暂时间内冷却水不能正常恢复，发电机应该立即解列停机。定冷水流量低和流量低低报警信号可以表征冷却水流量不正常想象，流量低低将危及发电机的安全运行。
发电机定子冷却水保护配置：当定子冷却水流量升至额定流量的105%时，将发出定子线圈水流量高报警信号；当定子冷却水流量降至额定流量的80%时，将发出定子线圈水流量低报警信号；当定子线圈水流量进一步低至额定流量的70%时，将发出定子线圈水流量低低报警信号。定子线圈流量低至44 t/h时报警，低低至39.5 t/h时保护动作，按断水延时时间立即跳闸解列发电机，来保护定子线圈不应冷却水流量过低而引起烧毁事故。正常运行时定冷水流量为55 t/h。
1 对比分析
定冷水断水保护信号是由定冷水进出水差压开关来判断的，定冷水流量低和流量低低信由差压开关发出，差压开关正负压测取样管分别取自定子线圈总进、出水管上引出的信号管上。两台机组定子冷却水差压开关采用UE400系列差压开关，差压开关一共5台，其中一台差压开关输出用作报警，一台差压开关输出用作连锁启动信号（同时作报警），另外3台则是断水保护信号输出。断水保护采用开关量三取二进行判断，结构简单，易理解掌握。
下面对两台机组定子冷却水断水保护参数进行对比。
断水保护差压开关保护定值主要是根据人工调节实际定冷水流量，使流量计显示至39.5 t/h时差压变送器送器测量的实际值来确定保护和报警定值。笔者工厂基建时安装的定冷水泵，由于振动大和检修不方便等原因，将定冷水泵进行了升级更换，重新布置了安装位置，改造后使定冷水泵提供要求的压力下流量计显示流量为39.5 t/h时，定子冷却水进出水差压值和检修前比较有所变化（67 kPa降至63 kPa），因此保护定值需要重新调整。
对测量仪表可靠性进行分析如下。
（1）两台机组定冷水差压开关均采用UE400系列的差压开关，差压开关承压部件为膜片，单侧受压大容易破损泄露，会造成差压开关误报警。
（2）两台机组定冷水流量计是国外某品牌的涡街流量计，在机组正常运行过程中出现过跳变现象，这种不稳定的测量会给机组安全运行带来隐患。
（3）现场5个差压开关的取样管都是取自一根总管，当单根管道出现阻塞现象时，总管末端压力波动会造成压力开关误动作，并且取样管总管只有一次门，差压开关处没有二次门，不利于现场检修和校准。
（4）发电机进水压力测点取样口安装在汽机房6.3 m层进水母管上，而压力变送器安装在汽机房0 m层，与12.6 m层发电机线圈位置处的进水压力要求（0.15～0.20 MPa之间）存在测量偏差。
总体结论表明：原先设计的逻辑和现场仪表选型及安装位置均不合理，无法满足发电机断水保护的可靠性配置要求。
2 改进方案设计
2.1 设备重新选型
取消原断水保护及报警用的所有差压开关，增加一套定冷水流量计，采用可靠性更高的节流孔板加差压变送器测量方式取得信号（稳定的模拟量信号）低限值来替代原来的开关量信号，并在在逻辑组态中增加坏值切除逻辑，原来的涡街流量计和差压变送器测量值只用作DCS画面监视。
2.2 位置不合理仪表重新布局
将两台号机组的定冷水进水压力测点取样口位置从6.3 m层进水母管处移至12.6 m层定子线圈进水汇水管底部放水门前管道处，定冷水进水压力变送器从0 m层移至6.3 m层定冷水进水压力测点取样口附近，确保定冷水进水压力测量准确，符合反措要求。
2.3 修改发电机断水保护逻辑
逻辑改为用定冷水流量孔板差压变送器测量的模拟量流量信号三取中低于44 t/h发报警信号，并延时1s联锁启动备用定冷水泵，低于39.5 t/h时三取二动作发断水保护信号。断水延时时间由发电机定子电流比值经一个折现函数得出，负荷不同断水延时时间不同（高负荷断水延时时间短），限幅5～120 s。
3 改进方案实施
3.1 取消原有的定冷水差压开关
拆除汽机0 m层现有定冷水进出口5台差压开关及其取样管路，只保留进出口压力表、差压变送器，涡街流量变送器，切除管路并做好切口焊接封堵，拆除差压开关至定冷水接线端子箱的接线，拆除接线箱差压开关信号去DCS的接线做好标记用绝缘胶布包好盘入线槽。
3.2 加装定冷水节流孔板流量计
在汽机房0 m层定冷水进水母管上安装焊接式节流孔板一套（均匀分布三组差压取样口），并敷设取样管及安装一、二次取样门、排污门等到差压变送器的高、低压侧取样口。差压变送器安装在靠墙边，重新敷设就地仪表至DCS的信号控制电缆。
3.3 定冷水进水压力变送器移位
将原来定冷水进水压力取样一次门关闭，并将取样管从一次门后或接头处切断，在12.6 m层定子线圈进水汇水管底部放水门前管道处重新开口取样并重新敷设取样管，增加取样一次门、二次门，同时敷设4×1.5的控制电缆至DCS间。
