淺談恰海水電站機(jī)組啟動(dòng)及動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

馮 文

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理中心 烏魯木齊 830000）

1 恰海水電站概況

恰海水電站是一座混合引水式水電站，具有不完全年調(diào)節(jié)能力，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、震動(dòng)擺動(dòng)檢測(cè)分析系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)氣隙檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無人值班（少人值守），便于與梯級(jí)電站的聯(lián)合運(yùn)行。

樞紐工程由粘土心墻堆石壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔排沙放空洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、水電站副廠房等主要建筑物組成。發(fā)電引水系統(tǒng)采用“一洞兩機(jī)”布置方式，設(shè)計(jì)引水量2×134.35m3/s。電站主廠房布置在壩后河床上，壩軸線垂直河床，總長度127m、寬25.5m、高度50.3m，尾水渠利用天然河道布置；電站總裝機(jī)容量4×8萬kW，設(shè)計(jì)水頭68m，單機(jī)引水流量134.35m3/s，多年平均發(fā)電量9.28億kW·h。

2005年8月首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2006年9月最后一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，至今，年發(fā)電量已達(dá)到設(shè)計(jì)水平。

2 試驗(yàn)水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)（以3號(hào)機(jī)組試驗(yàn)為例）

a.發(fā)電機(jī)參數(shù)為：型號(hào)SF80—34/8800；額定功率8萬kW；額定電壓13800V；額定電流3937.6A；額定頻率50Hz，相數(shù)3；定子絕緣F級(jí)；推力負(fù)荷770t；功率因數(shù)0.875。

b.水輪機(jī)參數(shù)為：型號(hào) HL（L241）—LJ—405；最大水頭83.6m；最小水頭51.2m；額定轉(zhuǎn)速176.5r/min；旋轉(zhuǎn)方向俯視順時(shí)針；額定功率8.252萬kW；設(shè)計(jì)水頭68m；設(shè)計(jì)流量 134.31m3/s；飛逸轉(zhuǎn)速 320.4r/min；轉(zhuǎn)輪直徑4050mm。

3 機(jī)組啟動(dòng)前檢查內(nèi)容

水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)前檢查的主要內(nèi)容有引水系統(tǒng)檢查、水輪機(jī)部分檢查、調(diào)速系統(tǒng)及其設(shè)備檢查、發(fā)電機(jī)部分檢查、油水氣系統(tǒng)檢查、電氣一次設(shè)備檢查、勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備與回路檢查、電氣二次設(shè)備檢查、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備檢查等。各系統(tǒng)和設(shè)備在靜態(tài)狀態(tài)下的安裝質(zhì)量應(yīng)完全符合國家規(guī)范要求。

4 機(jī)組首次啟動(dòng)應(yīng)準(zhǔn)備的工作

機(jī)組首次啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作非常重要，直接關(guān)系到機(jī)組首次啟動(dòng)是否安全和成功，根據(jù)恰甫其海水電站所處的環(huán)境和電站設(shè)計(jì)，啟動(dòng)前應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：

a.各部位運(yùn)行人員進(jìn)入工作崗位；各監(jiān)測(cè)儀器、儀表準(zhǔn)備到位。

b.確認(rèn)沖水過程中發(fā)現(xiàn)的問題已處理完畢。

c.各部冷卻水、潤滑水投入，水壓、流量正常，潤滑油系統(tǒng)、操作系統(tǒng)工作正常，各油槽油位正常。

d.廠用交、直流電源供電正常，PT一次、二次熔斷器安裝良好。

e.調(diào)速器置“現(xiàn)地”和“手動(dòng)啟動(dòng)”方式。調(diào)速器油壓裝置置“遠(yuǎn)程”和“自動(dòng)”方式，主油閥開啟。漏油裝置處于“自動(dòng)”位置。

f.發(fā)電機(jī)出口斷電器301、隔離開關(guān)3011斷開（3號(hào)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)編號(hào)）。

g.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)碳刷拔出。

h.水力機(jī)械保護(hù)和測(cè)溫裝置已投入。

i.拆除所有與開機(jī)無關(guān)的試驗(yàn)線、短接線及接地線。

j.在發(fā)電機(jī)出口PT一次側(cè)外接標(biāo)準(zhǔn)頻率表監(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

k.臨時(shí)布置檢測(cè)各部震動(dòng)和擺動(dòng)的表計(jì)。

l.啟動(dòng)發(fā)電機(jī)頂起裝置頂起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一次，使推力瓦建立適當(dāng)?shù)挠湍ぁ?/p>

m.記錄上、下游水位和各部原始溫度。

n.投入主軸工作密封，撤除檢修空氣圍帶。

5 機(jī)組的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

機(jī)組動(dòng)態(tài)試驗(yàn)是檢驗(yàn)水輪發(fā)電機(jī)組是否能按照設(shè)計(jì)要求在額定功率下發(fā)電運(yùn)行，是檢驗(yàn)水輪發(fā)電機(jī)組在實(shí)際工況條件下機(jī)組的設(shè)備質(zhì)量、安裝質(zhì)量是否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。

