淺談軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)組增容改造啟動試驗(yàn)

陳志剛

摘要：在“雙碳”的目標(biāo)和愿景之下，福建某水電站機(jī)組將承擔(dān)各自區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)更重的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)。該類水電機(jī)組應(yīng)適時(shí)進(jìn)行大修并對滿足條件的相關(guān)機(jī)組進(jìn)行增容改造，在提升水電機(jī)組調(diào)頻能力的同時(shí)，提高水能利用率，改善機(jī)組運(yùn)行工況。啟動試驗(yàn)是水電機(jī)組增容改造的最后環(huán)節(jié)，本文將從軸流轉(zhuǎn)槳式水電機(jī)組增容改造啟動試驗(yàn)方案的機(jī)械部分、電氣部分和綜合試驗(yàn)等三個(gè)方面進(jìn)行研究探討，為各類水電機(jī)組增容改造后的啟動試驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：雙碳;增容改造;啟動試驗(yàn);水電機(jī)組

第一章 軸流轉(zhuǎn)槳式水電機(jī)組增容改造后啟動試驗(yàn)方案機(jī)械部分

1.1調(diào)速器靜態(tài)試驗(yàn)

進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)收回相關(guān)工作票，進(jìn)行壓油裝置充油建壓，將調(diào)速器系統(tǒng)由檢修轉(zhuǎn)運(yùn)行，進(jìn)行導(dǎo)槳葉全關(guān)全開試驗(yàn)并配合檢修班組完成機(jī)組順控、事故低油壓等試驗(yàn)。在調(diào)速器靜態(tài)試驗(yàn)期間，還要進(jìn)行調(diào)速器建模試驗(yàn)，主要要驗(yàn)證增容改造后的調(diào)速器性能。

1.2充水試驗(yàn)

充水試驗(yàn)前應(yīng)查檢修滲漏排水系統(tǒng)正常，確認(rèn)進(jìn)水口閘門、尾水閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，蝸殼、尾水盤型閥關(guān)閉;做好機(jī)組防轉(zhuǎn)動措施，將調(diào)速器系統(tǒng)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉，導(dǎo)葉接力器鎖錠投入。

尾水管充水：將導(dǎo)葉開度開至3%-5%作為排氣通道后，打開尾水沖水閥對尾水管進(jìn)行充水，在充水過程中隨時(shí)觀察機(jī)組頂蓋、主軸密封、測壓系統(tǒng)管路、尾水進(jìn)人孔等各部滲漏水情況并記錄相關(guān)測壓標(biāo)計(jì)讀數(shù)。當(dāng)充水至與尾水位平壓時(shí)，才能提尾水門，在靜水狀態(tài)下完成機(jī)組導(dǎo)槳葉全開全關(guān)試驗(yàn)。

壓力鋼管和蝸殼充水：打開進(jìn)水口閘門充水閥，對壓力鋼管和蝸殼進(jìn)行充水，觀察蝸殼進(jìn)人孔、蝸殼盤型閥滲漏水情況，待壓力鋼管平壓后，記錄壓力鋼管及蝸殼充水時(shí)間和靜水壓力值。

在完成機(jī)組導(dǎo)葉漏水量測試后，檢查射流泵排水是否正常并恢復(fù)機(jī)組技術(shù)供水。

1.3機(jī)組以手動方式開機(jī)及空轉(zhuǎn)試驗(yàn)

在檢查機(jī)組進(jìn)水口快閘全開后，查機(jī)組處于冷備用狀態(tài)，自用電各負(fù)荷開關(guān)和機(jī)組開關(guān)、刀閘、地刀位置正確。檢查各油槽油位和壓力油系統(tǒng)正常、技術(shù)供水各部水壓正常、推力高壓油裝置投入正常、風(fēng)閘全落且檢修空氣圍帶無壓。在記錄機(jī)組各部原始溫度后，現(xiàn)地手動開導(dǎo)葉，當(dāng)機(jī)組開始轉(zhuǎn)動后，立即將導(dǎo)葉全關(guān)，重點(diǎn)確認(rèn)機(jī)組轉(zhuǎn)動與靜止部件之間是否存在硬摩擦或碰撞。

