中小型水電站試運行管理與技術要點

何 東

(陜西省漢中市南鄭區紅寺壩水庫灌溉管理局，陜西 漢中 723112)

1 概 述

水電站試運行范圍包括：水電站動力渠道、壓力前池、溢洪道、進水管、進水閥、水輪發電機組、調速器、低壓母線、控制屏、升壓站、交直流電源系統、計算機綜合自動化系統、風水電輔助系統等所有水電站工程范圍內的建筑物、機電設備、金屬結構、功能系統等的試驗、調試和消缺工作。

陜西省漢中市南鄭區青龍崖水電站增效擴容改造工程為引水式水電站，改造裝機2×800=1 600 kW。采用混流式水輪機、微機液壓調速器，機組臥式布置，發電機采用無刷勵磁，出口電壓400 V，經變壓器升壓為10 kV后并入大網。水電站機組控制采用計算機綜合自動化系統。

2020年1月，該工程水工建筑物完工，主要設備安裝完成。

2020年3月進入試運行階段。

本文以青龍崖水電站為例，探討中小型水電站建設過程中機組啟動驗收前進行的試運行工作。

2 試運行前的準備工作

2.1 試運行組織機構

水電站試運行前，成立試運行指揮部，下設各專業工作組，組織機構成員包括施工總承包單位、設備安裝單位、主要設備供應單位、設計單位、監理單位、運行管理單位和建設單位的工程管理與技術人員。各單位成員按照試運行方案所規定的職責分工開展試運行工作。運行管理單位應安排運行班組開始值班，在機組運行時，應有運行人員值班并記錄機組運行情況。

2.2 試運行技術與物質準備

由施工總承包單位組織編制《水電站試運行方案》并經審核批準，方案應包括：工程概況，參照的相關規范標準，參與試運行的建筑物和設備的主要性能、技術參數，試運行工作組成員及權責分工，試運行程序，試運行進度計劃，各階段試運行和調試項目，應遵循的規范標準、資料表格，機組試運行操作規程，事故應急預案，物資準備等。還應準備必要的試驗測量儀器設備、安全操作工具、消防器材和事故應急物資，確保試運行安全，并可以應對可能的突發情況。

2.3 試運行及調試依據的相關規范

水電站機電設備，尤其是計算機自動化系統技術更新較快，試運行工作在參照相關規范、設備技術說明書的基礎上，應根據該工程本身的特點，由有經驗的工程技術人員組織實施；具體到某設備、系統，應由該設備、系統相關專業的技術人員實施。

水電站試運行和驗收程序參照《水利水電建設工程驗收規程》(SL 223—2008)、《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》( SL 176—2007)、《小型水電站安全監測與評價規范》(GB/T 50876—2013)等進行，用以檢驗其工程整體質量。

主要機電設備試運行及調試參照《中小型水輪發電機組啟動試驗規程》(SL 746—2016)、《水輪發電機組啟動試驗規程》(DL/T 507—2014)、《水輪發電機運行規程》(DL/T 751—2014)、《中小型水輪機調節系統技術規程》(SL 755—2017)、《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》(GB 50150—2006)等進行，用以檢驗其設備質量，調試整定相關參數。

具體到某一設備、裝置或系統的單獨調試，應根據實際情況，參照該設備、裝置或系統的相關規范標準和廠家技術說明書進行。

3 動力渠道通水、壓力管道充水試驗

閘門、電動攔污柵、壓力管道安裝完成后，渠道通水前，先對其進行無水情況下的啟閉、轉動試驗；且有關分部工程經驗收評定合格后再進行渠道通水試驗。

3.1 試驗項目

動力渠道、壓力前池、溢流建筑等的通水試驗和壓力管道的充水試驗。

3.2 試驗前檢查、準備和注意事項(簡稱試驗準備)

渠道通水前應先檢查確認水輪機進水閥處于關閉狀態，渠道、前池和管道中的設備、工具、雜物均已撤除干凈，人員已撤離至安全地點。準備好通訊工具，渠首閘門、渠道沿線、壓力前池、溢洪道、壓力管道附近均應有人值守觀察，保持聯系，隨時處理突發情況；如遇險情，立即關閉閘門，停止通水。

3.3 試驗內容

開啟動力渠道進水閘，觀察渠道流量、水位、有無滲漏、是否能達到設計流量；對閘門、攔污柵、起重機等設備進行開關、運轉、控制試驗；對限位開關、水位計等信號裝置的位置進行精確整定；檢查溢流堰、溢洪道、排沙洞通水運行情況；檢查壓力管道有無滲漏、失穩。對于試驗中發現的問題，進行消缺完善。