3.4 重新审视、修改发电机断水保护逻辑
逻辑改为用节流孔板显示（3个流量模拟量三取中）低于44 t/h时发报警信号；定冷水流量（3个流量模拟量三取二）低于39.5 t/h时发断水保护信号，增加断水延时时间（断水延时5～120 s），保留涡街流量测量在DCS画面监视功能。逻辑如图1所示。
4 实施效果和注意事项
方案实施完成后，机组已经运行一段时间。对1号机发电机定冷水断水保护系统进行跟踪观察，到目前为止，现场设备运行正常，暂时没有发现缺陷。
需要注意的是定子绕组出现断水情况时，允许发电机短时运行（按断水延时时间），备用泵需在断水延时时间内投入正常运行，如果备用泵在断水延时时间内不能正常运行，发电机必须停机或者2 min内以每分钟50%的速率将定子电流自动降至额定电流的15%，同时应将定子冷却水的电导率控制在1.5 μs/cm以内。低负荷下，断水超过2 min，发电机绝缘便会损坏，所以要将断水延时时间控制在5～120 s内。
5 结语
通过改进发电机定冷水断水保护系统，采用了更可靠的设备，重新设计了更可靠的断水保护逻辑，消除了发电机断水保护拒动和误动的风险，消除了停机的隐患，大大提高了机组安全稳定运行的可靠性。
参考文献
[1] 电力行业热工自动化技术委员会.火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M].北京：中国电力出版社，2010.
[2] QFSN-350-2汽轮发电机产品说明书[R].
[3] 付建国，张清宇，杨少军.通过发电机冷却水系统改造消除停机隐患[J].河南电力，2002（4）：59-60.
[4] 浅议发电机定子线圈断水的保护[EB/OL].百度文库.
[5] 关于300MW发电机组定冷水断水保护系统的可靠性分析[J].科技资讯，2013（17）：101-102.
关键词：冷却水 断水保护 差压开关 控制逻辑
中图分类号：TK264.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（b）-0078-02
筆者公司发电机为汽轮机驱动的三项隐极式同步发电机，其型号为QFSN-350-2，发电机采用水氢氢冷却方式：定子绕组（包括定子线圈、连接线、主引线和出线瓷套端子、中性点联接母线板）水内冷、定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组为气隙取气、径向斜流式氢内冷。
发电机在断水情况下的保护设置：当定冷水短时间内突然中断，可以通过启动备用定冷泵的措施来恢复供水，如在设定的短暂时间内冷却水不能正常恢复，发电机应该立即解列停机。定冷水流量低和流量低低报警信号可以表征冷却水流量不正常想象，流量低低将危及发电机的安全运行。
发电机定子冷却水保护配置：当定子冷却水流量升至额定流量的105%时，将发出定子线圈水流量高报警信号；当定子冷却水流量降至额定流量的80%时，将发出定子线圈水流量低报警信号；当定子线圈水流量进一步低至额定流量的70%时，将发出定子线圈水流量低低报警信号。定子线圈流量低至44 t/h时报警，低低至39.5 t/h时保护动作，按断水延时时间立即跳闸解列发电机，来保护定子线圈不应冷却水流量过低而引起烧毁事故。正常运行时定冷水流量为55 t/h。
1 对比分析
定冷水断水保护信号是由定冷水进出水差压开关来判断的，定冷水流量低和流量低低信由差压开关发出，差压开关正负压测取样管分别取自定子线圈总进、出水管上引出的信号管上。两台机组定子冷却水差压开关采用UE400系列差压开关，差压开关一共5台，其中一台差压开关输出用作报警，一台差压开关输出用作连锁启动信号（同时作报警），另外3台则是断水保护信号输出。断水保护采用开关量三取二进行判断，结构简单，易理解掌握。
下面对两台机组定子冷却水断水保护参数进行对比。
断水保护差压开关保护定值主要是根据人工调节实际定冷水流量，使流量计显示至39.5 t/h时差压变送器送器测量的实际值来确定保护和报警定值。笔者工厂基建时安装的定冷水泵，由于振动大和检修不方便等原因，将定冷水泵进行了升级更换，重新布置了安装位置，改造后使定冷水泵提供要求的压力下流量计显示流量为39.5 t/h时，定子冷却水进出水差压值和检修前比较有所变化（67 kPa降至63 kPa），因此保护定值需要重新调整。
对测量仪表可靠性进行分析如下。
（1）两台机组定冷水差压开关均采用UE400系列的差压开关，差压开关承压部件为膜片，单侧受压大容易破损泄露，会造成差压开关误报警。