確認(rèn)機(jī)組各部正常后，手動緩慢增大導(dǎo)葉開度，使轉(zhuǎn)速升至額定值，校驗(yàn)電氣轉(zhuǎn)速表指示正常，并記錄機(jī)組的空轉(zhuǎn)開度作為后續(xù)運(yùn)行參考。

測量并記錄機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行擺度及各部振動值在合格范圍后，進(jìn)行機(jī)組空轉(zhuǎn)下調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)測試、調(diào)整。

1.4機(jī)組過速試驗(yàn)及相關(guān)檢查

機(jī)組以手動方式開機(jī)，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。待機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，繼續(xù)手動打開導(dǎo)葉，平穩(wěn)升速，使機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)上升到額定轉(zhuǎn)速的 115%，觀察測速裝置速觸點(diǎn)的動作情況。過速試驗(yàn)過程中應(yīng)密切監(jiān)視并記錄各部位振動和擺度值，記錄各部軸承的溫升情況及發(fā)電機(jī)空氣間隙的變化，監(jiān)視是否有異常響聲。[1]

過速試驗(yàn)停機(jī)后除常規(guī)檢查外，還應(yīng)全面檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動部分，如轉(zhuǎn)子磁軛鍵、磁極鍵、阻尼環(huán)及磁極引線、磁軛壓緊螺桿等有無松動或移位;檢查發(fā)電機(jī)定子基礎(chǔ)及上、下機(jī)架的狀態(tài)有無異常。

第二章 軸流轉(zhuǎn)槳式水電機(jī)組增容改造后啟動試驗(yàn)方案電氣部分

2.1機(jī)組升流升壓試驗(yàn)

增容改造后機(jī)組升流升流試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)機(jī)組保護(hù)電流回路向量的正確性、機(jī)組故障錄波及儀表測量電流回路的正確性、機(jī)組一次回路的正確性及完整性;檢驗(yàn)機(jī)組絕緣是否完好。

增容改造后的升流升壓試驗(yàn)應(yīng)采用公用廠用電提供勵(lì)磁他勵(lì)電源。機(jī)組升流試驗(yàn)時(shí)，在發(fā)電機(jī)出口開關(guān)與發(fā)電機(jī)出口封閉母線之間裝設(shè)一組三相短路點(diǎn) K1，斷開供電公用電母線上的非必要負(fù)荷開關(guān)。由于增容改造后機(jī)組需要做120%額定定子電流試驗(yàn)，應(yīng)由繼保人員更改相關(guān)保護(hù)定值。在查發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、刀閘斷開，中性點(diǎn)消弧線圈刀閘已合上后，投入水機(jī)保護(hù)電源，解除一切與電流量有關(guān)的發(fā)電機(jī)保護(hù)功能壓板，避免諸如差動保護(hù)等因?yàn)槎搪伏c(diǎn)另一側(cè)的CT采集不到相應(yīng)的電流而動作。

監(jiān)控遠(yuǎn)方開機(jī)至空轉(zhuǎn)，手動起勵(lì)（他勵(lì)），當(dāng)升流至 20%額定電流并檢查機(jī)組電流回路無開路現(xiàn)象后才能繼續(xù)逐步升流至 40%額定電流，在 40%額定電流時(shí)讀取電樞電流和勵(lì)磁電流并測量發(fā)電機(jī)保護(hù)、開關(guān)在線監(jiān)測裝置、調(diào)速器、勵(lì)磁、測量及計(jì)量等電流回路及勵(lì)磁變向量，并測量各組 CT 中性線的不平衡電流;核相正常后，繼續(xù)升流至 50%、75%、100%、120%額定電流，檢查 CT 及 機(jī)組有無異常;檢查記錄發(fā)電機(jī)橫差保護(hù) CT 二次不平衡電流，并分別讀取電樞電流和勵(lì)磁電流。試驗(yàn)完成后，手動減勵(lì)磁至最小值，切除勵(lì)磁后，將機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)檢修，拆除出口開關(guān)與發(fā)電機(jī)出口封閉母線之間裝設(shè)的一組三相短路點(diǎn)K1。