4 進水閥啟閉及水輪機蝸殼充水試驗

進水閥安裝完成后，在無水情況下，已經進行了啟閉試驗；對限位開關位置進行了初步整定，對控制系統進行了試驗，且有關單元工程經驗收評定合格。然后，在有水壓情況下進行進水閥啟閉和蝸殼充水試驗。

4.1 試驗項目

進水閥主閥、旁通閥啟閉、就地及遠方控制，水輪機蝸殼充水、冷卻水系統。

4.2 試驗準備

進水閥開啟前應先檢查確認調速器導葉處于完全關閉狀態，防止機組轉動飛車。進水閥開啟過程中，如發現機組在導葉全關的情況下轉動，應立即關閉進水閥，檢查導葉。

4.3 試驗內容

先開啟旁通閥，向水輪機蝸殼充水，觀察蝸殼壓力表壓力和進水閥前的壓力表壓力，以及蝸殼自動排氣閥動作排氣情況(如沒有自動排氣閥，則應手動打開排氣閥，排氣完畢后關閉)。當進水閥前后壓力平衡時，平壓閥應發出平壓信號，此時可以開啟進水閥主閥。通過主閥啟閉試驗，對主閥限位開關位置進行精確整定；然后進行進水閥就地/遠方控制試驗，冷卻水系統檢查，流量、壓力傳感器、閥門開關位置信號檢查整定等。

5 升壓站電氣設備檢測試驗

5.1 試驗項目

接地系統檢測、高壓斷路器試驗、電力變壓器試驗、電流互感器測試、升壓站繼電保護試驗、高壓計量裝置測試。

5.2 試驗準備

(1)準備好電氣設計圖紙、電氣設備技術說明書和出廠試驗報告，供測試人員參閱；瓦斯繼電器已經出場前試驗合格并出具試驗報告；再次復核電氣設備銘牌參數，是否與設計和技術說明書一致。計算機綜合自動化系統投入，將計算好的系統定值和保護定值輸入升壓站測控保護裝置。

(2)檢查確認變壓器絕緣油已注入，油位符合要求，呼吸器中的干燥劑、密封油已備好。

(3)準備好符合要求的高壓絕緣操作棒、高壓驗電器、接地線、絕緣手套、絕緣靴、萬用表、歐姆表、秒表、耐壓試驗儀等檢測試驗儀器。

(4)當地電力部門通常對水電站升壓站電氣系統試驗有專門要求，應先聯系供電部門，按照其要求，委托電力部門或其認可的有資質的檢測單位進行檢測試驗，以便得到電力部門的認可，順利并網售電。升壓站的大部分試驗均需要委托當地電力部門進行。對于電力部門沒有做的試驗項目，施工單位應進行補充試驗。

5.3 試驗內容

5.3.1 接地系統檢測

接地按其功能分為防雷接地、保護接地、工作接地。不同接地系統對接地電阻要求不同，當系統共用接地體時，接地應同時滿足所有接地系統要求；接地電阻取各系統要求的最小值。

5.3.2 高壓斷路器試驗

包括:高壓斷路器手動分合閘試驗、電動分合閘試驗、遠方控制分合閘試驗。應檢測記錄斷路器分合閘時間、彈跳時間、同期性、導電回路電阻。

5.3.3 電力變壓器試驗

包括：變壓器耐壓試驗、瓦斯繼電器復驗、繞組直流電阻測量、繞組絕緣電阻測量、繞組電壓比誤差及接線組別復核。

5.3.4 電流互感器

主要測試電流互感器變比和同極性端，為繼電保護試驗做好基礎。

5.3.5 升壓站繼電保護試驗

變壓器保護裝置測試主要包括：保護裝置交流對地絕緣電阻、直流對地絕緣電阻、交流回路對直流回路絕緣電阻。

變壓器主要保護功能試驗包括：差動保護、過電流保護、過電壓保護、過負荷保護、瓦斯保護、油溫高保護試驗。每類保護試驗主要包括保護定值整定、實際動作值和動作時間測試。其中，作為主保護的差動保護，還要測試比率制動、二次諧波制動特性。

5.3.6 高壓計量裝置測試

測試高壓組合互感器(電流互感器與電壓互感器)、電度計量表。

6 交直流電源系統試驗

交流電源系統在升壓站調試前所用電源為施工臨時電源，升壓站調試完成投入運行后，應將交流系統正式接入升壓站低壓端。電源系統試驗主要包括：雙電源切換試驗、斷電報警、過壓報警、低壓報警等異常報警值調試整定。

