淺談軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機組增容改造啟動試驗

陳志剛

摘要：在“雙碳”的目標和愿景之下，福建某水電站機組將承擔各自區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)更重的調(diào)峰、調(diào)頻任務。該類水電機組應適時進行大修并對滿足條件的相關機組進行增容改造，在提升水電機組調(diào)頻能力的同時，提高水能利用率，改善機組運行工況。啟動試驗是水電機組增容改造的最后環(huán)節(jié)，本文將從軸流轉(zhuǎn)槳式水電機組增容改造啟動試驗方案的機械部分、電氣部分和綜合試驗等三個方面進行研究探討，為各類水電機組增容改造后的啟動試驗提供參考。

關鍵詞：雙碳;增容改造;啟動試驗;水電機組

第一章 軸流轉(zhuǎn)槳式水電機組增容改造后啟動試驗方案機械部分

1.1調(diào)速器靜態(tài)試驗

進行該實驗之前應收回相關工作票，進行壓油裝置充油建壓，將調(diào)速器系統(tǒng)由檢修轉(zhuǎn)運行，進行導槳葉全關全開試驗并配合檢修班組完成機組順控、事故低油壓等試驗。在調(diào)速器靜態(tài)試驗期間，還要進行調(diào)速器建模試驗，主要要驗證增容改造后的調(diào)速器性能。

1.2充水試驗

充水試驗前應查檢修滲漏排水系統(tǒng)正常，確認進水口閘門、尾水閘門處于關閉狀態(tài)，蝸殼、尾水盤型閥關閉;做好機組防轉(zhuǎn)動措施，將調(diào)速器系統(tǒng)、導水機構關閉，導葉接力器鎖錠投入。

尾水管充水：將導葉開度開至3%-5%作為排氣通道后，打開尾水沖水閥對尾水管進行充水，在充水過程中隨時觀察機組頂蓋、主軸密封、測壓系統(tǒng)管路、尾水進人孔等各部滲漏水情況并記錄相關測壓標計讀數(shù)。當充水至與尾水位平壓時，才能提尾水門，在靜水狀態(tài)下完成機組導槳葉全開全關試驗。

壓力鋼管和蝸殼充水：打開進水口閘門充水閥，對壓力鋼管和蝸殼進行充水，觀察蝸殼進人孔、蝸殼盤型閥滲漏水情況，待壓力鋼管平壓后，記錄壓力鋼管及蝸殼充水時間和靜水壓力值。

在完成機組導葉漏水量測試后，檢查射流泵排水是否正常并恢復機組技術供水。

1.3機組以手動方式開機及空轉(zhuǎn)試驗

在檢查機組進水口快閘全開后，查機組處于冷備用狀態(tài)，自用電各負荷開關和機組開關、刀閘、地刀位置正確。檢查各油槽油位和壓力油系統(tǒng)正常、技術供水各部水壓正常、推力高壓油裝置投入正常、風閘全落且檢修空氣圍帶無壓。在記錄機組各部原始溫度后，現(xiàn)地手動開導葉，當機組開始轉(zhuǎn)動后，立即將導葉全關，重點確認機組轉(zhuǎn)動與靜止部件之間是否存在硬摩擦或碰撞。

確認機組各部正常后，手動緩慢增大導葉開度，使轉(zhuǎn)速升至額定值，校驗電氣轉(zhuǎn)速表指示正常，并記錄機組的空轉(zhuǎn)開度作為后續(xù)運行參考。

測量并記錄機組空轉(zhuǎn)運行擺度及各部振動值在合格范圍后，進行機組空轉(zhuǎn)下調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)測試、調(diào)整。

1.4機組過速試驗及相關檢查

機組以手動方式開機，使其轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速。待機組運轉(zhuǎn)正常后，繼續(xù)手動打開導葉，平穩(wěn)升速，使機組轉(zhuǎn)速達上升到額定轉(zhuǎn)速的 115%，觀察測速裝置速觸點的動作情況。過速試驗過程中應密切監(jiān)視并記錄各部位振動和擺度值，記錄各部軸承的溫升情況及發(fā)電機空氣間隙的變化，監(jiān)視是否有異常響聲。[1]