機(jī)組升壓試驗(yàn)時(shí)方法與升流試驗(yàn)類似，但應(yīng)投入復(fù)壓過流保護(hù)、失磁保護(hù)外的發(fā)電機(jī)其他保護(hù)，升壓至 25%額定機(jī)端電壓時(shí)，檢查發(fā)電機(jī)及引出母線、發(fā)電機(jī)斷路器、勵(lì)磁變及分支回路等設(shè)備帶電是否正常;機(jī)組運(yùn)行中各部振動及擺度是否正常。[2]繼續(xù)升壓，分別在 50%、75%、100%、125%額定機(jī)端電壓（勵(lì)磁電流不能超過額定值）時(shí)，停留一段時(shí)間，讀取三相線電壓、勵(lì)磁電流、頻率（或轉(zhuǎn)速）。當(dāng)一切檢查正常后，切除勵(lì)磁，用電壓表測量發(fā)電機(jī)機(jī)端三相線電壓（定子殘壓）。機(jī)組空載狀態(tài)下勵(lì)磁建模試驗(yàn)可以在升流升壓試驗(yàn)中同時(shí)進(jìn)行。

2.2機(jī)變升流升壓試驗(yàn)

機(jī)變升流升壓試驗(yàn)方法與機(jī)組升流升壓試驗(yàn)方法類似，機(jī)變升流試驗(yàn)主要為確認(rèn)包含斷路器控制柜電流回路、主變端子箱測量回路、主變冷卻器控制柜過負(fù)荷啟動冷卻器電流回路等6號機(jī)變電流回路無開路現(xiàn)象并測量含主變中性點(diǎn)零序CT在內(nèi)各組CT中性線的不平衡電流。

機(jī)變升壓試驗(yàn)主要為檢查主變高壓套管等設(shè)備帶電是否正常，PT二次電壓向量是否正確、出口開關(guān)同期電壓回路是否正確。

2.3主變?nèi)妷合驴蛰d沖擊合閘試驗(yàn)

通過電網(wǎng)系統(tǒng)電壓對增容改造后的主變進(jìn)行全電壓下空載沖擊合閘試驗(yàn)，在全電壓、全保護(hù)狀態(tài)下空載沖擊合閘驗(yàn)證新主變的相間絕緣、匝間絕緣，檢驗(yàn)新主變各部零件的裝配質(zhì)量，檢查變壓器無異常聲音、無滲漏油現(xiàn)象、無閃絡(luò)放電現(xiàn)象，核查監(jiān)控、保護(hù)等無異常告警信號。主變沖擊合閘試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將主變重瓦斯保護(hù)投“信號”，經(jīng)一段時(shí)間檢查確認(rèn)新主變瓦斯繼電器內(nèi)無氣體再申請投“跳閘”。

2.4假同期并網(wǎng)及帶負(fù)荷測向量

在查自動準(zhǔn)同期裝置參數(shù)已正確設(shè)置，確認(rèn)出口開關(guān)刀閘在分后，先進(jìn)行假同期并網(wǎng)（若為新出口開關(guān)設(shè)備應(yīng)真合出口開關(guān)），再次檢查同期回路的正確性、同期參數(shù)合理性。新機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)帶一定負(fù)荷后，全面測量機(jī)組失磁保護(hù)、錄波器、監(jiān)控及儀表計(jì)量等二次回路的向量。

