水輪發電機組超出力運行控制措施分析

錦屏水力發電廠　張冬生　楊　浩　文華宇　李旭明　廖　偉　侯華東

水輪發電機組超出力運行控制措施分析

錦屏水力發電廠張冬生楊浩文華宇李旭明廖偉侯華東

本文對某大型水電站機組超出力運行背景、超出力運行功率可行性及超出力運行不利因素等做了深入分析，對水電機組超出力運行控制措施做了詳細總結，以期對其他水電廠有所幫助。

水電機組；超出力；措施；分析

1.大型水電機組超出力運行背景分析

近幾年四川電網負荷缺口逐漸加大，某大型水電站發電量也在持續增加，超出力運行時有發生。系統發生事故短時間難以恢復（雪災和地震類型事故），需要某大型水電站緊急彌補系統有功不足，有可能被要求長期超出力運行。若系統負荷需要，調度要求機組超額定出力運行，運行人員應采取積極有效的控制措施，保障機組的安全穩定運行。

2.大型水電機組超出力運行可行性分析

2.1超出力運行機組的功率可行性分析

（1）假設某大型水電站機組額定出力為550MW，超出力運行后機組有功最高為575MW。目前發電機超575MW運行有兩個方面證據：技術規范規定，超出力1.05倍（550MW×1.05=577.5MW＞575MW）可長期運行；電廠做過單機出力575MW論證試驗并進行了發電機通風系統改造工作，并給公司提交了相關報告。

（2）但是目前發電機沒有經過超575MW長期運行的考驗，因為這不僅僅是發電機有功P＞=575MW運行的問題，發電機有功在運行時的極限受到多方面的限制，比如發電機無功進相深度、發電機機端電壓大小、發電機絕緣狀況、散熱系統和發電機冷卻水系統的運行狀態水平等等，原則上單機出力不宜長時間超575MW運行。

2.2超出力運行機組的控制技術可行性分析

（1）發電機組在任何狀態下運行，溫度控制是關鍵，發電機的熱控制不在乎有發熱和散熱兩方面，發熱方面降低負荷運行是最主要手段，既然超出力運行，發熱方面的控制力度顯然顯得力不從心，散熱方面風循環不可改變也不可控制，所以在超出力運行狀態下關鍵是保障冷卻水系統和各部油槽油位的運行可靠性，保障發電機定、轉子溫度、三大軸承瓦溫度和油槽溫度在正常運行范圍之內，有效的帶走發電機的發熱量。

（2）機組冷卻系統運行可靠性分析。機組冷卻水系統從設計上已經能很好的滿足供水可靠性的需要，加上技術供水系統PLC系統和軟啟動控制器已經改造，并引入遠方監控控制水泵啟停和自動輪換運行機制，所有管網和閥門也幾乎沒有出現破裂，漏水等情況，所以機組冷卻水系統控制運行水平十分可靠。目前機組水系統較易出現的兩個問題是軸封漏水和軟啟動控制器溫度高。軸封漏水一般巡檢容易發現，且該故障是緩慢發展的機械性故障，需要時間較長才可能形成失控狀態，軸封漏水本身并不可怕，擔心的是由于軸封漏水（特別是刺水）噴到電機上引起電機絕緣損壞甚至燒毀等問題，造成水泵電機不可用，直接降低水系統可靠性，所以必須加強設備巡視。軟啟動控制器溫度問題，影響不是很大，不但有除濕機還有盤柜風扇，能很好的控制軟啟動控制器溫度，如遇到除濕機故障應盡快投入泵房軸流風機。

（3）各部軸承油位是保障發電機機械熱量被冷卻水帶走的第一載體，如果油位不足或者進水，油質變壞等都將直接導致冷卻效率的大大下降，所以必須實時監視各部軸承油位，如發現油位高、油位低、油混水等監控信號出現必須立即引起重視，到現場檢查核實，防止油位過低或者油進水等不利于發電機機械熱量散熱的環節出現問題。

3.大型水電機組超出力運行不利因素分析

（1）發電機無功進相深度越深，發電機端部發熱將越嚴重，從實際運行角度而言，目前正是大發電期間，系統電壓運行在較高水平，機組進相的可能性不大或者說不會很深，這一因素不會成為目前時間段發電機超575MW運行的主要障礙。

（2）機組無功進行深度大或者機端電壓低運行（如枯水期或系統電壓低水平運行等），長期超出力運行（這兒不能僅僅局限在超有功方面，還應考慮視在功率），在大無功電流或者低電壓大電流模式運行下，發電機發熱勢必更加嚴重。