5.1 水輪機(jī)各部軸承溫升試驗(yàn)

軸承溫度的測(cè)試是機(jī)組軸承試驗(yàn)的內(nèi)容之一，是機(jī)組運(yùn)行時(shí)重要的檢測(cè)參數(shù)，主要反映軸承的運(yùn)行性能和機(jī)組運(yùn)行的安全水平。軸承運(yùn)行時(shí)任何一個(gè)部位的缺陷所引起的故障，均首先導(dǎo)致軸瓦的溫度升高，是軸承燒瓦停機(jī)的征兆。做該項(xiàng)試驗(yàn)的主要目的是：?了解軸瓦表面溫度的分布情況，即軸瓦的溫度場；?了解沿著軸瓦厚度方向的溫度變化情況，即軸瓦的溫度梯度；?了解瓦溫變化所引起的熱變形對(duì)軸承運(yùn)行的影響。

恰海電站3號(hào)發(fā)電機(jī)組首次啟動(dòng)后，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)推力軸承、推力油槽、上導(dǎo)軸承、上導(dǎo)油槽、下導(dǎo)軸承、下導(dǎo)油槽、水導(dǎo)軸承和水導(dǎo)油槽等各部溫度進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 3號(hào)機(jī)組各部軸承及油槽運(yùn)行溫度試驗(yàn)（2006年8月30日）結(jié)果 單位：℃

溫升試驗(yàn)持續(xù)8h，機(jī)組開機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行3～4h后，各部軸承溫度平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)軸承溫度急劇升高現(xiàn)象，最高溫度在允許范圍內(nèi)，反映了3號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組各部軸承制造質(zhì)量和安裝質(zhì)量完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足機(jī)組安全運(yùn)行。

5.2 機(jī)組空載下調(diào)速器試驗(yàn)

調(diào)速器在機(jī)組運(yùn)行過程中起著重要的調(diào)節(jié)控制作用，其動(dòng)態(tài)性能就是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過渡過程。單機(jī)運(yùn)行過程控制機(jī)組頻率，并網(wǎng)運(yùn)行過程調(diào)節(jié)機(jī)組有功功率；故障或事故情況下保證機(jī)組安全停機(jī)。因此，機(jī)組空載下的調(diào)速器試驗(yàn)顯得尤為重要，全面考驗(yàn)調(diào)速器動(dòng)態(tài)性能是保證機(jī)組安全運(yùn)行的手段。

恰海電站3號(hào)機(jī)組空載下調(diào)速器主要的試驗(yàn)和試驗(yàn)記錄如下。

5.2.1 空載手自動(dòng)切換試驗(yàn)

a.手動(dòng)切電手動(dòng)。切前導(dǎo)葉開度13.24%，切后導(dǎo)葉開度13.24%。

b.自動(dòng)切電手動(dòng)。切前導(dǎo)葉開度13.24%，切后導(dǎo)葉開度13.24%。

c.手動(dòng)切自動(dòng)。切前導(dǎo)葉開度13.24%，切后導(dǎo)葉開度14.29%。

d.電手動(dòng)切自動(dòng)。切前導(dǎo)葉開度13.49%，切后導(dǎo)葉開度12.95%。

5.2.2 自動(dòng)開停機(jī)試驗(yàn)

自動(dòng)停機(jī)曲線見圖1。

試驗(yàn)結(jié)果：導(dǎo)葉全關(guān)時(shí)間5.1s。

自動(dòng)開機(jī)曲線見圖2。

試驗(yàn)結(jié)果：導(dǎo)葉開機(jī)時(shí)間47.8s，第一段30.0s，第二段17.8s。

圖1 3號(hào)機(jī)組自動(dòng)停機(jī)曲線

圖2 3號(hào)機(jī)組自動(dòng)開機(jī)曲線

5.2.3 空載擾動(dòng)試驗(yàn)

a.實(shí)驗(yàn)最優(yōu)的參數(shù)：永態(tài)系數(shù)Bp=6.0%；緩沖時(shí)間Td=10s；頻率死區(qū) Ef=0.3Hz；晢態(tài)系數(shù) Bt=40%；加速度時(shí)間Tn=0.2s。

b.空載擾動(dòng)曲線。上擾曲線見圖3。

試驗(yàn)結(jié)果：轉(zhuǎn)速超調(diào)量為0%，調(diào)節(jié)時(shí)間為26.4s。

下擾曲線見圖4。

試驗(yàn)結(jié)果：轉(zhuǎn)速超調(diào)量為24.2%，調(diào)節(jié)時(shí)間=29.5s。

5.2.4 空載擺動(dòng)試驗(yàn)

3min自動(dòng)頻率擺動(dòng)值：當(dāng)前水頭為56.5m，空載開度為21.26%。

a.第一次最大頻率為 50.030Hz，最小頻率為49.952Hz，擺動(dòng)值為 0.078Hz。

b.第二次最大頻率為 50.038Hz，最小頻率為49.958Hz，擺動(dòng)值為 0.080Hz。

c.第三次最大頻率為50.030Hz，最小頻率為49.936Hz，擺動(dòng)值 0.112Hz。

3次平均擺動(dòng)值為0.090Hz。

通過3號(hào)機(jī)組空載下調(diào)速器試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足機(jī)組動(dòng)態(tài)特性及其品質(zhì)指標(biāo)，調(diào)速器系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過渡過程安全可靠。

