海南瓊中抽水蓄能電站機組發電機性能試驗

符彥青，孫立群

(海南蓄能發電有限公司，海南海口570100)

0 引 言

海南瓊中抽水蓄能電站(以下簡稱海蓄電站)是海南省首座抽水蓄能電站，電站有3臺單機容量200 MW的可逆式水泵水輪發電機組，主要承擔海南電網調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用和黑啟動等任務。海蓄電站上庫總庫容925.33萬m3，下庫總庫容843.75萬m3，設計水頭308 m。海蓄電站發電機(以3號機組為例)主要設計參數為：發電電動機為立軸半傘、空冷、同步、可逆式電動機，型號SFD200/220-16/6550；發電工況額定容量222.22(P.F.=0.9)MV·A；電動工況額定輸出功率220(P.F.=0.975)MW；額定電壓13.8kV；額定電流9 297 A(發電機)、9 581 A(電動機)；發電工況額定功率因數(滯后)為0.9；電動工況額定功率因數(滯后)為0.975；額定頻率50 Hz；額定轉速為375 r/min；飛逸轉速為544 r/min；額定負載時勵磁電壓(115 ℃)231 V(發電機)、211 V(電動機)；額定負載時勵磁電流(115 ℃)1 532 A(發電機)、1 395 A(電動機)。

1 發電機性能試驗

發電機性能試驗是指按照試驗標準及合同中規定性能要求確定的實際運行性能，以作為考核、驗收機組是否達到合同規定性能的意見，并作為指導機組運行的主要依據。海蓄電站發電機性能試驗主要按照GB/T 1029—2005《三相同步電機試驗方法》、JB/T 8445—1996《三相同步發電機負序電流承受能力試驗方法》、DL/T 1523—2016《同步發電機進相試驗導則》、GB/T17189—2007《水力機械(水輪機、蓄能泵和水泵水輪機)振動和脈動現場測試規程》、《瓊中發電電動機合同技術規范》中對應的要求進行試驗。

試驗內容主要包括：發電機效率試驗；發電電動機參數試驗；溫升試驗；GD2測量試驗；短時過電流試驗(定子和轉子)；調相能力試驗；負序電流承受能力試驗。

表4 3號機組發電運行試驗數據

2 發電機性能試驗內容

2.1 發電機效率試驗

海蓄電站采用量熱法推算電機的損耗，從而計算電機的效率。表1和表2分別是3號機組發電機工況效率及電動機工況效率實測結果。

表1 3號機組發電機工況效率實測

發電機及電動機合同約定工況點試驗結果與合同保證值對比如表3所示。由表3可知，各類效率的試驗值和合同值偏差較小，表明試驗數據一致性較好。總體來看，發電電動機效率試驗結果滿足合同保證值要求。

2.2 電動機參數試驗

2.2.1 交軸同步電抗Xq

由負載功角測定試驗法測定交軸同步電抗Xq，即

表2 3號機組電動機工況效率計算

表3 3號機組發電機效率保證及試驗值對照 %

(1)

式中，U為試驗時定子線電壓；I為試驗時定子線電流；φ為試驗時的功率因數角；δ為試驗時的功角。

試驗在發電機并網運行時進行，在負荷穩定情況下，測量記錄定電流、電壓、功率因數、功角，記錄如表4所示，可以求得Xq的不飽和值為0.514 Ω。

2.2.2 負序電抗X2

對于電壓和電流諧波可以忽略不計時，由兩相對中性點穩態短路試驗測量負序電抗X2，即

(2)

式中，P為測量功率；IBC為兩相穩態短路電流。

按照圖1所示進行試驗接線，使機組在額定轉速運行；勵磁裝置輸出位于最小位置后切勵磁至手動，投他勵電源開關；手動調節勵磁電流，使短路線與中性點間連接線電流為750～1 100 A若干個點，量取開路相與短路相電壓，短路相與中性點之間的電流，測量有功功率和無功功率。試驗時間不超過5 min。

圖1 兩相穩態短路接線示意

電機負序電抗的設計值為0.200 9(p.u.)，其有名值為0.172 2 Ω。負序電抗的實測值為0.182 7 Ω，其標幺值為0.213 1(p.u.)，因此測量的相對誤差為6.11%。

2.2.3 零序電抗X0

采用兩相對中性點穩態短路測量零序電抗X0，即

(3)

式中，U0為開路相對中性點間的電壓；I0為短路相線端與中線點連線所通過的電流；P0為對于零序電壓與電流的功率。

電機零序電抗的X0設計值為0.098 1(p.u.)，其有名值為0.084 1 Ω。負序電抗的實測值為0.095 9 Ω，其標幺值為0.111(p.u.)，因此測量的相對誤差為13.14%。

2.2.4 數據結論

參數測定試驗測定交軸同步電抗、負序電抗和零序電抗共3個參數，測量結果及誤差如表5所示。由表5可知，試驗測量的3個參數均具有較高的精確度，相對誤差均小于15%。

表5 發電機參數匯總

2.3 溫升試驗

發電機在穩態工況運行，各部位溫度在最后1 h內溫升不超過2 K，發電機各部件已達到穩定狀態。表6為3號發電機溫升試驗數據，試驗結果表明發電機各部件的溫升均滿足合同保證值要求。

表6 3號發電機溫升試驗數據 K

2.4 轉動慣量GD2測量

通過甩小負荷試驗確定機組轉動慣量。發電機并網帶20%額定負荷甩負荷停機，在加速曲線上對應額定轉速處確定轉速上升率。轉動慣量為

(4)

式中，ωN為額定角速度；P1為額定有功功率；Δω為角速度變化率。

3號發電機轉動慣量GD2實測為5 893 tm2，優于合同保證值5 300 tm2。

2.5 短時過電流試驗

短時過電流試驗包括定子短時過流試驗和轉子短時過電流試驗。定子短時過電流試驗是發電電動機在熱狀態下，在規定的調壓范圍內，應能承受150%額定電流歷時2 min不發生有害變形及線圈銅焊接頭開焊等情況，試驗曲線見圖2。轉子短時過電流試驗是發電電動機轉子繞組應能承受2倍額定勵磁電流，持續時間不小于50 s，試驗曲線見圖3。2個試驗結束后，分別停機檢查了定子鐵心繞組和勵磁繞組，均沒有發現變形及焊點開焊等情況。

圖2 3號發電機定子短時過載1.5倍額定電流試驗曲線

圖3 3號發電機轉子過載2倍額定勵磁電流試驗曲線

2.6 調相能力試驗

由于設備在線運行限制原因，試驗沒有達到本機組設計深度，觸發限值為機端電壓達到電廠設定的高壓限值(105%UN=14.5 kV)。

2.7 負序電流試驗

發電電動機在不對稱電力系統中運行時，如任一電流不超過電流I2且其負序電流分量I2與額定電流之比(標幺值)不超過9%，應能長期運行。為安全起見，只做穩態負序電流溫升試驗，試驗采用兩相穩態短路試驗。機組進入額定轉速，分別在5%、7%、9%IN做溫升試驗，測量定子、轉子各部位溫度，均未超過報警溫度。

表8 3號機組調相能力試驗數據

3 結 語

由于試驗條件受到限制，發電機參數試驗和進相能力試驗并未按照試驗標準全部開展。從整體看，海南瓊中抽水蓄能電站3號發電機效率為98.10%～98.90%，其他性能指標都達到設計要求，證明該發電機的設計科學合理。