過速試驗停機后除常規(guī)檢查外，還應全面檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分，如轉(zhuǎn)子磁軛鍵、磁極鍵、阻尼環(huán)及磁極引線、磁軛壓緊螺桿等有無松動或移位;檢查發(fā)電機定子基礎及上、下機架的狀態(tài)有無異常。

第二章 軸流轉(zhuǎn)槳式水電機組增容改造后啟動試驗方案電氣部分

2.1機組升流升壓試驗

增容改造后機組升流升流試驗主要是檢驗機組保護電流回路向量的正確性、機組故障錄波及儀表測量電流回路的正確性、機組一次回路的正確性及完整性;檢驗機組絕緣是否完好。

增容改造后的升流升壓試驗應采用公用廠用電提供勵磁他勵電源。機組升流試驗時，在發(fā)電機出口開關與發(fā)電機出口封閉母線之間裝設一組三相短路點 K1，斷開供電公用電母線上的非必要負荷開關。由于增容改造后機組需要做120%額定定子電流試驗，應由繼保人員更改相關保護定值。在查發(fā)電機出口開關、刀閘斷開，中性點消弧線圈刀閘已合上后，投入水機保護電源，解除一切與電流量有關的發(fā)電機保護功能壓板，避免諸如差動保護等因為短路點另一側的CT采集不到相應的電流而動作。

監(jiān)控遠方開機至空轉(zhuǎn)，手動起勵（他勵），當升流至 20%額定電流并檢查機組電流回路無開路現(xiàn)象后才能繼續(xù)逐步升流至 40%額定電流，在 40%額定電流時讀取電樞電流和勵磁電流并測量發(fā)電機保護、開關在線監(jiān)測裝置、調(diào)速器、勵磁、測量及計量等電流回路及勵磁變向量，并測量各組 CT 中性線的不平衡電流;核相正常后，繼續(xù)升流至 50%、75%、100%、120%額定電流，檢查 CT 及 機組有無異常;檢查記錄發(fā)電機橫差保護 CT 二次不平衡電流，并分別讀取電樞電流和勵磁電流。試驗完成后，手動減勵磁至最小值，切除勵磁后，將機組停機轉(zhuǎn)檢修，拆除出口開關與發(fā)電機出口封閉母線之間裝設的一組三相短路點K1。

機組升壓試驗時方法與升流試驗類似，但應投入復壓過流保護、失磁保護外的發(fā)電機其他保護，升壓至 25%額定機端電壓時，檢查發(fā)電機及引出母線、發(fā)電機斷路器、勵磁變及分支回路等設備帶電是否正常;機組運行中各部振動及擺度是否正常。[2]繼續(xù)升壓，分別在 50%、75%、100%、125%額定機端電壓（勵磁電流不能超過額定值）時，停留一段時間，讀取三相線電壓、勵磁電流、頻率（或轉(zhuǎn)速）。當一切檢查正常后，切除勵磁，用電壓表測量發(fā)電機機端三相線電壓（定子殘壓）。機組空載狀態(tài)下勵磁建模試驗可以在升流升壓試驗中同時進行。

2.2機變升流升壓試驗

機變升流升壓試驗方法與機組升流升壓試驗方法類似，機變升流試驗主要為確認包含斷路器控制柜電流回路、主變端子箱測量回路、主變冷卻器控制柜過負荷啟動冷卻器電流回路等6號機變電流回路無開路現(xiàn)象并測量含主變中性點零序CT在內(nèi)各組CT中性線的不平衡電流。

機變升壓試驗主要為檢查主變高壓套管等設備帶電是否正常，PT二次電壓向量是否正確、出口開關同期電壓回路是否正確。

2.3主變?nèi)妷合驴蛰d沖擊合閘試驗

通過電網(wǎng)系統(tǒng)電壓對增容改造后的主變進行全電壓下空載沖擊合閘試驗，在全電壓、全保護狀態(tài)下空載沖擊合閘驗證新主變的相間絕緣、匝間絕緣，檢驗新主變各部零件的裝配質(zhì)量，檢查變壓器無異常聲音、無滲漏油現(xiàn)象、無閃絡放電現(xiàn)象，核查監(jiān)控、保護等無異常告警信號。主變沖擊合閘試驗結束后應將主變重瓦斯保護投“信號”，經(jīng)一段時間檢查確認新主變瓦斯繼電器內(nèi)無氣體再申請投“跳閘”。