圖3 3號(hào)機(jī)組空載上擾曲線

圖4 3號(hào)機(jī)組空載下擾曲線

5.3 發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速和定子電壓為零的條件下，定子繞組端電流與轉(zhuǎn)子電流之間的關(guān)系。通過發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)，可以檢查定子三相電流的對(duì)稱性，并結(jié)合空載特性曲線求得發(fā)電機(jī)的參數(shù)。因此，短路特性也是發(fā)電機(jī)的重要特性之一。

恰海水電站3號(hào)機(jī)組短路試驗(yàn)結(jié)果見表2。短路特性曲線見圖5。

5.4 發(fā)電機(jī)組定子空載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速和定子電流為零的條件下，定子繞組端電壓與轉(zhuǎn)子電流之間的關(guān)系?？蛰d特性曲線是發(fā)電機(jī)最基本的特性，也是決定發(fā)電機(jī)參數(shù)及運(yùn)行特性的重要依據(jù)之一。空載特性配合短路特性，可求出發(fā)電機(jī)的電壓變化率△U%,縱軸同步電抗xd、短路比KDL和負(fù)載特性等。在空載特性試驗(yàn)的同時(shí)，還可以檢查發(fā)電機(jī)三相電壓的對(duì)稱性，并進(jìn)行定子繞組匝間絕緣試驗(yàn)。3號(hào)機(jī)組定子空載特性試驗(yàn)結(jié)果見表3。

空載特性曲線見圖6。

表2 3號(hào)機(jī)組短路特性試驗(yàn)結(jié)果

5.5 機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)主要檢驗(yàn)機(jī)組運(yùn)行過程中在突然甩額定負(fù)荷時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組引水系統(tǒng)能否滿足設(shè)計(jì)要求，發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)過程是否滿足設(shè)計(jì)要求，調(diào)整機(jī)組突甩額定負(fù)荷時(shí)引水系統(tǒng)水壓上升率與機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率之間的關(guān)系，保證機(jī)組與引水系統(tǒng)安全運(yùn)行。

圖5 3號(hào)機(jī)組短路特性曲線

恰海水電站3號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果見表4。

甩50%負(fù)荷曲線見圖7。

甩75%負(fù)荷曲線見圖8。

甩100%負(fù)荷曲線見圖9。

通過甩50%、75%、100%負(fù)荷試驗(yàn)，對(duì)3號(hào)機(jī)組調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)、暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可使水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在最佳的工況下，保證引水系統(tǒng)和水輪發(fā)電機(jī)組安全可靠的運(yùn)行。

5.6 機(jī)組帶負(fù)荷72h試驗(yàn)

3號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組完成并列和甩負(fù)荷試驗(yàn)后，機(jī)組具備并入電力系統(tǒng)帶額定負(fù)荷連續(xù)72h試運(yùn)行的條件。

表3 3號(hào)機(jī)組定子空載特性試驗(yàn)結(jié)果

圖6 3號(hào)機(jī)組空載特性曲線

機(jī)組進(jìn)入72h試運(yùn)行過程中，如果因機(jī)組及相關(guān)機(jī)電設(shè)備的制造、安裝質(zhì)量或其他原因引起運(yùn)行中斷，應(yīng)對(duì)機(jī)組及相關(guān)機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行處理，重新開始72h的連續(xù)試運(yùn)行，中斷前后的運(yùn)行時(shí)間不得累加計(jì)算。根據(jù)機(jī)組試驗(yàn)條件情況，在允許情況下，應(yīng)滿負(fù)荷運(yùn)行72h或帶最大負(fù)荷72h運(yùn)行，其目的是檢驗(yàn)機(jī)組在連續(xù)運(yùn)行情況下能否滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求，能否保證持續(xù)安全運(yùn)行。

6 結(jié)論

3號(hào)機(jī)組按照DL/T507—2002《水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》完成了動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的全部試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)機(jī)組各部軸瓦溫升、機(jī)組有功與無功、調(diào)速器系統(tǒng)性能、勵(lì)磁系統(tǒng)性能、發(fā)電機(jī)組絕緣以及緊急事故情況下，水系統(tǒng)、金屬結(jié)構(gòu)、保護(hù)系統(tǒng)、水輪機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)、油系統(tǒng)和氣系統(tǒng)等進(jìn)行了檢驗(yàn)。通過試驗(yàn)，3號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組符合國家有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，可以投入商業(yè)運(yùn)行。

表4 3號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果

圖7 3號(hào)機(jī)組甩50%負(fù)荷曲線

圖8 3號(hào)機(jī)組甩75%負(fù)荷曲線

圖9 3號(hào)機(jī)組甩100%負(fù)荷曲線