（3）長時間超出力運行，對機組的電氣和機械壽命當然是有影響的，機組的狀態控制增加了一定難度，500KV線路故障跳閘后安穩裝置動作切機（因超出力運行可能會多切我廠機組或負荷）給安全穩定運行帶來一定影響。

4.大型水電機組超出力運行控制措施

為保障機組在超出力期間，機組各部溫度控制在正常運行范圍之內，重點是水（技術冷卻水）和油（各部軸承油位），必須做好以下工作。

（1）值班人員應加強設備巡檢。重點是是發電機空冷器、技術供水控制盤柜、各水泵電機、軸封漏水情況和泵房除濕機的工作狀態。多觀察超出力狀態下空冷器結露情況和空冷器冷卻水管路是否有破漏情況，手摸水泵電機溫度是否正常，檢查軸封漏水是否正常，軟啟動控制器風扇運行是否正常，各部冷卻水壓和流量是否正常，三大油槽油位是否正常，發電機出口離相封閉母線溫度，發電機出口開關溫度等。巡檢時，帶上溫度檢測儀并做好溫度運行記錄，加強對主變各相中性點接頭溫度、發電機出口母線溫度的監測。

（2）監盤人員加強各部溫度畫面的監視。監盤人員應嚴密監視發電機定子及轉子電壓、電流，空冷器溫度，轉子與定子溫度（包括線圈、鐵芯與齒壓板），機組上導/下導/水導/推力瓦溫度以及機組各部振動/擺度在規定范圍內。重點是空冷器溫度，各部發電機軸承瓦溫度和油溫度，如發現曲線異常或者局部幾點溫度上升趨勢明顯，應立即報告現場值長，派人到現場檢查處理。發電機定子線圈溫升不得大于75℃，且運行最高溫度不得超過115℃（環境參考溫度為40℃）；發電機轉子線圈溫升不得大于85℃，且運行最高溫度不得超過125℃；發電機的熱風溫度最高不得超過70℃；冷風溫度不得高于40℃，也不得低于5℃。

（3）關注發電機出口開關、主變運行、線路潮流變化等等。當發電機超出力運行時，在額定電壓情況下，勢必是電流超額定值的直接結果，這時候發電機出口開關和主變的溫升應重點特別關注，同樣關注的重點仍然是相關的冷卻系統。所以必須保證發電機出口開關冷卻水壓力和流量、冷卻風機及主變冷卻水、冷卻油泵的正常運行，輸送功率的增加，線路穩定性稍微下降，系統電壓盡量靠上限運行。

（4）還應關注各相關設備的運行狀態，主要是調速器系統、壓油裝置和高壓氣系統的正常運行顯得很重要。機組在超出力運行狀態下，應盡量將調速器導葉開限逼近導葉實際開度設置，防止調速器失控或一次調頻動作使機組超過575MW。

（5）廠用電系統運行的可靠性直接關系到上面所以相關設備的正常動力電源和控制電源的來源，所以應加強廠用電系統運行可靠，合理分配廠用負荷。因為超出力運行，系統可能系統處于高電壓運行水平，所以應密切關注廠用電壓水平。

（6）在系統高峰時段或系統事故情況下，機組有功負荷可以按575MW運行，此時機組功率因數不得低于0.98（對應的機組無功運行范圍為-38.6～116MVar）。

（7）發電機所有空冷器必須全部投入運行。GCB冷卻系統必須投入運行，如果空氣冷卻系統全停，GCB在額定電流21.6kA運行時間不超過30分鐘，在30分鐘內必須將電流降至13.5kA以下。運行人員應做好超出力運行時的事故預想，如：發變組技術供水運行中中斷、發變組各部溫度過高、機組故障跳閘后過速防范和控制、500KV線路故障跳閘后安穩裝置動作切機（因超出力運行可能會多切我廠機組或負荷）等。

5.結語

各水電廠對水輪機組超額定出力運行的問題必須予以足夠的重視，必要時經過相關的論證才可考慮機組超出力多少、是否可以超出力運行等，對于已經在超出力運行的水輪機組，必須制定嚴格的控制措施，以確保超出力運行水電機組安全穩定運行。

張冬生（1984—），男，大學本科，工程師，現供職于錦屏水力發電廠，從事運行管理工作。

楊浩（1984—），男，大學本科，工程師，現供職于錦屏水力發電廠，從事運行管理工作。

［1］劉遠雄.青溪水電站#2機組超出力發電可行性分析［J］.華電技術，28.