水輪發電機組檢修后啟動試驗設計研究

董天剛，金 櫓，鐘東桓

（1.廣東粵電流溪河發電有限責任公司，廣東 廣州 510956；2.山東沂蒙抽水蓄能有限公司，山東 臨沂 276000）

1 概述

廣東粵電流溪河發電有限責任公司位于珠江三角洲水系、流溪河上游、廣州市從化區境內。是一個以發電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的中型水利樞紐工程。流溪河現有4 臺12 MW 水輪發電機組，裝機容量48 MW。

2 試驗內容及目的

機組的啟動試驗是對整個機組檢修后相關機械設備和電氣設備進行全面的、系統的整體質量的檢驗，確保機組機械和電氣設備符合設計要求和相關標準、規范、規定。

試驗目的是檢驗檢修質量，及時發現檢修的瑕疵，以便及時提出防范對策防止事故發生，保證機組交給電網系統后可靠穩定運行。

3 試驗

3.1 試驗準備

（1）組織機構

組長、成員、現場指揮、安全監督、現場操作。

（2）啟動相關規定

1）啟動所用操作票均需部門主管審核批準后方可執行；

2）一切操作必須聽從指揮，試機人員要聽指揮，到指定地點待命；

3）啟動試驗過程中發現設備有缺陷或操作失控，立即停止啟動試驗，待查明原因，確保設備正常、無安全隱患后才能繼續進行試驗；

4）遺留問題由相關技術人員負責落實備忘錄或紀要，明確整改期限。

（3）啟動試驗條件

1）檢修相關機械、電氣工作票已全部回收；

2）操作票完成所有審批手續。

3.2 靜態試驗

（1）真空開關與勵磁開關聯動試驗；

（2）保護裝置模擬試驗；

（3）調速機靜態模擬試驗；

（4）準同期模擬試驗。

3.3 解除安全措施及檢查設備

（1） 封堵尾水人孔、蝸殼人孔，提起尾水閘門，檢查尾水人孔無漏水。

（2）持解除機組檢修安全措施操作票（電氣）解除機組檢修電氣安全措施[1]。

1）檢查《裝拆接地線、拉合接地刀登記薄》所登記機連接部分的接地線已全部拆除；

2）測量并記錄機定子絕緣電阻；

3）測量并記錄機轉子絕緣電阻。

（3）持解除機組檢修安全措施（充水前）機械操作票解除機組檢修油系統和風系統部分機械安全措施。

（4）機組啟動試驗前要全面檢查如下設備：

1）機組LCU 運行正常，觸摸屏顯示正常，全部電源開關投入，各電源模塊正常，各指示燈指示正常，各按鈕、把手、壓板位置按要求放置正常；

2）機組同期裝置的電源開關已投入，相關指示燈指示正常，各按鈕、把手位置按要求放置正常；

3）機組測速裝置電源開關投入，各指示燈指示正常，各按鈕、把手位置按要求放置正常；

4）機組交采測量裝置電源開關投入，顯示屏顯示正常，各指示燈指示正常；

5）機組調速機交直流電源投入，顯示屏顯示正常，各指示燈指示正常，各按鈕、把手位置按要求放置正常；

6）機組勵磁裝置交直流電源投入，顯示屏顯示正常，各指示燈指示正常，各按鈕、把手位置按要求放置正常；

7）機組保護裝置全部電源開關投入，保護裝置顯示正常，各指示燈指示正常，各按鈕、把手、壓板位置按要求放置正常；

8）機組出口開關按要求放置，全部電源開關投入，各指示燈指示正常；

9）振擺裝置交直流電源投入，顯示屏顯示正常，各指示燈指示正常，各按鈕、把手位置按要求放置正常；

10）油系統油壓指示正常，調速機、主閥、水車鎖定、頂轉子的各油路閥門和控制把手放置位置正確；

