海南瓊中抽水蓄能電站機(jī)組發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)

符彥青，孫立群

(海南蓄能發(fā)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(jiǎn)稱(chēng)海蓄電站)是海南省首座抽水蓄能電站，電站有3臺(tái)單機(jī)容量200 MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，主要承擔(dān)海南電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動(dòng)等任務(wù)。海蓄電站上庫(kù)總庫(kù)容925.33萬(wàn)m3，下庫(kù)總庫(kù)容843.75萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)水頭308 m。海蓄電站發(fā)電機(jī)(以3號(hào)機(jī)組為例)主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸半傘、空冷、同步、可逆式電動(dòng)機(jī)，型號(hào)SFD200/220-16/6550；發(fā)電工況額定容量222.22(P.F.=0.9)MV·A；電動(dòng)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(fā)電機(jī))、9 581 A(電動(dòng)機(jī))；發(fā)電工況額定功率因數(shù)(滯后)為0.9；電動(dòng)工況額定功率因數(shù)(滯后)為0.975；額定頻率50 Hz；額定轉(zhuǎn)速為375 r/min；飛逸轉(zhuǎn)速為544 r/min；額定負(fù)載時(shí)勵(lì)磁電壓(115 ℃)231 V(發(fā)電機(jī))、211 V(電動(dòng)機(jī))；額定負(fù)載時(shí)勵(lì)磁電流(115 ℃)1 532 A(發(fā)電機(jī))、1 395 A(電動(dòng)機(jī))。

1 發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)是指按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及合同中規(guī)定性能要求確定的實(shí)際運(yùn)行性能，以作為考核、驗(yàn)收機(jī)組是否達(dá)到合同規(guī)定性能的意見(jiàn)，并作為指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行的主要依據(jù)。海蓄電站發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)主要按照GB/T 1029—2005《三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法》、JB/T 8445—1996《三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)序電流承受能力試驗(yàn)方法》、DL/T 1523—2016《同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)導(dǎo)則》、GB/T17189—2007《水力機(jī)械(水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī))振動(dòng)和脈動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》、《瓊中發(fā)電電動(dòng)機(jī)合同技術(shù)規(guī)范》中對(duì)應(yīng)的要求進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：發(fā)電機(jī)效率試驗(yàn)；發(fā)電電動(dòng)機(jī)參數(shù)試驗(yàn)；溫升試驗(yàn)；GD2測(cè)量試驗(yàn)；短時(shí)過(guò)電流試驗(yàn)(定子和轉(zhuǎn)子)；調(diào)相能力試驗(yàn)；負(fù)序電流承受能力試驗(yàn)。

表4 3號(hào)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 發(fā)電機(jī)效率試驗(yàn)

海蓄電站采用量熱法推算電機(jī)的損耗，從而計(jì)算電機(jī)的效率。表1和表2分別是3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)工況效率及電動(dòng)機(jī)工況效率實(shí)測(cè)結(jié)果。

表1 3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)工況效率實(shí)測(cè)

發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)合同約定工況點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果與合同保證值對(duì)比如表3所示。由表3可知，各類(lèi)效率的試驗(yàn)值和合同值偏差較小，表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性較好。總體來(lái)看，發(fā)電電動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足合同保證值要求。

2.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)試驗(yàn)

2.2.1 交軸同步電抗Xq

由負(fù)載功角測(cè)定試驗(yàn)法測(cè)定交軸同步電抗Xq，即

表2 3號(hào)機(jī)組電動(dòng)機(jī)工況效率計(jì)算

表3 3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)效率保證及試驗(yàn)值對(duì)照 %

(1)

式中，U為試驗(yàn)時(shí)定子線電壓；I為試驗(yàn)時(shí)定子線電流；φ為試驗(yàn)時(shí)的功率因數(shù)角；δ為試驗(yàn)時(shí)的功角。

試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，在負(fù)荷穩(wěn)定情況下，測(cè)量記錄定電流、電壓、功率因數(shù)、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(fù)序電抗X2

對(duì)于電壓和電流諧波可以忽略不計(jì)時(shí)，由兩相對(duì)中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)測(cè)量負(fù)序電抗X2，即

(2)

式中，P為測(cè)量功率；IBC為兩相穩(wěn)態(tài)短路電流。

按照?qǐng)D1所示進(jìn)行試驗(yàn)接線，使機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行；勵(lì)磁裝置輸出位于最小位置后切勵(lì)磁至手動(dòng)，投他勵(lì)電源開(kāi)關(guān)；手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使短路線與中性點(diǎn)間連接線電流為750～1 100 A若干個(gè)點(diǎn)，量取開(kāi)路相與短路相電壓，短路相與中性點(diǎn)之間的電流，測(cè)量有功功率和無(wú)功功率。試驗(yàn)時(shí)間不超過(guò)5 min。

