水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試及試運(yùn)行淺議

張效賢，王志會(huì)

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試及試運(yùn)行淺議

張效賢，王志會(huì)

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

水電站的主要設(shè)備分為主機(jī)和輔助設(shè)備兩大類；其中主機(jī)主要是指水輪發(fā)電機(jī)組，輔助設(shè)備（簡(jiǎn)稱輔機(jī)）主要是指主機(jī)的測(cè)量、控制和保護(hù)等裝置，主要包括各類互感器、水輪機(jī)調(diào)速器及管路裝置、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁保護(hù)裝置和消防保護(hù)置等；水輪機(jī)調(diào)速器簡(jiǎn)稱調(diào)速器，是電站重要的輔機(jī)，主要用于控制水輪機(jī)轉(zhuǎn)速和出力，同時(shí)保護(hù)其安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

機(jī)組；調(diào)試；負(fù)荷

1 成立調(diào)試組織機(jī)構(gòu)

每個(gè)電站水輪機(jī)組的調(diào)試組織機(jī)構(gòu)。一般分為試運(yùn)行和系統(tǒng)調(diào)試工作，成立調(diào)試組委員會(huì)，對(duì)調(diào)試工作進(jìn)行統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和指揮，要在調(diào)試領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)下設(shè)立項(xiàng)目部試運(yùn)行指揮部，機(jī)組充水啟動(dòng)試運(yùn)等，負(fù)責(zé)完成調(diào)試機(jī)組的資料，按批準(zhǔn)的調(diào)試大綱在調(diào)試領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和指揮下完成調(diào)試工作。負(fù)責(zé)調(diào)試中的測(cè)試、記錄、結(jié)果分析及調(diào)試報(bào)告的編寫，以及接線、改線、操作、維護(hù)、保養(yǎng)、缺陷處理等工作。我項(xiàng)目部按接入系統(tǒng)調(diào)試大綱要求，在系統(tǒng)調(diào)試領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和指揮下參加完成電站電力系統(tǒng)調(diào)試工作。

2 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組調(diào)試及時(shí)運(yùn)行的內(nèi)容

水輪發(fā)電機(jī)組是利用水的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成機(jī)組的動(dòng)能再轉(zhuǎn)變成電能，供人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中使用。電氣設(shè)備要求供電安全可靠及電網(wǎng)電能質(zhì)量十分嚴(yán)格。我國(guó)電網(wǎng)的額定頻率為50Hz，我國(guó)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(jī)組轉(zhuǎn)速來(lái)改變機(jī)組的頻率，維持機(jī)組的額定工況，就要由調(diào)速器不斷改變導(dǎo)葉關(guān)開度，調(diào)節(jié)過(guò)機(jī)流量，來(lái)達(dá)到調(diào)試目的。機(jī)組調(diào)試分為無(wú)水調(diào)試和有水調(diào)試。調(diào)速器是水輪發(fā)電機(jī)組重要輔助設(shè)備，它與主機(jī)的一次及二次回路和計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)控系統(tǒng)組合，完成機(jī)組的開停機(jī)、增減負(fù)荷、事故停機(jī)等。

2.1 無(wú)水調(diào)試

無(wú)水調(diào)試是水輪發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)最后階段。主要工作內(nèi)容有整個(gè)機(jī)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(dǎo)葉（槳葉）開關(guān)時(shí)間的調(diào)試等項(xiàng)目。常見問(wèn)題機(jī)組導(dǎo)葉和槳葉不動(dòng)或彈性動(dòng)作。在機(jī)組調(diào)試中經(jīng)常遇到調(diào)速器油壓正常，機(jī)組導(dǎo)葉和槳葉不動(dòng)作或者彈性動(dòng)作的現(xiàn)象。有可能出現(xiàn)的幾種狀況。

（1）機(jī)組油壓管路的空氣太多導(dǎo)致油的壓強(qiáng)不夠，致使導(dǎo)葉和槳葉不能動(dòng)作。處理方法：多次開關(guān)閉控制導(dǎo)葉和槳葉的電磁閥排空油管里面的空氣。

（2）由于機(jī)組的管路里面含有雜質(zhì)導(dǎo)致機(jī)組控制導(dǎo)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(wèn)題。導(dǎo)葉關(guān)閉正常但不能實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉延時(shí)：這種現(xiàn)象一般情況是分段關(guān)閉電磁閥堵塞不能復(fù)歸，清洗電磁閥或更換好的電磁閥。

2.2 水輪發(fā)電機(jī)組試運(yùn)