11）風系統風壓正常，各閥門和控制把手放置位置正確；

12）水系統上導、下導、水導冷油器，發電機冷風器和蝸殼各部閥門放置位置正確。

（5）測量并記錄發電機軸絕緣電阻。

（6）測量并記錄各軸承（上導、下導、水導）油位。

3.4 蝸殼充水及主閥控制回路試驗（機組冷備用試驗）

（1）充水前應確認蝴蝶閥處于關閉狀態，主閥鎖定已投入，導水葉處于全關閉狀態，水車鎖定已投入。

（2）持解除機組檢修安全措施（充水）機械操作票解除機組檢修水系統部分機械安全措施。

1）旁通閥前手動閥開啟至全開位置，電手動開旁通閥，向壓力鋼管及蝸殼充水，記錄蝸殼充水時間。監視蝸殼、鋼管壓力表計的讀數。

2）檢查蝸殼人孔、尾水人孔、空氣閥、蝸殼排水閥、導水機構、水輪機頂蓋和頂蓋排水情況及主軸密封漏水情況。

3）提起主閥鎖定，手動操作蝴蝶閥開關，檢查閥體啟閉動作情況。

①現場電手動開關旁通閥，檢查旁通閥開關位置現場及監控系統信號相符；

②現場電手動開關主閥，檢查主閥開關位置現場及監控系統信號相符；

③現場測量調整開主閥時間；

④現場測量調整關主閥時間；

⑤下位機關主閥按鈕操作關閉主閥正常；

⑥下位機發令開、關主閥動作正常；

⑦上位機發令開、關主閥動作正常；

⑧監控室操作緊急關主閥動作正常。

3.5 調整機組冷卻水水壓及冷卻水控制回路試驗（機組冷備用試驗）

（1）手動開啟機組冷卻水，調整冷卻水各部（總冷卻水，上導、下導、水導冷卻水）水壓。

（2）現場操作水控閥開、關機組冷卻水一次。

（3）在下位機發令開、關機組冷卻水一次。

（4）在上位機發令開、關機組冷卻水一次。

（5）打開水封閥。

3.6 空轉試驗

（1）檢查機組出口開關在試驗位置，檢查調試壓板投入，記錄機組各部軸承、油槽初始溫度。

（2）機組空轉試驗：空轉試驗前提起機組水車鎖定。

（3）當機組 “空轉”運行正常后，檢查并記錄機組空轉時推力瓦、上、下、水導瓦溫度以及機組各部油槽油溫正常。記錄機組空轉時各部振動、擺度值和軸電壓數值。

（4）模擬水導溫度過高停機[2]。

（5）檢查事故電磁閥動作情況，檢查記錄加閘頻率，測量記錄機組停機時間，檢查加閘板自然落下。

（6）停機后，檢查機組全部設備的情況。

3.7 遞升加壓、勵磁系統參數實測動態試驗、核相試驗

（1）持機組檢修后遞升加壓試驗電氣操作票進行機組遞升加壓試驗。

1）機組遞升加壓前的準備工作：設置勵磁起勵方式為“零起升壓”方式，退出磁調節器“Us 跟蹤投”。

2）在LCU 柜執行“停機—空轉”流程，機組在空轉額定轉速下，做遞升加壓試驗，投入“零起升壓”功能，建壓后，調節機端電壓至額定值（使用增減磁按鈕操作）。

3）檢查并記錄機組空載時推力瓦、上、下、水導瓦溫度以及機組各部油槽油溫正常。記錄機組空載時各部振動值、擺度和軸電壓數值。

4）設置勵磁起勵方式為“殘壓起勵退”、“零起升壓退”方式，投入磁調節器“Us 跟蹤投”。

（2）勵磁系統參數實測動態試驗。

1）動態測試試驗條件：勵磁系統比例放大倍數的測量、發電機空載小擾動試驗、發電機空載大擾動試驗，需發電機空載并維持額定轉速，勵磁系統采用正常的接線方法。確認全部保護投入正常，試驗前發電機過電壓保護定值設為120 V,動作（0 s）跳滅磁開關，試驗結束后恢復。