2.4假同期并網(wǎng)及帶負荷測向量

在查自動準同期裝置參數(shù)已正確設置，確認出口開關刀閘在分后，先進行假同期并網(wǎng)（若為新出口開關設備應真合出口開關），再次檢查同期回路的正確性、同期參數(shù)合理性。新機組開機并網(wǎng)帶一定負荷后，全面測量機組失磁保護、錄波器、監(jiān)控及儀表計量等二次回路的向量。

2.5機組甩負荷試驗

機組經(jīng)監(jiān)控遠方開機至并網(wǎng)運行，逐步增加機組負荷至額定值，檢查并記錄電壓與電流、導槳葉開度、機組振動及擺度、各軸承油瓦溫等數(shù)據(jù)。將機組負荷降至25%額定負荷后，斷開出口開關進行機組甩負荷，測量并記錄甩前、甩中與甩后的各種參數(shù)，甩負荷后應對發(fā)電機層、水輪機層及水車室內(nèi)設備進行全面檢查。應分別在50%、75%和100%額定負荷情況下各進行一次甩負荷試驗。[3]

第三章 軸流轉(zhuǎn)槳式水電機組增容改造后功能性及試運行試驗

3.1機組增容改造后功能性試驗

軸流轉(zhuǎn)槳式水電機組增容改造后的功能性試驗同一般水電機組相似，主要包括機組空載狀態(tài)下進行勵磁建模測試及勵磁調(diào)節(jié)器試驗、發(fā)電機中性點位移電壓測量、發(fā)電機單相接地及消弧線圈補償試驗和調(diào)速器空載試驗;在機組并網(wǎng)帶負荷后，應進行機組負載狀態(tài)下的勵磁系統(tǒng)建模及調(diào)節(jié)器性能試驗、勵磁系統(tǒng)PSS參數(shù)整定試驗;針對機組進相能力和中性點電壓偏移應進行進相試驗及帶負荷下的中性點不對稱電壓與中性點位移電壓測試;為分析機組的效率與調(diào)頻性能，應進行機組一次調(diào)頻試驗與調(diào)速器建模試驗和增容改造后出力效率試驗。

在測量分析機組穩(wěn)定性方面，應在50%、75%、100%額定負荷下進行變負荷工況下的動平衡試驗與穩(wěn)定性試驗。

3.2機組帶額定負荷連續(xù)試運行

增容改造啟動試驗的最后一項為帶額定負荷連續(xù)試運行72小時（或96小時），在試運行期間應按時記錄發(fā)電機運行電氣量，包括有功、無功、電樞電壓電流、勵磁電流等;溫度量則包括定子繞組鐵芯溫度、各軸承油瓦溫、冷卻器進出風溫度等。對于增容改造更換的新主變，在試運行期間應加強主變溫度監(jiān)視，確認主變本體油溫、繞溫與監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)相吻合。

試運行期間應定期對發(fā)電機與主變進行紅外測溫，測量發(fā)電機滑環(huán)、碳刷、主引線、定子端部以及主變本體、高壓套管、封閉母線的溫度。應對各軸承瓦溫、油溫、冷卻器進出水溫等進行分析，判斷冷卻效果是否滿足相關設計的要求。

結語

機組啟動試驗是任何機組檢修工程的最后一項，針對A、B、C等不同等級的檢修，有相應充分且必須的各項啟動試驗與之相對應，通過研究、細致、完善的啟動試驗，不但可以收集改造后水輪機組運行的關鍵數(shù)據(jù)，還可以驗證一次設備性能和二次回路是否完好、可靠。各水電站應結合各型機組需要，編制相應的水輪機組啟動試驗方案，通過試驗驗證檢修改造的可靠性，保證水輪機組安全穩(wěn)定運行，助力“雙碳”目標實現(xiàn)。

參考文獻

[1]韓伶俐，王臘芬. 抽水蓄能電站一洞多機同時甩負荷試驗探討[J]. 水電與抽水蓄能，2017，（01）：6.

[2]莊克軍. 大型水電機組啟動試驗分析研究 [D]. 華北電力大學，2016，（03）：47.

[3]白巴拉，賈文明. 紅山水電站機組啟動試驗分析 [J]. 內(nèi)蒙古水利，2013，（07）：2.