百萬千瓦水輪發電機組啟動試驗操作經驗探討

豆松濤 羅遠旺 趙相洪 姜俊

摘 要：通過對全球首臺百萬千瓦水輪發電機組首次C級檢修后啟動試驗中主要操作的介紹，總結了百萬千瓦水輪發電機組在啟動試驗過程中運行人員在操作時的注意事項、設備操作規律、操作經驗等，提出了部分操作的優化改進建議，相關成果可為后續百萬千瓦水輪發電機組檢修后啟動試驗操作提供參考。

關鍵詞：百萬千瓦水輪發電機組；啟動試驗；運行操作

中圖分類號：TM312；TV734.2 文獻標志碼：A

某水電站是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程。單機容量最大功率達百萬千瓦，實現了我國高端裝備制造的重大突破。該電站總裝機1 600萬kW，共安裝16臺我國自主研制的百萬千瓦水輪發電機組。目前水電行業內對于百萬千瓦水輪發電機組的運行維護和啟動試驗的經驗比較欠缺，因此，對該電站首臺百萬千瓦水輪發電機組首次C級檢修后啟動試驗的操作經驗進行探討很有必要。

1 概 述

水輪發電機組C級檢修后需進行啟動試驗，啟動試驗的目的是檢驗水輪發電機組C級檢修后機械部分、電氣一次和自動控制流程及保護、測量、同期等回路的正確性，以及技改項目是否滿足技術要求，以確保機組具備安全穩定運行條件[1]。

機組C級檢修后啟動試驗主要包含并網前試驗和并網試驗兩大部分。并網前試驗包含LCU單步投入輔助設備試驗、點動開機及升轉速試驗、調速系統空載試驗和軸承穩定性試驗、勵磁系統空載試驗和自動停機試驗五項內容；并網試驗包含主變接入500 kV系統運行、發電機出口開關假同期試驗、機組并網帶負荷試驗三項內容[2]。以下就上述試驗過程中運行人員的主要操作進行總結，并對部分操作提出優化建議。

2 水輪發電機組啟動試驗主要操作經驗總結

2.1 機組點動開機及升轉速試驗操作

機組點動開機及升轉速試驗，目的在于檢查機組各輔助設備投入是否正常，機組在升轉速及滑行期間轉動及靜止部件有無碰撞、摩擦、異常聲響，檢驗各部軸瓦溫升是否滿足設計要求、溫度是否均勻，檢查機組空轉振動、擺度，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，以及檢查調速器手動操作下機組轉速的穩定性。

機組點動開機及升轉速試驗運行操作應注意以下方面：

（1）在機組點動開機過程中，在機組重要部位應安排值守人員，如發電機輔控柜旁、機械制動控制柜旁等部位，確保機組在點動開機過程中出現異常情況時可快速處置，保證機組運行在可控范圍內。

（2）點動開機前退出監控系統機組控制畫面“禁止開機”軟壓板。

（3）因為壓緊行程作用，點動開機操作前調速器電氣柜導葉開度為-1.6%左右。按下“開機”按鈕后，壓緊行程退出，導葉開度恢復到0左右。

（4）監控系統單步開機至“拔鎖錠”后要及時復歸流程，并將開機流程切至自動。

（5）調速器點動開機前應由試驗指揮確認，并通知中控室加強監視。

（6）操作導葉開度增加/減少把手時必須點動，待機組轉動時根據試驗指揮指令立即全關導葉，首臺機組導葉開度1.55%時，機組開始轉動。操作導葉時派專人在在線監測盤柜和制動風閘控制柜監視機組轉速，確保轉速反饋正常，若有異常，暫停操作，立即匯報試驗指揮。

（7）首次點動開機全關導葉檢查機組各部無異常后，根據試驗指揮指令繼續升轉速，機組轉速在75%額定轉速以下時機組慣性較大，每次操作完導葉開度增加把手后稍作停留，待轉速不再升高后再操作，機組轉速大于75%額定轉速時，機組慣性影響開始變小，導葉開度增加時轉速上升較為線性，運行人員操作導葉開度增加把手更易控制，但操作中需控制機組在低轉速的時間盡量短。

2.2 調速系統空載試驗及軸承穩定性試驗操作

調速系統空載試驗主要包含空載態切換試驗、空載擺動試驗、空載擾動試驗、空載態故障模擬試驗，目的在于測量水輪機調節系統的動態特性，優選機組空載運行調節參數，使得調節過程中既滿足動態穩定性指標，又滿足調節過程中的速動性的要求[3]；機組軸承穩定性試驗目的是檢查機組各部間隙、安裝質量，檢查各部瓦溫是否符合設計規定、是否均衡。

