沙河抽水蓄能電站轉(zhuǎn)輪改造后啟動試驗

司紅建，楊海學

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 引言

江蘇沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）位于江蘇省溧陽市天目湖鎮(zhèn)境內(nèi)，裝機2×5萬kW，于2002年投產(chǎn)發(fā)電。電站以一回220 kV輸電線路接入江蘇電網(wǎng)，承擔電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用和黑啟動等功能。2021年，沙河電站開展投產(chǎn)以來的第二輪A級檢修，對設(shè)備進行全面的解體檢查和修理，并結(jié)合檢修進行轉(zhuǎn)輪國產(chǎn)化改造。修后，參照《抽水蓄能檢修導則》和《可逆式抽水蓄能機組啟動試驗規(guī)程》制定修后試驗項目。本文分析總結(jié)一些調(diào)試中遇到的問題，以期為其他抽水蓄能機組A修調(diào)試提供參考。

2 啟動前準備

結(jié)合檢修項目制定針對性的調(diào)試計劃，制定詳細的分工表，明確試驗時間、責任人和試驗內(nèi)容。試驗中充分考慮另一臺機組運行狀態(tài)對試驗結(jié)果的影響，既保證試驗效果又兼顧另一臺機組運行，并做好人身傷害、設(shè)備運行等方面的風險辨識和應(yīng)急預(yù)案。啟動前準備從以下3個方面入手。

（1）試驗項目計劃

檢修前，以導則為依據(jù)，制定機組A級檢修調(diào)試計劃表，并根據(jù)機組特點和檢修項目開展情況進行增減，明確試驗內(nèi)容和驗收標準。所有試驗均制定工期控制表，張貼于調(diào)試現(xiàn)場，小試驗有步驟，大試驗有專題方案。根據(jù)現(xiàn)場安裝進度和條件，安排調(diào)試項目時序，分系統(tǒng)試驗與機組回裝相結(jié)合，縮短總工期。機組首次沖轉(zhuǎn)，協(xié)調(diào)安排在廠房安靜的環(huán)境下進行，以便于準確判斷機械摩擦和撞擊聲。

（2）辨識風險并制定預(yù)案

機組A級檢修維修項目多，技術(shù)改造范圍大，涉及技改也多，在機組啟動試驗階段存在很多不確定的危險源。為提高應(yīng)急能力，將事故損失降到最低，必須事先辨識風險并制定應(yīng)急預(yù)案。試驗方案中，按照每個試驗方案的步驟和特點，結(jié)合現(xiàn)場實際情況做好人員傷害、火災(zāi)救援、水輪機超速、水淹廠房、全廠失電、機組甩負荷等事故的應(yīng)急預(yù)案。

（3）分系統(tǒng)驗收

機組分系統(tǒng)調(diào)試是機組動態(tài)試驗的基礎(chǔ)，沖轉(zhuǎn)前必須完成全部的分系統(tǒng)試驗和驗收工作。內(nèi)容包括尾水管充水試驗、導葉靜水開閉試驗、冷卻水試驗、高低壓氣試驗、循環(huán)推力油壓試驗、斷路器分合試驗、勵磁靜態(tài)試驗、繼電保護試驗等。分系統(tǒng)試驗開展的越深入細致，機組啟動將越順利，是修后安全穩(wěn)定運行的良好基礎(chǔ)。

3 啟動試驗流程

將機組調(diào)試階段劃分為3個階段。第1個階段為靜態(tài)分系統(tǒng)試驗，安排2 d，機組不轉(zhuǎn)動，項目為機組各系統(tǒng)分步試驗。第2個階段為動態(tài)試驗，機組轉(zhuǎn)動不并網(wǎng)，安排4 d，主要項目有機組沖轉(zhuǎn)、動平衡配重、短路試驗、調(diào)速器試驗等。第3個階段為涉網(wǎng)試驗，機組并網(wǎng)抽水、發(fā)電，安排4 d，主要項目有并網(wǎng)動平衡、勵磁涉網(wǎng)試驗、甩負荷、黑啟動、效率試驗等。