圖1 兩相穩(wěn)態(tài)短路接線示意

電機(jī)負(fù)序電抗的設(shè)計(jì)值為0.200 9(p.u.)，其有名值為0.172 2 Ω。負(fù)序電抗的實(shí)測(cè)值為0.182 7 Ω，其標(biāo)幺值為0.213 1(p.u.)，因此測(cè)量的相對(duì)誤差為6.11%。

2.2.3 零序電抗X0

采用兩相對(duì)中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)短路測(cè)量零序電抗X0，即

(3)

式中，U0為開(kāi)路相對(duì)中性點(diǎn)間的電壓；I0為短路相線端與中線點(diǎn)連線所通過(guò)的電流；P0為對(duì)于零序電壓與電流的功率。

電機(jī)零序電抗的X0設(shè)計(jì)值為0.098 1(p.u.)，其有名值為0.084 1 Ω。負(fù)序電抗的實(shí)測(cè)值為0.095 9 Ω，其標(biāo)幺值為0.111(p.u.)，因此測(cè)量的相對(duì)誤差為13.14%。

2.2.4 數(shù)據(jù)結(jié)論

參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)測(cè)定交軸同步電抗、負(fù)序電抗和零序電抗共3個(gè)參數(shù)，測(cè)量結(jié)果及誤差如表5所示。由表5可知，試驗(yàn)測(cè)量的3個(gè)參數(shù)均具有較高的精確度，相對(duì)誤差均小于15%。

表5 發(fā)電機(jī)參數(shù)匯總

2.3 溫升試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行，各部位溫度在最后1 h內(nèi)溫升不超過(guò)2 K，發(fā)電機(jī)各部件已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。表6為3號(hào)發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)電機(jī)各部件的溫升均滿(mǎn)足合同保證值要求。

表6 3號(hào)發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù) K

2.4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2測(cè)量

通過(guò)甩小負(fù)荷試驗(yàn)確定機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶20%額定負(fù)荷甩負(fù)荷停機(jī)，在加速曲線上對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速處確定轉(zhuǎn)速上升率。轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2實(shí)測(cè)為5 893 tm2，優(yōu)于合同保證值5 300 tm2。

2.5 短時(shí)過(guò)電流試驗(yàn)

短時(shí)過(guò)電流試驗(yàn)包括定子短時(shí)過(guò)流試驗(yàn)和轉(zhuǎn)子短時(shí)過(guò)電流試驗(yàn)。定子短時(shí)過(guò)電流試驗(yàn)是發(fā)電電動(dòng)機(jī)在熱狀態(tài)下，在規(guī)定的調(diào)壓范圍內(nèi)，應(yīng)能承受150%額定電流歷時(shí)2 min不發(fā)生有害變形及線圈銅焊接頭開(kāi)焊等情況，試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖2。轉(zhuǎn)子短時(shí)過(guò)電流試驗(yàn)是發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)能承受2倍額定勵(lì)磁電流，持續(xù)時(shí)間不小于50 s，試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖3。2個(gè)試驗(yàn)結(jié)束后，分別停機(jī)檢查了定子鐵心繞組和勵(lì)磁繞組，均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)變形及焊點(diǎn)開(kāi)焊等情況。

圖2 3號(hào)發(fā)電機(jī)定子短時(shí)過(guò)載1.5倍額定電流試驗(yàn)曲線

圖3 3號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)載2倍額定勵(lì)磁電流試驗(yàn)曲線

2.6 調(diào)相能力試驗(yàn)

由于設(shè)備在線運(yùn)行限制原因，試驗(yàn)沒(méi)有達(dá)到本機(jī)組設(shè)計(jì)深度，觸發(fā)限值為機(jī)端電壓達(dá)到電廠設(shè)定的高壓限值(105%UN=14.5 kV)。

2.7 負(fù)序電流試驗(yàn)

發(fā)電電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，如任一電流不超過(guò)電流I2且其負(fù)序電流分量I2與額定電流之比(標(biāo)幺值)不超過(guò)9%，應(yīng)能長(zhǎng)期運(yùn)行。為安全起見(jiàn)，只做穩(wěn)態(tài)負(fù)序電流溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)采用兩相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)。機(jī)組進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速，分別在5%、7%、9%IN做溫升試驗(yàn)，測(cè)量定子、轉(zhuǎn)子各部位溫度，均未超過(guò)報(bào)警溫度。

表8 3號(hào)機(jī)組調(diào)相能力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié) 語(yǔ)

由于試驗(yàn)條件受到限制，發(fā)電機(jī)參數(shù)試驗(yàn)和進(jìn)相能力試驗(yàn)并未按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)全部開(kāi)展。從整體看，海南瓊中抽水蓄能電站3號(hào)發(fā)電機(jī)效率為98.10%～98.90%，其他性能指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，證明該發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)科學(xué)合理。