調速器空載試驗及軸承溫升試驗運行操作應注意以下方面：

（1）在配合維護部門進行調速系統空載試驗過程中，嚴格執行相關作業指導書，操作前應與維護部門人員確認。

（2）每次進行調速器A/B機切換、控制方式切換后應觀察調速器各項參數，無異常時再進行下一步操作。

（3）調速器工作電源切換操作步驟：調速器控制在“遠方”“自動”模式，在電源切換過程中嚴密監視調速器各運行參數。若有異常，立即暫停操作，匯報試驗指揮。

（4）調速器空載擺動及擾動試驗由維護部門自行進行，但運行人員需在電氣柜旁監視，發生異常情況及時處理及匯報。

（5）機組開機至空轉后，中控室人員應重點監視機組三部軸承瓦溫、油溫變化，并留存記錄，直到軸瓦溫度變化＜1 K/h。

2.3 發電機零起升壓操作

發電機零起升壓試驗，目的在于檢查勵磁系統功能、發電機定轉子繞組有無異常、PT回路以及發電機電壓保護是否正確可靠，進行PT二次負載測試、PMU裝置采樣檢查。

發電機零起升壓試驗運行操作的注意事項有：

（1）發電機零起升壓前核實發電機出口隔離刀閘在拉開，其電機電源斷開。

（2）發電機零起升壓前核實發電機電氣一次安措全面拆除，恢復備用，包括發電機機端PT工作位置、PT二次開關合上、中性點地刀合上。

（3）確保勵磁系統起勵回路中起勵電源及保險均合上。

（4）水機后備保護正常投入，發電機保護中GCB失靈及跳串內開關相關壓板不投入，其余保護壓板正常加用。

（5）發電機零起升壓采用FCR（電流閉環）模式，并在零起升壓前將勵磁系統中軟起勵控制字置為0，防止發電機全壓起勵。

（6）發電機零起升壓嚴格按照試驗方案要求進行，按照10%、25%、50%、75%、100%機端電壓進行遞升。

（7）就地增磁過程中，剛開始每次按下按鈕可持續2～3 s，在接近25%、50%、75%、100%的5%內時，再以較短的時間按下按鈕。升壓過程中，持續關注定子電流，正常情況下，升至額定電壓后，定子電流在0.3%額定電流左右，升壓過程中定子電流不能超過0.4%額定電流。

2.4 發電機帶主變零起升壓操作

發電機帶主變零起升壓試驗，目的在于檢查主變壓器及廠高變繞組回路、PT回路以及主變升壓過程中的溫度、噪聲變化情況，檢查發電機、變壓器、廠高變有無故障及設備絕緣情況[4]。

發電機帶主變零起升壓試驗運行操作的注意事項有：

（1）水機保護正常投入，發電機保護中GCB失靈及跳串內開關相關壓板不投入，主變保護中GCB失靈及跳串內開關相關壓板不投入，其余保護壓板正常投入，包含主變非電量保護。

（2）發電機帶主變零起升壓前投入主變技術供水及主變冷卻器系統，主變冷卻器系統投入后將主變A、B、C相冷卻器控制柜冷卻器全停把手切至“工作”位置、投入主變保護非電量保護盤主變冷卻器全停保護壓板。零起升壓結束后，因全停壓板投入，故保持主變技術供水及主變冷卻器系統正常運行。

（3）發電機帶主變零起升壓前將機組勵磁調節器柜后“并網信號閉鎖”投切把手切至“切”，并聯系維護部門將GCB開關到調速器合閘位置節點接線解開。

（4）操作發電機GCB及出口隔離刀閘，應提前向上級調度部門申請，監控系統合GCB及出口隔離刀閘時需滿足相關閉鎖要求，GCB合閘后現地檢查GCB三相風機運行情況。

（5）發電機帶主變零起升壓涉及勵磁系統相關具體操作及電壓控制與之前發電機零起升壓內容一致。

2.5 主變接入500 kV系統運行操作

主變接入500 kV系統運行操作注意事項有：

（1）主變沖擊合閘前應聯系維護部門檢查瓦斯繼電器內有無氣體，檢查主變非電量保護盤有無重瓦斯、輕瓦斯信號[5]。

（2）主變沖擊合閘前應聯系維護部門確認主變是否已消磁。

（3）主變沖擊合閘前運行人員應重點檢查主變冷卻器狀態、主變檔位是否在調度規定檔位、主變油位是否在正常范圍內、主變以及廠高變本體有無異物、廠高變低壓側開關（若有）在“試驗”位置斷開且PT保險都已恢復。

（4）主變轉運行操作過程應嚴格遵守調度指令，主變高壓側開關合閘前應投入選相合閘裝置，主變沖擊合閘后退出選相合閘裝置。

2.6 機組出口開關假同期試驗操作

機組出口開關假同期試驗，目的在于檢查機組出口開關同期回路的正確性。試驗運行操作注意事項有：

（1）假同期試驗前檢查發電機保護啟動GCB失靈及跳串內開關壓板在退出狀態。檢查監控系統保護信息軟壓板、水機后備保護、主變保護全部正確投入。

（2）假同期試驗前確保GCB出口隔刀電機電源斷開；將勵磁調節柜勵磁系統并網信號閉鎖“投/切”把手切至“切”位置；投入水機后備保護柜“GCB假同期試驗壓板”；并與維護部門確認GCB至調速器GCB合閘位置接點已解開[6]。