試運(yùn)行試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：機(jī)組充水試驗(yàn)、機(jī)組首次啟動(dòng)和初步軸承溫升試驗(yàn)、機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)、調(diào)速器空載試驗(yàn)、自動(dòng)開機(jī)至機(jī)組空轉(zhuǎn)及調(diào)速器參數(shù)初選、自動(dòng)開停機(jī)試驗(yàn)發(fā)電機(jī)短路升流試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)升壓試驗(yàn)、定子接地試驗(yàn)、 勵(lì)磁空載試驗(yàn)、主變沖擊試驗(yàn)、機(jī)組并網(wǎng)及甩負(fù)荷機(jī)組、72小時(shí)試運(yùn)行及28天考核運(yùn)行期。

（1）機(jī)組充水試驗(yàn)。機(jī)組充水試驗(yàn)包括尾水流道充水及進(jìn)水流道充水。首先提起尾水閘門進(jìn)行充水，檢查尾水流道及進(jìn)水流道充水過(guò)程各部位檢漏情況是否正常，是否發(fā)現(xiàn)較大滲漏處，機(jī)組密封情況是否良好，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。機(jī)組進(jìn)水流道充水。充水前檢查，確認(rèn)導(dǎo)葉在全關(guān)位置，接力器鎖錠在投入狀態(tài)下在打開進(jìn)水口閘門打開，開始充水；等充水完成檢查各壓力測(cè)點(diǎn)壓力值是否正常。正常后打開技術(shù)供水各個(gè)閥門，檢查是否有漏水。正常后進(jìn)行進(jìn)水口閘門試驗(yàn)。

（2）機(jī)組首次啟動(dòng)和初步軸承溫升試驗(yàn)。機(jī)組首次手動(dòng)開機(jī)試驗(yàn)?zāi)康模谟跈z查機(jī)組安裝質(zhì)量、檢查轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分間隙，檢驗(yàn)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(dòng)裝置、水機(jī)保護(hù)裝置、控制回路正常工作情況。首次機(jī)滑行正常后將轉(zhuǎn)速調(diào)至25%，機(jī)組運(yùn)行正常后轉(zhuǎn)速調(diào)至50%，運(yùn)行正常后，轉(zhuǎn)速至75%，運(yùn)行正常后轉(zhuǎn)速至100%，運(yùn)行正常，機(jī)組首次啟動(dòng)試驗(yàn)完成進(jìn)行瓦溫實(shí)驗(yàn)如圖1所示，在進(jìn)行瓦溫穩(wěn)定試驗(yàn)過(guò)程，運(yùn)行4小時(shí)過(guò)程中檢查各部溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)是否正常，檢測(cè)機(jī)組的擺度是否超標(biāo)（圖1）。

圖1 瓦溫試驗(yàn)圖

圖2 機(jī)架軸向振動(dòng)1 X分量 - 過(guò)程變化曲線圖

（3）機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)。過(guò)速試驗(yàn)?zāi)康臋z查機(jī)組各部間隙、安裝質(zhì)量，檢查各部瓦溫是否均勻、正常，檢驗(yàn)過(guò)速保護(hù)動(dòng)作定值，考察機(jī)組過(guò)速變化是否正常，達(dá)到全面檢查機(jī)械安裝制造質(zhì)量的目的。過(guò)速試驗(yàn)開始轉(zhuǎn)速由一般有100%-115%-120%-130%-140%-160%-162%機(jī)組過(guò)速后停機(jī)，接力器鎖定投（圖2）。

（4）調(diào)速器空載試驗(yàn)機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)。調(diào)速器空載試驗(yàn)：空載試驗(yàn)分空載擾動(dòng)試驗(yàn)和空載擺動(dòng)試驗(yàn)，空載擾動(dòng)試驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，求得機(jī)組在空載狀態(tài)運(yùn)行時(shí)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(guò)程中既滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定指標(biāo)，又滿足調(diào)節(jié)過(guò)程中的速動(dòng)性的要求。空載擺動(dòng)試驗(yàn)主要驗(yàn)證機(jī)組在調(diào)節(jié)的空載參數(shù)下的穩(wěn)定性的試驗(yàn)。可以分為手動(dòng)擺動(dòng)試驗(yàn)和自動(dòng)擺動(dòng)試驗(yàn)。