（2）两台机组定冷水流量计是国外某品牌的涡街流量计，在机组正常运行过程中出现过跳变现象，这种不稳定的测量会给机组安全运行带来隐患。
（3）现场5个差压开关的取样管都是取自一根总管，当单根管道出现阻塞现象时，总管末端压力波动会造成压力开关误动作，并且取样管总管只有一次门，差压开关处没有二次门，不利于现场检修和校准。
（4）发电机进水压力测点取样口安装在汽机房6.3 m层进水母管上，而压力变送器安装在汽机房0 m层，与12.6 m层发电机线圈位置处的进水压力要求（0.15～0.20 MPa之间）存在测量偏差。
总体结论表明：原先设计的逻辑和现场仪表选型及安装位置均不合理，无法满足发电机断水保护的可靠性配置要求。
2 改进方案设计
2.1 设备重新选型
取消原断水保护及报警用的所有差压开关，增加一套定冷水流量计，采用可靠性更高的节流孔板加差压变送器测量方式取得信号（稳定的模拟量信号）低限值来替代原来的开关量信号，并在在逻辑组态中增加坏值切除逻辑，原来的涡街流量计和差压变送器测量值只用作DCS画面监视。
2.2 位置不合理仪表重新布局
将两台号机组的定冷水进水压力测点取样口位置从6.3 m层进水母管处移至12.6 m层定子线圈进水汇水管底部放水门前管道处，定冷水进水压力变送器从0 m层移至6.3 m层定冷水进水压力测点取样口附近，确保定冷水进水压力测量准确，符合反措要求。
2.3 修改发电机断水保护逻辑
逻辑改为用定冷水流量孔板差压变送器测量的模拟量流量信号三取中低于44 t/h发报警信号，并延时1s联锁启动备用定冷水泵，低于39.5 t/h时三取二动作发断水保护信号。断水延时时间由发电机定子电流比值经一个折现函数得出，负荷不同断水延时时间不同（高负荷断水延时时间短），限幅5～120 s。
3 改进方案实施
3.1 取消原有的定冷水差压开关
拆除汽机0 m层现有定冷水进出口5台差压开关及其取样管路，只保留进出口压力表、差压变送器，涡街流量变送器，切除管路并做好切口焊接封堵，拆除差压开关至定冷水接线端子箱的接线，拆除接线箱差压开关信号去DCS的接线做好标记用绝缘胶布包好盘入线槽。
3.2 加装定冷水节流孔板流量计
在汽机房0 m层定冷水进水母管上安装焊接式节流孔板一套（均匀分布三组差压取样口），并敷设取样管及安装一、二次取样门、排污门等到差压变送器的高、低压侧取样口。差压变送器安装在靠墙边，重新敷设就地仪表至DCS的信号控制电缆。
3.3 定冷水进水压力变送器移位
将原来定冷水进水压力取样一次门关闭，并将取样管从一次门后或接头处切断，在12.6 m层定子线圈进水汇水管底部放水门前管道处重新开口取样并重新敷设取样管，增加取样一次门、二次门，同时敷设4×1.5的控制电缆至DCS间。
3.4 重新审视、修改发电机断水保护逻辑
逻辑改为用节流孔板显示（3个流量模拟量三取中）低于44 t/h时发报警信号；定冷水流量（3个流量模拟量三取二）低于39.5 t/h时发断水保护信号，增加断水延时时间（断水延时5～120 s），保留涡街流量测量在DCS画面监视功能。逻辑如图1所示。
4 实施效果和注意事项
方案实施完成后，机组已经运行一段时间。对1号机发电机定冷水断水保护系统进行跟踪观察，到目前为止，现场设备运行正常，暂时没有发现缺陷。
需要注意的是定子绕组出现断水情况时，允许发电机短时运行（按断水延时时间），备用泵需在断水延时时间内投入正常运行，如果备用泵在断水延时时间内不能正常运行，发电机必须停机或者2 min内以每分钟50%的速率将定子电流自动降至额定电流的15%，同时应将定子冷却水的电导率控制在1.5 μs/cm以内。低负荷下，断水超过2 min，发电机绝缘便会损坏，所以要将断水延时时间控制在5～120 s内。
5 结语
通过改进发电机定冷水断水保护系统，采用了更可靠的设备，重新设计了更可靠的断水保护逻辑，消除了发电机断水保护拒动和误动的风险，消除了停机的隐患，大大提高了机组安全稳定运行的可靠性。
参考文献
[1] 电力行业热工自动化技术委员会.火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M].北京：中国电力出版社，2010.
[2] QFSN-350-2汽轮发电机产品说明书[R].
[3] 付建国，张清宇，杨少军.通过发电机冷却水系统改造消除停机隐患[J].河南电力，2002（4）：59-60.
[4] 浅议发电机定子线圈断水的保护[EB/OL].百度文库.
[5] 关于300MW发电机组定冷水断水保护系统的可靠性分析[J].科技资讯，2013（17）：101-102.