7 計算機綜合自動化系統初步調試

計算機綜合自動化系統(簡稱自動化系統)作為整個水電站自動化設備的控制中心，與參與調試的機電設備均有控制關系和信息交流；因此，自動化的調試貫穿于這些設備的調試過程中。在機電設備調試前，自動化系統應進行初步調試，輸入必要的初始信息和參數，以便投入運行狀態參與機電設備的進一步調試。對于一些可以脫機運行的輔助系統或僅向自動化系統反饋信息而不接收控制信息的設備，也可以先進行單獨調試，然后再投入自動化系統進行調試。

8 水輪發電機組試運行

水輪發電機組試運行是整座水電站試運行的核心部分，其試驗、調試項目較多，對水電站以后的運行穩定至關重要。

8.1 試驗項目

機組試運行試驗包括：調速器調試、機組空轉試驗、空載試運行、過速保護試驗、并網試驗、帶負荷試驗、甩負荷試驗、72 h帶負荷連續試運行。其中：調速器、控制屏、升壓站受控設備、計算機綜合自動化系統緊密圍繞水輪發電機組運行試驗，應按順序穿插進行，此處也納入機組試運行一并探討。

調試中涉及到控制屏和計算機綜合自動化系統的每一項操作，均應分別在控制屏上進行手動操作、自動化裝置上進行按鍵操作、操作員工作站計算機上進行操作；有手動和自動操作功能的設備均應分別進行手動和自動操作及切換；有遠方控制和就地控制要求的設備均應分別進行遠方和就地操作及切換。

8.2 試驗準備

(1)準備好電氣設計圖紙、電氣設備技術說明書和設備出廠試驗報告，供調試人員查閱。再次復核電氣設備銘牌參數、出廠試驗報告，是否與設計和技術說明書一致。投入計算機綜合自動化系統，將計算好的系統定值和保護定值輸入水輪發電機組測控保護裝置和系統計算機。將調速器初步定值、參數輸入調速器控制裝置，使調速器進入伺應狀態。

(2)檢查確認冷卻水、軸承油位、調速器油壓等符合要求；再次檢查確認機組轉動部分沒有工具、雜物等。

8.3 試驗內容

8.3.1 調速器調試

機組的開停機、并網、增減負荷、甩負荷均需通過調速器控制導葉，因此，調速器的調試貫穿于機組整個調試過程中；包括：調速器初始調試、機組空轉時的調速器試驗、機組并網時的調速器試驗、機組增減負荷時的調速器試驗、機組開停機時的調速器試驗、機組甩負荷時的調速器試驗。

在機組空轉前，對調速器主要參數進行初始設置，如油泵壓力、比例系數、積分時間、微分時間、永態轉差系數、空載開限、并網開限、開關機時間、緊急停機時間等。

在進水閥關閉、水輪機蝸殼無水的情況下，對調速器進行空載特性試驗和模擬甩負荷試驗，以初步調試整定接力器行程、導葉傳感器、導葉最大開度、開停機時間、緊急停機時間。試驗完畢后，將導葉全部關閉。

在機組后續的試驗中，對以上參數再進行精確整定。例如，在空載試驗時進行空載開限整定，在帶負荷試驗時進行并網開限、開停機時間整定，在甩負荷試驗時進行緊急停機時間整定等。

8.3.2 空轉試驗

機組空轉試驗可以在檢查機組轉動部件與靜止部件的間隙、有無卡組，在額定轉速下的轉動情況；同時對軸瓦進行磨合，對發電機進行通風干燥。

水輪發電機組安裝過程中及安裝完畢后，已多次進行了機組轉動部分盤車試驗。在空轉前，再次進行盤車試驗，確認轉動部件無雜物卡阻；然后松開水輪機制動器，將進水閥全開，操作調速器，逐步開啟導葉，機組開始低速轉動；觀察記錄機組轉動是否正常，冷卻水流量情況、軸承溫度、潤滑油循環情況、機組振動、位移、晃動、聲音等參數和運行工況。各項參數正常后，逐步開啟導葉，升高轉速至50%額定轉速，繼續觀察記錄。一切正常后，繼續開啟導葉直至額定轉速。

在額定轉速下繼續觀察記錄各項參數，尤其是各部位振動值，同時對軸瓦進行磨合；待其溫度逐步下降直至穩定，并在規定范圍內，其他各項參數正常，則機組空轉試驗合格。如發現異常，消缺后重新進行空轉試驗。如機組振動值超標，則應進行動平衡試驗。軸瓦的磨合可分別在空轉、空載試驗階段同時進行，在并網后逐步增加負荷，繼續磨合軸瓦。

