水輪發(fā)電機組調(diào)試及試運行淺議

張效賢，王志會

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

水輪發(fā)電機組調(diào)試及試運行淺議

張效賢，王志會

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

水電站的主要設備分為主機和輔助設備兩大類；其中主機主要是指水輪發(fā)電機組，輔助設備（簡稱輔機）主要是指主機的測量、控制和保護等裝置，主要包括各類互感器、水輪機調(diào)速器及管路裝置、發(fā)電機勵磁保護裝置和消防保護置等；水輪機調(diào)速器簡稱調(diào)速器，是電站重要的輔機，主要用于控制水輪機轉(zhuǎn)速和出力，同時保護其安全、穩(wěn)定運行。

機組；調(diào)試；負荷

1 成立調(diào)試組織機構(gòu)

每個電站水輪機組的調(diào)試組織機構(gòu)。一般分為試運行和系統(tǒng)調(diào)試工作，成立調(diào)試組委員會，對調(diào)試工作進行統(tǒng)一領導和指揮，要在調(diào)試領導機構(gòu)下設立項目部試運行指揮部，機組充水啟動試運等，負責完成調(diào)試機組的資料，按批準的調(diào)試大綱在調(diào)試領導機構(gòu)的統(tǒng)一領導和指揮下完成調(diào)試工作。負責調(diào)試中的測試、記錄、結(jié)果分析及調(diào)試報告的編寫，以及接線、改線、操作、維護、保養(yǎng)、缺陷處理等工作。我項目部按接入系統(tǒng)調(diào)試大綱要求，在系統(tǒng)調(diào)試領導機構(gòu)的統(tǒng)一領導和指揮下參加完成電站電力系統(tǒng)調(diào)試工作。

2 水輪機發(fā)電機組調(diào)試及時運行的內(nèi)容

水輪發(fā)電機組是利用水的勢能轉(zhuǎn)變成機組的動能再轉(zhuǎn)變成電能，供人們在生活和生產(chǎn)中使用。電氣設備要求供電安全可靠及電網(wǎng)電能質(zhì)量十分嚴格。我國電網(wǎng)的額定頻率為50Hz，我國電網(wǎng)允許的頻率偏差為±0．2Hz。因此，要不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速來改變機組的頻率，維持機組的額定工況，就要由調(diào)速器不斷改變導葉關開度，調(diào)節(jié)過機流量，來達到調(diào)試目的。機組調(diào)試分為無水調(diào)試和有水調(diào)試。調(diào)速器是水輪發(fā)電機組重要輔助設備，它與主機的一次及二次回路和計算機輔助監(jiān)控系統(tǒng)組合，完成機組的開停機、增減負荷、事故停機等。

2.1 無水調(diào)試

無水調(diào)試是水輪發(fā)電機組總裝機最后階段。主要工作內(nèi)容有整個機組的清掃檢查撿漏消缺，三部油槽的注油，高壓油頂起的調(diào)試及導葉（槳葉）開關時間的調(diào)試等項目。常見問題機組導葉和槳葉不動或彈性動作。在機組調(diào)試中經(jīng)常遇到調(diào)速器油壓正常，機組導葉和槳葉不動作或者彈性動作的現(xiàn)象。有可能出現(xiàn)的幾種狀況。

（1）機組油壓管路的空氣太多導致油的壓強不夠，致使導葉和槳葉不能動作。處理方法：多次開關閉控制導葉和槳葉的電磁閥排空油管里面的空氣。

（2）由于機組的管路里面含有雜質(zhì)導致機組控制導葉和槳葉的電磁閥堵塞。處理方法：拆下電磁閥打開電磁閥用酒精或汽油清洗就可以解決此問題。導葉關閉正常但不能實現(xiàn)分段關閉延時：這種現(xiàn)象一般情況是分段關閉電磁閥堵塞不能復歸，清洗電磁閥或更換好的電磁閥。

2.2 水輪發(fā)電機組試運

試運行試驗內(nèi)容主要包括：機組充水試驗、機組首次啟動和初步軸承溫升試驗、機組過速試驗、調(diào)速器空載試驗、自動開機至機組空轉(zhuǎn)及調(diào)速器參數(shù)初選、自動開停機試驗發(fā)電機短路升流試驗、發(fā)電機升壓試驗、定子接地試驗、 勵磁空載試驗、主變沖擊試驗、機組并網(wǎng)及甩負荷機組、72小時試運行及28天考核運行期。

（1）機組充水試驗。機組充水試驗包括尾水流道充水及進水流道充水。首先提起尾水閘門進行充水，檢查尾水流道及進水流道充水過程各部位檢漏情況是否正常，是否發(fā)現(xiàn)較大滲漏處，機組密封情況是否良好，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。機組進水流道充水。充水前檢查，確認導葉在全關位置，接力器鎖錠在投入狀態(tài)下在打開進水口閘門打開，開始充水；等充水完成檢查各壓力測點壓力值是否正常。正常后打開技術(shù)供水各個閥門，檢查是否有漏水。正常后進行進水口閘門試驗。

（2）機組首次啟動和初步軸承溫升試驗。機組首次手動開機試驗目的，在于檢查機組安裝質(zhì)量、檢查轉(zhuǎn)動部分與固定部分間隙，檢驗軸瓦間隙是否滿足要求，軸瓦溫升是否均勻，檢查各溫度傳感器、自動裝置、水機保護裝置、控制回路正常工作情況。首次機滑行正常后將轉(zhuǎn)速調(diào)至25%，機組運行正常后轉(zhuǎn)速調(diào)至50%，運行正常后，轉(zhuǎn)速至75%，運行正常后轉(zhuǎn)速至100%，運行正常，機組首次啟動試驗完成進行瓦溫實驗如圖1所示，在進行瓦溫穩(wěn)定試驗過程，運行4小時過程中檢查各部溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)是否正常，檢測機組的擺度是否超標（圖1）。