4 啟動關(guān)鍵試驗介紹分析

4.1 機組首次沖轉(zhuǎn)試驗

機組靜態(tài)試驗完成后，進行水輪機工況首次沖轉(zhuǎn)試驗，此時機組處于全手動狀態(tài)。啟動機組冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)油系統(tǒng)，投入推力軸承高壓油頂起裝置，投入調(diào)速器和主閥的油壓裝置，打開進水閥，退出水輪機導葉接力器鎖錠。操作解除調(diào)速器導葉開度限制，點動打開導葉，機組轉(zhuǎn)動后，立即關(guān)閉導葉，檢查機組轉(zhuǎn)動部分和靜止部分之間無摩擦和碰撞情況。確認無異常后，再次開導葉升速，在5%、20%、50%和100%轉(zhuǎn)速停留5 min，檢查機組振擺情況和各部瓦溫度變化情況。調(diào)速器空載試驗時，手自動通道切換時，機組轉(zhuǎn)速異常上升至381 r/min，達到127%額定轉(zhuǎn)速，電氣過速保護（115%）動作，機組停機。檢查分析故障原因，調(diào)速器手自動切換時，頻差過大，切換后跟蹤目標頻率超調(diào)導致機組過速。建議在調(diào)速器初次試驗前，檢查手自動通道頻差，限制頻差在0.2 Hz以內(nèi)，同時根據(jù)試驗水頭下空載開度值調(diào)整開度限制值，留有適當裕度，發(fā)揮開度限制作用。試驗過程中，在安全閥現(xiàn)地操作柜派專人值守，及時操作關(guān)閉安全閥，切斷主配壓閥調(diào)節(jié)油壓回路，及時關(guān)閉導葉，防止水輪機飛逸事故。

圖1 機組過速曲線

4.2 轉(zhuǎn)輪更換后動平衡配重試驗

轉(zhuǎn)輪改造更換后，轉(zhuǎn)子軸系動平衡發(fā)生變化，可能造成轉(zhuǎn)子重量失衡，需重新開展動平衡配重。動平衡配重基于轉(zhuǎn)子徑向振動幅值與不平衡離心力成正比的原理，通過測量轉(zhuǎn)子徑向擺度和相位計算并確定轉(zhuǎn)子不平衡離心力的大小和相位，依此對轉(zhuǎn)子立筋進行配重[1]。現(xiàn)場動平衡計算方法采用影響系數(shù)法，該方法思想基于轉(zhuǎn)子激勵與響應(yīng)在一定范圍是呈線性的，其激勵和響應(yīng)是純數(shù)學關(guān)系。機組動平衡試驗，選擇在空轉(zhuǎn)、空載工況下進行，機組沖轉(zhuǎn)升速過程中將在25%轉(zhuǎn)速、50%轉(zhuǎn)速、75%轉(zhuǎn)速和100%轉(zhuǎn)速各運行5 min，然后停機。期間對機組進行振動擺度數(shù)據(jù)采集，根據(jù)各振動數(shù)據(jù)分析機組振動原因，確定在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上端試加平衡塊重量和位置。現(xiàn)場經(jīng)過2次試配，上導擺度一倍頻幅值有大幅度降低，綜合判斷機組結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子上下呈力偶不平衡現(xiàn)狀和配重后上導和下導一倍頻幅值大小，配重達到預(yù)期效果。動平衡試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 動平衡試驗數(shù)據(jù)

4.3 電制動開關(guān)短路電流試驗

抽水蓄能電氣制動開關(guān)是安裝在發(fā)電機出口母線側(cè)的三相短路開關(guān)，在機組停機時，合閘電氣制動開關(guān)，在轉(zhuǎn)子繞組中通以勵磁電流，將機組剩余電能轉(zhuǎn)換為熱能加速停機。在機組A級檢修啟動調(diào)試，可利用電氣制動開關(guān)作為機端三相短路點，開展機組短路電流試驗。

機組啟動前，解除電制動開關(guān)分合閘閉鎖，修改勵磁過電壓限制、電流限制和退出部分保護功能，具體見表2。

表2 機組保護投退表

首先將機組啟動至空轉(zhuǎn)態(tài)，合閘投入電氣電制開關(guān)，手動投入勵磁，調(diào)節(jié)勵磁電流，使定子電流勻速上升至額定電流，上升過程中記錄相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流和電壓。測取定子電流上升曲線見圖2，調(diào)整時轉(zhuǎn)子電流不可有回滯現(xiàn)象。