8.3.3 空載試運行

空轉試驗合格后，在額定轉速下測定發電機殘壓，通過三相殘壓可初步判斷發電機是否具備啟動勵磁條件；然后停機，測量復核發電機定子、轉子絕緣正常后，開啟導葉使機組達到額定轉速，啟動勵磁，讓發電機在額定電壓下運行。第一次啟勵時，如無法建立電壓，則需要進行充磁。啟勵后，觀察記錄發電機出口電壓、軸瓦溫度、發電機定子溫度等參數是否正常。在發電機額定電壓、額定轉速下進行空載運行，觀察記錄各項參數，同時對發電機進行電流烘干、對軸瓦繼續磨合。

發電機過電壓保護試驗應在空載階段進行，調節勵磁，使發電機升壓至過電壓報警值、動作值，觀察保護動作情況；包括動作時的電壓實際值、動作時間，聲、光信號，計算機顯示的報警內容等。

過速保護試驗應在空載試運行階段進行，開機到額定轉速后，繼續加大導葉開度；升速至額定轉速的115%時，機組運行應無異常；轉速繼續升高至額定轉速的120%時，過速保護動作應正確。過速試驗過程中應監視并記錄各部位擺度和振動值，監視主機各部軸承溫升情況及發電機空氣間隙的變化，監視有無異常聲響。

過速試驗后，將速度降至額定轉速，機組穩定運行至各部軸承瓦溫正常穩定且其他參數正常后，可進行停機試驗操作，并檢查滅磁、調速器關閉導葉、飛輪制動功能。機組停止轉動后，對各部位再次進行檢查，檢查轉動部件螺栓、銷釘、鎖片和鍵有無松動或脫落，進行緊固。

8.3.4 并網試驗

并網前應先復核確認斷路器上下端相序一致，然后斷開同期點隔離開關；或者將抽出式斷路器置于“試驗”位置，在控制屏上分別以手動和自動準同期方式進行模擬并網試驗，檢查同期裝置的動作應準確。最后，合上隔離開關或將抽出式斷路器置于“工作”位置，分別在準同期裝置上以手動和自動準同期方式，在計算機上以“開機”指令方式進行開機并網試驗，記錄系統相關參數值。

8.3.5 帶負荷試驗

機組帶負荷、甩負荷試驗應穿插進行。機組帶負荷后，應檢查機組、變壓器等相關機電設備運行情況，根據情況逐步增加有功負荷，檢驗調速器性能，水輪發電機擺度、振動、聲響、軸承溫度和機組運行的穩定性。同時，手動和自動增加無功負荷，切換功率因素調節方式，對勵磁調節系統進行試驗，觀察記錄無功功率、功率因素及發電機無功調節的穩定性。

機組帶額定負荷下，應進行調速器低油壓關閉導葉試驗。

帶負荷試驗時應進行增減負荷試驗，變化量不大于額定負荷的25%，觀察記錄有關數據和機組振動情況，無異常后，可進行甩負荷試驗。

本電站采用二級一變接線方式，因此還應觀察在2臺機組同時帶負荷時，機組有功功率、無功功率的穩定性，是否發生相互干擾現象。2臺機組同時帶負荷時，檢查記錄升壓站運行情況，變壓器油溫、油位，高低壓側電壓、電流等參數，各高低壓設備及母線運行是否正常。

8.3.6 甩負荷試驗

機組甩負荷試驗應在自動運行工況下進行，宜分別在額定負荷的25%、50%、75%、100%下進行，按事先設計的表格記錄導葉接力器緊急關閉時間、蝸殼水壓及其上升率、轉速及其上升率、擺度、振動、聲響、電壓等，應符合設計要求。甩負荷時還應記錄勵磁調節器的穩定性和超調量。

甩負荷試驗后，應停機對機組進行全面檢查，重點檢查轉動部件、振動部位的螺栓、銷釘、鎖片和鍵有無松動或脫落，并進行緊固。

8.3.7 72 h帶負荷連續試運行

機組并網及甩負荷試驗合格后，可進行72 h帶額定負荷連續試運行。在水量不足，機組不能達到額定出力時，可根據條件確定機組應帶的最大負荷，在此負荷下進行72 h連續試運行。根據值班制度，全面觀察記錄機組、升壓站有關參數。試運行因故中斷，經檢查出力合格后，應重新開始72 h連續試運行，中斷前后的運行時間不應累加計算。72 h連續試運行后宜停機，對機電設備進行全面檢查。

9 其他輔助系統試驗

其他輔助系統包括：視頻監視系統、消防系統、應急照明系統、給排水系統、通風及空氣調節及系統等，視情況按要求進行調試試驗。

所有系統經試運行合格，全部缺陷處理完畢后，可進行工程驗收和交接。