圖1 瓦溫試驗圖

圖2 機架軸向振動1 X分量 - 過程變化曲線圖

（3）機組過速試驗。過速試驗目的檢查機組各部間隙、安裝質(zhì)量，檢查各部瓦溫是否均勻、正常，檢驗過速保護動作定值，考察機組過速變化是否正常，達到全面檢查機械安裝制造質(zhì)量的目的。過速試驗開始轉(zhuǎn)速由一般有100%-115%-120%-130%-140%-160%-162%機組過速后停機，接力器鎖定投（圖2）。

（4）調(diào)速器空載試驗機組過速試驗。調(diào)速器空載試驗：空載試驗分空載擾動試驗和空載擺動試驗，空載擾動試驗目的是測量水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性，求得機組在空載狀態(tài)運行時的最佳參數(shù)和臨近的調(diào)節(jié)參數(shù)，從而使得調(diào)速器在調(diào)節(jié)過程中既滿足動態(tài)穩(wěn)定指標，又滿足調(diào)節(jié)過程中的速動性的要求。空載擺動試驗主要驗證機組在調(diào)節(jié)的空載參數(shù)下的穩(wěn)定性的試驗。可以分為手動擺動試驗和自動擺動試驗。

（5）自動開機至機組空轉(zhuǎn)及調(diào)速器參數(shù)初選。按照“調(diào)速器手動空載頻率擺動試驗”手動打開導葉接力器，使得機組頻率達到49．50～50．00Hz之間，穩(wěn)定3min之后將導葉操作切至“自動”，設置調(diào)速器為“跟蹤頻給”工作方式，從觸摸屏上下發(fā)頻率給定值，頻率給定變化依次為4852Hz、5248Hz，觀察導葉開度與機頻的變化規(guī)律。修改“空載PID參數(shù)”，重復頻率給定值下發(fā)，觀察參數(shù)調(diào)整后的導葉開度與機頻的變化規(guī)律，選取滿足超調(diào)量小、穩(wěn)定時間短要求的參數(shù)。試驗結(jié)束，將頻率給定值改為50Hz（表1）。

設置好當前水頭下的啟動開度，調(diào)速器置“遠方”“自動”，待監(jiān)控系統(tǒng)流程執(zhí)行到啟動調(diào)速器時開始記錄導葉。

（6）發(fā)電機短路升流試驗。試驗目的檢查勵磁系統(tǒng)功能、發(fā)電機定轉(zhuǎn)子繞組、CT回路以及發(fā)電機電流保護是否正確可靠。試驗過程主要包括發(fā)電機出口開關柜短路銅排連接，開機準備接力器鎖定拔，進行開機它勵電源投開它勵電源投入/退出。勵磁投入，升流試驗開始升流至10%-25% -50%-75%-100%，減至0滅磁，下停機令撤除短路銅排。

開度和機組頻率的變化規(guī)律，完成自動開停機試驗（圖3）。

圖3 短路升流曲線圖

（7）發(fā)電機升壓試驗。發(fā)電機升壓試驗目在于檢查勵磁系統(tǒng)功能、發(fā)電機定轉(zhuǎn)子繞組、PT回路以及發(fā)電機電壓保護是否正確可靠。升壓過程，檢查機組振動、擺度、定子基座振動無明顯變化，機組定子鐵芯水平振動，升壓至75%開始隨著定子電壓增大而增大，升壓至100%，定子鐵芯水平振動，定子鐵芯垂直振動有無明顯變化。

（8）定子接地試驗。發(fā)電機定子一點接地試驗，斷滅磁開關，準備發(fā)電機單相接地試驗,掛接地線， 合滅磁開關，開始發(fā)電機定子一點接地試驗。

表1 自動開機停機試驗

（9）勵磁空載試驗及機組自動開停機試驗。試驗目的檢查調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)參數(shù)，檢驗勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、抗擾動能力、響應速度，機組監(jiān)控的性能。

（10）機組甩負荷試驗。試驗目的考察機組帶負荷能力，甩負荷后調(diào)速器調(diào)節(jié)能力。試驗過程負荷加載至25%甩負荷 、負荷加載至50%、甩負荷加載至75%甩負荷、負荷加載至100%甩負荷。

（11）帶負荷下調(diào)試器系統(tǒng)試驗及72小時考核。試驗目的機組在帶負荷情況下，根據(jù)現(xiàn)場情況增加或減少機組負荷，通過對機組所帶負荷擾動后的調(diào)節(jié)過程的觀察和分析，找出可能達到的最佳調(diào)節(jié)過程，從而選擇在帶負荷時的最佳調(diào)節(jié)參數(shù)，以滿足在帶負荷過程中對調(diào)速系統(tǒng)速動性和穩(wěn)定性的要求。之后停機檢查進行72小時試運行及30天考核期，考核期間要做好相關性能參數(shù)的記錄，檢測水輪發(fā)電機組安裝的質(zhì)量。

3 結(jié)語

在調(diào)試運行過程中要根據(jù)水輪機組的類型選擇機組的調(diào)試最優(yōu)的方案調(diào)試，保證安全有效。文章中圖使用的湘航樞紐工程調(diào)試圖片。

[1]程志剛．新編電氣工程手冊[M]．安徽文化音像出版社，2003．

[2]張勇傳．水電站運行原理[M]．北京：中國水利水電出版社，1998．

[3]張勇傳．水系統(tǒng)最控制[M]．武漢:華中理工大學出版社，1993．

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1671-0711（2017）10（上）-0098-03