（3）假同期試驗過程中，GCB合閘后應檢查GCB冷卻風機運行是否正常。

（4）假同期試驗需進行手動準同期和自動準同期試驗。手動準同期在機組現地控制單元柜進行，須嚴格按照規程規定進行相關把手操作，自動準同期試驗時應檢查監控系統“開機至假同期并網”條件是否滿足。

（5）自動準同期試驗完成后，保持機組在空載態，聯系維護部門恢復GCB開關至調速器GCB合閘位置接點；退出水機后備保護柜“GCB假同期試驗壓板”；勵磁調節柜勵磁系統并網信號閉鎖“投/切”把手切至“投”位置。

2.7 機組并網帶負荷運行操作

機組并網帶負荷試驗，目的在于檢查機組帶負荷能力，檢查調速器有功功率采樣值、導葉開度、機組頻率等數值是否正常，檢查監控系統有功功率采樣值、導葉開度、機組頻率等數值是否正常，控制動作是否正常、靈活。

機組并網帶負荷運行試驗運行操作的注意事項有：

（1）真同期試驗前向調度申請投入發電機保護啟動GCB失靈及跳串內開關壓板。

（2）退出監控系統機組控制畫面“檢修模式”軟壓板，退出安控裝置從機柜機組檢修壓板，合上發電機出口刀閘電機電源開關。

（3）方式調整到位后，向調度申請機組并網，調度下令后將機組開機至并網，并網后檢查一次調頻功能、PSS等投入是否正常，監控系統退出有功閉環后，在現地調速器電氣柜進行小負荷試驗操作，檢查調速器功能是否正常，試驗完成后將調速器方式切至“遠方”“自動”，根據發電計劃曲線進行有功調整。

（4）機組首次并網后，應重點關注滑環室碳刷溫度、三部軸承溫度。

3 啟動試驗操作優化建議

（1）在機組點動開機及升轉速試驗過程中，當機組轉速大于95%額定轉速時將調速器電氣柜方式切至“自動”，調速器自動跟蹤50 Hz頻率，將機組轉速升至100%，這樣升速更加平穩，但需要加強關注，若有異常，應立即將調速器切至“機手動”。

（2）機組并網帶負荷運行試驗中，需要現地操作導葉使機組有功功率在15～20 MW范圍內調整，使得現場操作導葉開度調整負荷效果不明顯，建議增大調節步長，以更好地觀察調速器動作效果。

（3）在機組啟動試驗前，將發變組轉至冷備用狀態后，建議退出監控系統“禁止開機”“檢修模式”軟壓板，同時退出安控裝置從機柜“機組檢修”壓板，對真假同期試驗沒有影響。

4 結束語

通過對百萬千瓦水輪發電機組首次C級檢修后啟動試驗五項網下試驗和三項涉網試驗全流程的總結，重點針對運行人員在整個啟動試驗過程中的全流程把控，總結提煉運行人員操作注意事項，并對相關操作提出優化建議，為機組投入運行后的可靠性提供保證，保障機組的安全穩定運行。相關成果可為后續大型水輪發電機組檢修后啟動試驗過程中運行操作以及持續探索百萬千瓦級水電機組運行規律提供參考依據。

參考文獻：

[1] DL/T 507—2014，水輪發電機組啟動試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2014.

[2]董天剛，金櫓，鐘東桓.水輪發電機組檢修后啟動試驗設計研究[J].水電站機電技術，2023，46（8）：19-21，29.

[3]鄧佑清.水電站水輪機調速器的調試與維護措施[J].通訊世界，2023，30（3）：79-81.

[4]段章超，孫紹武.水輪發電機組短路升流和零起升壓試驗[J].水電站機電技術，2018，41（10）：10-13，20.

[5]朱振武.變壓器沖擊合閘高壓試驗探究[J].經濟技術協作信息，2013（31）：84-84.

[6]樂先濤.1000MW發電機假同期試驗分析及預防對策[J].山東工業技術，2017（10）：172，298.

Operation Experiences of Startup Testing of Million-Kilowatt Hydroelectric Generator Sets

DOU Songtao，LUO Yuanwang，ZHAO Xianghong，JIANG Jun

（China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：In this paper we introduce the key procedures involved in the start-up testing of the worlds first megawatt hydroelectric generator unit after the first Class-C overhaul. We summarize the operational guidelines for operators，the equipment operating specifications，and the operational experiences，and then offer suggestions to optimize certain procedures. The findings offer reference for subsequent testing phases of the one million kW hydropower generator set after maintenance.

Key words：million-kilowatt hydroelectric generator sets；starting test；running operation

作者簡介：豆松濤，男，工程師，本科，主要研究方向為水電站運行、新能源運維管理等。E-mail：845407972@qq.com