2）發電機空載試驗。

3）勵磁系統比例放大倍數測量（超前和滯后補償環節退出,保持機端自并勵方式接線）。

4）發電機空載時間常數試驗。

5）大干擾階躍試驗（發電機空載,使用自動勵磁方式,保持機端自并勵方式接線）。

6）發電機空載1%～5%小千擾階躍試驗（通過AVR 調試工具記錄定子電壓、轉子電流、給定值，控制電壓或控制角的變化情況）。

（3）模擬轉子一點接地保護停機。

（4）核相試驗：

1）斷開機組主變開關；

2）斷開機組廠用變開關；

3）斷開機組地區變開關；

4）推機組出口開關至工作位置；

5）將機組開至空轉狀態；

6）無壓合機組出口開關，然后進行遞升加壓；

7）模擬機組出口開關在分閘位置；

8）在機組LCU 柜處啟動準同期合閘指定，啟動同期裝置；

9）檢查機組同期裝置中母線PT 和機組PT 間的幅值、相序和相位是否一致；

10）用相序表測量機組PT 二次回路相序，正常相序為正序；

11）用萬用表測量機組勵磁裝置中A、B 套采樣的壓差，正常壓差為零；

12）核相試驗結束。在LCU柜發“機組緊急停機”命令，監控人員及現場試驗人員共同檢查緊急停機順控流程是否正常執行到位，圖形、一覽表及語音是否正常；

13）拉機組出口開關至試驗位置；14）合上機組主變開關。

3.8 負載試驗、勵磁系統參數實測并網以后的試驗、PSS 現場整定投運實驗

（1）持機組機組出口開關由“試驗”位置推至“工作”位置電氣操作票將機組出口開關放工作位置，恢復機組各部件正確位置。

（2）與電網調度聯系后[3]，在LCU 柜發“停機—發電”流程，并記錄機組并網時間。

（3）在LCU 柜手動進行有功、無功投退調節及加減有功、無功，監控人員及現場試驗人員共同檢查上述功能是否正常執行到位，圖形、一覽表及語音是否正常。

（4）勵磁系統參數測量試驗（并網后）。

（5）PSS 現場整定投運試驗：

1）PSS 現場整定投運試驗前運行方式調整[4]；

2）在整個試驗過程中，監控室運行值班人員注意監視設備的運行情況和重要參數如發電機的功率、電壓、電流以及勵磁電流等；

3）試驗前檢查勵磁調節器和工控機的工作通信正常，通道之間手動可以正常切換。試驗過程中勵磁調節器為現地調節；

4）調整試驗機組的有功功率（大于 80%額定值），無功功率（調整為 0）；非試驗機組的無功出力功率因數小于 0.995，非試機組遲相運行；

5）無 PSS 的擾動階躍量確定試驗；

6）機組無補償頻率響應特性測量（用動態信號分析儀分別測量勵磁系統 CH1、CH2 兩通道的無補償頻率響應特性）；

7）各時間常數的優化試驗；

8）確定PSS 的Ks1增益值試驗；

9）靜態穩定性試驗[5]；

10）PSS 限幅值檢查；

11）PSS 防反調性能試驗。

3.9 試驗收尾

（1）機組試運行，監視檢查機組推力瓦、上、下及水導瓦溫度正常、機組各油槽油溫正常，記錄各運行溫度及其最大值。

（2）工作全部結束，將機組交回電力系統，并記錄交回系統時間。

4 小結

機組經過檢修，機械設備各部件分解后進行清理更換等處理，重新回裝并進行盤車、間隙調整、盤根重新密封等工作；電氣設備進行測量裝置的拆解檢測試驗、定值校驗、保護校驗以及線路和不合格元器件更換等工作。機組檢修后的啟動試驗至關重要，是一個邏輯性很強的復雜過程，通過對試驗方案合理的設計，能保證啟動試驗的完整性，保證試驗順利進行。驗證機械設備和電氣設備功能符合相關標準、規程、規定的要求；通過與檢修之前相關數據的對比，檢驗檢修的質量效果，同時能夠盡早發現檢修存在的問題，以便及時提出防范對策防止事故發生，為機組投入運行后的可靠性提供保證，保障機組的安全運行。

參考文獻：

[1] 國家能源局．水輪發電機組啟動試驗規程：DL/T 507-2014[S]．

[2] 中華人民共和國水利部．中小型水輪發電機組啟動試驗規程：SL/T 746-2016[S]．

[3] 國家能源局．大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統技術條件：DL/T 583-2018[S]．

[4] 國家市場監督管理總局，中國國家標準化管理委員會．水輪發電機組自動化元件（裝置）及其系統基本技術條件：GB/T 11805-2019[S]．