圖2 發(fā)電機空載特性曲線

4.4 抽水工況水頭和導葉開度協(xié)聯(lián)曲線試驗

機組更換轉(zhuǎn)輪后，揚程與導葉開度協(xié)聯(lián)曲線按主機廠給定預(yù)設(shè)。首次抽水運行后，發(fā)現(xiàn)泵工況電機入力增大0.5～1 MW，相應(yīng)抽水總時間未有縮短跡象。比較新舊轉(zhuǎn)輪協(xié)聯(lián)曲線，新轉(zhuǎn)輪導葉開度增加9～11%，可能存在導葉開度給定偏大，取值較為保守問題。泵工況導葉開度偏大，故障斷水時導葉關(guān)閉時間增長，可能造成機組停機反轉(zhuǎn)，影響穩(wěn)定運行。同時，導葉開度偏大，水泵工況入力增大，但流量未必增大，水泵效率有所降低。試驗人員根據(jù)新舊轉(zhuǎn)輪運行數(shù)據(jù)，結(jié)合電機功率、振動、壓力脈動等因素，編制各頻率下導葉開度的優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線，具體見圖3。最低揚程下優(yōu)化減少4%導葉開度，最高揚程下優(yōu)化減少6.2%導葉開度，中間相應(yīng)減少。優(yōu)化后，水泵電機入力相應(yīng)減少0.3 MW，抽水流速未有改變，相應(yīng)抽水時間不變，機組振動、壓力脈動未有劣化，抽水效率有所提升。

圖3 協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化

4.5 發(fā)電工況甩負荷試驗

抽水蓄能機組在發(fā)電態(tài)或抽水態(tài)運行時都存在甩負荷的風險，機組和引水系統(tǒng)在甩負荷時都處于最惡劣的運行狀態(tài)[2]。甩負荷試驗的目的是檢查機組甩負荷時，水輪機調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性和檢驗蝸殼壓力上升率與轉(zhuǎn)速上升率是否符合設(shè)計要求。轉(zhuǎn)輪改造更換后，轉(zhuǎn)輪重量增加約1.5 t。合同技術(shù)條款規(guī)定：甩負荷機組瞬態(tài)轉(zhuǎn)速＜165%，蝸殼進口中心線處的最大壓力≤1.805 MPa，尾水管進口最低壓力＞0.03 MPa。

根據(jù)《抽水蓄能檢修導則》，機組分別在25%、50%、75%、100%額定負荷下，進行甩負荷試驗。按規(guī)程要求記錄甩前、甩中、甩后的機組轉(zhuǎn)速、導葉開度、導葉關(guān)閉時間、接力器往返次數(shù)、調(diào)速器調(diào)節(jié)時間、蝸殼實際壓力、機組的擺度、振動值、瓦溫變化情況等數(shù)據(jù)，并錄制相關(guān)的過程曲線[2]。試驗數(shù)據(jù)見表3，機組甩負荷狀況下最大轉(zhuǎn)速、蝸殼壓力、尾水管壓力均滿足合同技術(shù)條款。

表3 發(fā)電工況甩負荷試驗數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

沙河電站此次擴大性A級檢修，調(diào)試、試驗階段時間安排10 d，較上輪A修調(diào)試時間大幅增加。試驗項目依據(jù)《抽水蓄能檢修導則》編制，共35類、122項具體試驗，明確項目內(nèi)容、責任人和時間節(jié)點。試驗中，所有項目編制試驗步驟和方法，重要項目編制專項技術(shù)方案和應(yīng)急預(yù)案，合理籌劃試驗時間，既保證試驗項目順利開展，又不影響其他機組正常運行。每天工作完成及時整理試驗數(shù)據(jù)，編寫試驗日報，總結(jié)經(jīng)驗教訓，為其他機組調(diào)試和技術(shù)培訓留下寶貴的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗資料。檢修后，機組運行穩(wěn)定，各項指標運行良好，未發(fā)生因調(diào)試質(zhì)量原因的異常事件，機組穩(wěn)定性較上輪A修有大幅提升，為機組穩(wěn)定運行打下堅實的基礎(chǔ)。