水輪發電機組調試及試運行總結

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）

水輪發電機組調試及試運行總結

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、水輪機調速器及管路裝置、發電機勵磁保護裝置和消防保護置等；水輪機調速器簡稱調速器是電站重要的輔機，主要用于控制水輪機轉速和出力，同時保護其安全、穩定運行。水輪機組基本工作參數有水頭H、流量Q、轉速n、功率P和效率η。

機組；調試；負荷

1 成立調試組織機構

每個電站水輪機組的調試組織機構，一般分為試運行和系統調試工作，成立調試組委員會，對調試工作進行統一領導和指揮，要在調試領導機構下設立項目部、試運行指揮部、機組充水啟動試運等，負責完成調試機組的資料，按批準的調試大綱，在調試領導機構的統一領導和指揮下完成調試工作。負責調試中的測試、記錄、結果分析和調試報告的編寫，以及接線、改線、操作、維護、保養、缺陷處理等工作。我項目部按接入系統調試大綱要求，在系統調試領導機構的統一領導和指揮下，參加完成電站電力系統調試工作。

2 水輪機發電機組調試及時運行的內容

水輪發電機組是利用水的勢能，轉變成機組的動能，再轉變成電能，供人們在生活和生產中使用。由于人們在生產生活中，對電氣設備的供電安全可靠及電網電能質量的要求十分嚴格，我國電網的額定使用頻率為50Hz，而我國電網允許的頻率偏差為±0．2Hz。因此，要不斷地調節水輪發電機組轉速來改變機組的頻率，維持機組的額定工況，就要由調速器不斷改變導葉關開度，調節過機流量，來達到調試目的。機組調試分為無水調試和有水調試。調速器是水論發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控系統組合，完成機組的開停機、增減負荷、事故停機等。

2.1 無水調試

無水調試是水輪發電機組總裝機的最后階段。主要工作內容有整個機組的清掃檢查撿漏消缺，三部油槽的注油、高壓油頂起的調試及導葉（槳葉）開關時間的調試等項目，常見問題機組導葉和槳葉不動或彈性動作。

在機組調試中經常遇到調速器油壓正常，機組導葉和槳葉不動作或者彈性動作的現象。有可能出現的幾

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，導致機組控制導葉和槳葉的電磁閥堵塞。處理方法：拆下并打開電磁閥，用酒精或汽油清洗。導葉關閉正常但不能實現分段關閉延時，一般是因為分段關閉電磁閥堵塞不能復歸，需要清洗電磁閥或更換好的電磁閥。

2.2 水輪發電機組試運

試運行試驗內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、調速器空載試驗、自動開機至機組空轉及調速器參數初選、自動開停機試驗發電機短路升流試驗、發電機升壓試驗、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，是否發現較大滲漏處，機組密封情況是否良好，發現問題及時處理。機組進水流道充水，充水前檢查，確認導葉在全關位置，接力器鎖定在投入狀態下，再打開進水口閘門，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量、檢查轉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速調至25%，機組運行正常后轉速調至50%，運行正常后轉速至75%，運行正常后轉速至100%，運行正常。機組首次啟動試驗完成，進行瓦溫實驗如圖1。在進行瓦溫穩定試驗運行4小時過程中，檢查各部溫度監控數據是否正常，檢測機組的擺度是否超標。

圖1 瓦溫實驗圖

（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量的目的。過速試驗開始轉速由一般有100%—115%—120%—130%—140%—160%—162%機組過速后停機，接力器鎖定投，如圖2。

（4）調速器空載試驗機組過速試驗。調速器空載試驗目的：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節系統的動態特性，求得機組在空載狀態運行時的最佳參數和臨近的調節參數，從而使得調速器在調節過程中，既滿足動態穩定指標，又滿足調節過程中速動性的要求。空載擺動試驗主要驗證機組在調節空載參數下穩定性的試驗，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與調速器參數初選。按照“調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，穩定3min之后將導葉操作切至“自動”，設置調速器為“跟蹤頻給”工作方式，從觸摸屏上下發頻率給定值，頻率給定變化依次為4852Hz、5248Hz，觀察導葉開度與機頻的變化規律。修改“空載PID參數”，重復頻率給定值下發，觀察參數調整后的導葉開度與機頻的變化規律，選取滿足超調量小、穩定時間短要求的參數。試驗結束，將頻率給定值改為50Hz。

設置好當前水頭下的啟動開度，調速器置“遠方”、“自動”，待監控系統流程執行到啟動調速器時，開始記錄導葉，見表1。

（6）發電機短路升流試驗。試驗目的檢查勵磁系統功能、發電機定轉子繞組、CT回路以及發電機電流保護是否正確可靠。試驗過程主要包括發電機出口開關柜短路銅排連接，開機準備接力器鎖定，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律，完成自動開停機試驗，如圖3。

（7）發電機升壓試驗。發電機升壓試驗目的在于檢查勵磁系統功能、發電機定轉子繞組、PT回路以及發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、垂直振動有無明顯變化。

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

（9）勵磁空載試驗及機組自動開停機試驗。試驗目的是檢查調節勵磁系統參數，檢驗勵磁系統調節能力、抗擾動能力、響應速度，機組監控的性能。

（10）機組甩負荷試驗。試驗目的是考察機組帶負荷能力，甩負荷后調速器調節能力。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。

表1 自動開機停機試驗

圖2 機架軸向振動1X分量 - 過程變化曲線圖

（11）帶負荷 調試器系統試驗及72小時考核。試驗目的機組在帶負荷情況下，根據現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節過程的觀察和分析，找出可能達到的最佳調節過程，從而選擇在帶負荷時的最佳調節參數，以滿足在帶負荷過程中，對調速系統速動性和穩定性的要求。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的記錄，檢測水輪發電機組安裝的質量。

圖3 短路升流曲線圖

3 結語

在調試運行過程中，要根據水輪機組的類型，選擇最優的機組調試方案調試，保證安全有效。本文使用湘航樞紐工程的調試圖片。

[1]程志剛．新編電氣工程手冊，安徽文化音像出版社，2003．

[2]張勇傳．水電站運行原理。北京：中國水利水電出版社，1998．

[3]張勇傳．水系統最控制．武漢：華中理工大學出版社，1993．

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