2.5機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

機(jī)組經(jīng)監(jiān)控遠(yuǎn)方開機(jī)至并網(wǎng)運(yùn)行，逐步增加機(jī)組負(fù)荷至額定值，檢查并記錄電壓與電流、導(dǎo)槳葉開度、機(jī)組振動及擺度、各軸承油瓦溫等數(shù)據(jù)。將機(jī)組負(fù)荷降至25%額定負(fù)荷后，斷開出口開關(guān)進(jìn)行機(jī)組甩負(fù)荷，測量并記錄甩前、甩中與甩后的各種參數(shù)，甩負(fù)荷后應(yīng)對發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層及水車室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行全面檢查。應(yīng)分別在50%、75%和100%額定負(fù)荷情況下各進(jìn)行一次甩負(fù)荷試驗(yàn)。[3]

第三章 軸流轉(zhuǎn)槳式水電機(jī)組增容改造后功能性及試運(yùn)行試驗(yàn)

3.1機(jī)組增容改造后功能性試驗(yàn)

軸流轉(zhuǎn)槳式水電機(jī)組增容改造后的功能性試驗(yàn)同一般水電機(jī)組相似，主要包括機(jī)組空載狀態(tài)下進(jìn)行勵(lì)磁建模測試及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)位移電壓測量、發(fā)電機(jī)單相接地及消弧線圈補(bǔ)償試驗(yàn)和調(diào)速器空載試驗(yàn);在機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后，應(yīng)進(jìn)行機(jī)組負(fù)載狀態(tài)下的勵(lì)磁系統(tǒng)建模及調(diào)節(jié)器性能試驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)PSS參數(shù)整定試驗(yàn);針對機(jī)組進(jìn)相能力和中性點(diǎn)電壓偏移應(yīng)進(jìn)行進(jìn)相試驗(yàn)及帶負(fù)荷下的中性點(diǎn)不對稱電壓與中性點(diǎn)位移電壓測試;為分析機(jī)組的效率與調(diào)頻性能，應(yīng)進(jìn)行機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)與調(diào)速器建模試驗(yàn)和增容改造后出力效率試驗(yàn)。

在測量分析機(jī)組穩(wěn)定性方面，應(yīng)在50%、75%、100%額定負(fù)荷下進(jìn)行變負(fù)荷工況下的動平衡試驗(yàn)與穩(wěn)定性試驗(yàn)。

3.2機(jī)組帶額定負(fù)荷連續(xù)試運(yùn)行

增容改造啟動試驗(yàn)的最后一項(xiàng)為帶額定負(fù)荷連續(xù)試運(yùn)行72小時(shí)（或96小時(shí)），在試運(yùn)行期間應(yīng)按時(shí)記錄發(fā)電機(jī)運(yùn)行電氣量，包括有功、無功、電樞電壓電流、勵(lì)磁電流等;溫度量則包括定子繞組鐵芯溫度、各軸承油瓦溫、冷卻器進(jìn)出風(fēng)溫度等。對于增容改造更換的新主變，在試運(yùn)行期間應(yīng)加強(qiáng)主變溫度監(jiān)視，確認(rèn)主變本體油溫、繞溫與監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)相吻合。

試運(yùn)行期間應(yīng)定期對發(fā)電機(jī)與主變進(jìn)行紅外測溫，測量發(fā)電機(jī)滑環(huán)、碳刷、主引線、定子端部以及主變本體、高壓套管、封閉母線的溫度。應(yīng)對各軸承瓦溫、油溫、冷卻器進(jìn)出水溫等進(jìn)行分析，判斷冷卻效果是否滿足相關(guān)設(shè)計(jì)的要求。

結(jié)語

機(jī)組啟動試驗(yàn)是任何機(jī)組檢修工程的最后一項(xiàng)，針對A、B、C等不同等級的檢修，有相應(yīng)充分且必須的各項(xiàng)啟動試驗(yàn)與之相對應(yīng)，通過研究、細(xì)致、完善的啟動試驗(yàn)，不但可以收集改造后水輪機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，還可以驗(yàn)證一次設(shè)備性能和二次回路是否完好、可靠。各水電站應(yīng)結(jié)合各型機(jī)組需要，編制相應(yīng)的水輪機(jī)組啟動試驗(yàn)方案，通過試驗(yàn)驗(yàn)證檢修改造的可靠性，保證水輪機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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