（5）自動(dòng)開機(jī)至機(jī)組空轉(zhuǎn)及調(diào)速器參數(shù)初選。按照“調(diào)速器手動(dòng)空載頻率擺動(dòng)試驗(yàn)”手動(dòng)打開導(dǎo)葉接力器，使得機(jī)組頻率達(dá)到49．50～50．00Hz之間，穩(wěn)定3min之后將導(dǎo)葉操作切至“自動(dòng)”，設(shè)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(dǎo)葉開度與機(jī)頻的變化規(guī)律。修改“空載PID參數(shù)”，重復(fù)頻率給定值下發(fā)，觀察參數(shù)調(diào)整后的導(dǎo)葉開度與機(jī)頻的變化規(guī)律，選取滿足超調(diào)量小、穩(wěn)定時(shí)間短要求的參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)束，將頻率給定值改為50Hz（表1）。

設(shè)置好當(dāng)前水頭下的啟動(dòng)開度，調(diào)速器置“遠(yuǎn)方”“自動(dòng)”，待監(jiān)控系統(tǒng)流程執(zhí)行到啟動(dòng)調(diào)速器時(shí)開始記錄導(dǎo)葉。

（6）發(fā)電機(jī)短路升流試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康臋z查勵(lì)磁系統(tǒng)功能、發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組、CT回路以及發(fā)電機(jī)電流保護(hù)是否正確可靠。試驗(yàn)過(guò)程主要包括發(fā)電機(jī)出口開關(guān)柜短路銅排連接，開機(jī)準(zhǔn)備接力器鎖定拔，進(jìn)行開機(jī)它勵(lì)電源投開它勵(lì)電源投入/退出。勵(lì)磁投入，升流試驗(yàn)開始升流至10%-25% -50%-75%-100%，減至0滅磁，下停機(jī)令撤除短路銅排。

開度和機(jī)組頻率的變化規(guī)律，完成自動(dòng)開停機(jī)試驗(yàn)（圖3）。

圖3 短路升流曲線圖

（7）發(fā)電機(jī)升壓試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)升壓試驗(yàn)?zāi)吭谟跈z查勵(lì)磁系統(tǒng)功能、發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組、PT回路以及發(fā)電機(jī)電壓保護(hù)是否正確可靠。升壓過(guò)程，檢查機(jī)組振動(dòng)、擺度、定子基座振動(dòng)無(wú)明顯變化，機(jī)組定子鐵芯水平振動(dòng)，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(dòng)，定子鐵芯垂直振動(dòng)有無(wú)明顯變化。

（8）定子接地試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地試驗(yàn)，斷滅磁開關(guān)，準(zhǔn)備發(fā)電機(jī)單相接地試驗(yàn),掛接地線， 合滅磁開關(guān)，開始發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地試驗(yàn)。

表1 自動(dòng)開機(jī)停機(jī)試驗(yàn)

（9）勵(lì)磁空載試驗(yàn)及機(jī)組自動(dòng)開停機(jī)試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康臋z查調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)，檢驗(yàn)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、抗擾動(dòng)能力、響應(yīng)速度，機(jī)組監(jiān)控的性能。

（10）機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康目疾鞕C(jī)組帶負(fù)荷能力，甩負(fù)荷后調(diào)速器調(diào)節(jié)能力。試驗(yàn)過(guò)程負(fù)荷加載至25%甩負(fù)荷 、負(fù)荷加載至50%、甩負(fù)荷加載至75%甩負(fù)荷、負(fù)荷加載至100%甩負(fù)荷。

（11）帶負(fù)荷下調(diào)試器系統(tǒng)試驗(yàn)及72小時(shí)考核。試驗(yàn)?zāi)康臋C(jī)組在帶負(fù)荷情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況增加或減少機(jī)組負(fù)荷，通過(guò)對(duì)機(jī)組所帶負(fù)荷擾動(dòng)后的調(diào)節(jié)過(guò)程的觀察和分析，找出可能達(dá)到的最佳調(diào)節(jié)過(guò)程，從而選擇在帶負(fù)荷時(shí)的最佳調(diào)節(jié)參數(shù)，以滿足在帶負(fù)荷過(guò)程中對(duì)調(diào)速系統(tǒng)速動(dòng)性和穩(wěn)定性的要求。之后停機(jī)檢查進(jìn)行72小時(shí)試運(yùn)行及30天考核期，考核期間要做好相關(guān)性能參數(shù)的記錄，檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組安裝的質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

在調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中要根據(jù)水輪機(jī)組的類型選擇機(jī)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(cè)[M]．安徽文化音像出版社，2003．

[2]張勇傳．水電站運(yùn)行原理[M]．北京：中國(guó)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(xué)出版社，1993．

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