錦屏水力發(fā)電廠　張冬生　楊　浩　文華宇　李旭明　廖　偉　侯華東

水輪發(fā)電機(jī)組超出力運(yùn)行控制措施分析

錦屏水力發(fā)電廠張冬生楊浩文華宇李旭明廖偉侯華東

本文對(duì)某大型水電站機(jī)組超出力運(yùn)行背景、超出力運(yùn)行功率可行性及超出力運(yùn)行不利因素等做了深入分析，對(duì)水電機(jī)組超出力運(yùn)行控制措施做了詳細(xì)總結(jié)，以期對(duì)其他水電廠有所幫助。

水電機(jī)組；超出力；措施；分析

1.大型水電機(jī)組超出力運(yùn)行背景分析

近幾年四川電網(wǎng)負(fù)荷缺口逐漸加大，某大型水電站發(fā)電量也在持續(xù)增加，超出力運(yùn)行時(shí)有發(fā)生。系統(tǒng)發(fā)生事故短時(shí)間難以恢復(fù)（雪災(zāi)和地震類(lèi)型事故），需要某大型水電站緊急彌補(bǔ)系統(tǒng)有功不足，有可能被要求長(zhǎng)期超出力運(yùn)行。若系統(tǒng)負(fù)荷需要，調(diào)度要求機(jī)組超額定出力運(yùn)行，運(yùn)行人員應(yīng)采取積極有效的控制措施，保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.大型水電機(jī)組超出力運(yùn)行可行性分析

2.1超出力運(yùn)行機(jī)組的功率可行性分析

（1）假設(shè)某大型水電站機(jī)組額定出力為550MW，超出力運(yùn)行后機(jī)組有功最高為575MW。目前發(fā)電機(jī)超575MW運(yùn)行有兩個(gè)方面證據(jù)：技術(shù)規(guī)范規(guī)定，超出力1.05倍（550MW×1.05=577.5MW＞575MW）可長(zhǎng)期運(yùn)行；電廠做過(guò)單機(jī)出力575MW論證試驗(yàn)并進(jìn)行了發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)改造工作，并給公司提交了相關(guān)報(bào)告。

（2）但是目前發(fā)電機(jī)沒(méi)有經(jīng)過(guò)超575MW長(zhǎng)期運(yùn)行的考驗(yàn)，因?yàn)檫@不僅僅是發(fā)電機(jī)有功P＞=575MW運(yùn)行的問(wèn)題，發(fā)電機(jī)有功在運(yùn)行時(shí)的極限受到多方面的限制，比如發(fā)電機(jī)無(wú)功進(jìn)相深度、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓大小、發(fā)電機(jī)絕緣狀況、散熱系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)水平等等，原則上單機(jī)出力不宜長(zhǎng)時(shí)間超575MW運(yùn)行。

2.2超出力運(yùn)行機(jī)組的控制技術(shù)可行性分析

（1）發(fā)電機(jī)組在任何狀態(tài)下運(yùn)行，溫度控制是關(guān)鍵，發(fā)電機(jī)的熱控制不在乎有發(fā)熱和散熱兩方面，發(fā)熱方面降低負(fù)荷運(yùn)行是最主要手段，既然超出力運(yùn)行，發(fā)熱方面的控制力度顯然顯得力不從心，散熱方面風(fēng)循環(huán)不可改變也不可控制，所以在超出力運(yùn)行狀態(tài)下關(guān)鍵是保障冷卻水系統(tǒng)和各部油槽油位的運(yùn)行可靠性，保障發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子溫度、三大軸承瓦溫度和油槽溫度在正常運(yùn)行范圍之內(nèi)，有效的帶走發(fā)電機(jī)的發(fā)熱量。

（2）機(jī)組冷卻系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析。機(jī)組冷卻水系統(tǒng)從設(shè)計(jì)上已經(jīng)能很好的滿足供水可靠性的需要，加上技術(shù)供水系統(tǒng)PLC系統(tǒng)和軟啟動(dòng)控制器已經(jīng)改造，并引入遠(yuǎn)方監(jiān)控控制水泵啟停和自動(dòng)輪換運(yùn)行機(jī)制，所有管網(wǎng)和閥門(mén)也幾乎沒(méi)有出現(xiàn)破裂，漏水等情況，所以機(jī)組冷卻水系統(tǒng)控制運(yùn)行水平十分可靠。目前機(jī)組水系統(tǒng)較易出現(xiàn)的兩個(gè)問(wèn)題是軸封漏水和軟啟動(dòng)控制器溫度高。軸封漏水一般巡檢容易發(fā)現(xiàn)，且該故障是緩慢發(fā)展的機(jī)械性故障，需要時(shí)間較長(zhǎng)才可能形成失控狀態(tài)，軸封漏水本身并不可怕，擔(dān)心的是由于軸封漏水（特別是刺水）噴到電機(jī)上引起電機(jī)絕緣損壞甚至燒毀等問(wèn)題，造成水泵電機(jī)不可用，直接降低水系統(tǒng)可靠性，所以必須加強(qiáng)設(shè)備巡視。軟啟動(dòng)控制器溫度問(wèn)題，影響不是很大，不但有除濕機(jī)還有盤(pán)柜風(fēng)扇，能很好的控制軟啟動(dòng)控制器溫度，如遇到除濕機(jī)故障應(yīng)盡快投入泵房軸流風(fēng)機(jī)。

（3）各部軸承油位是保障發(fā)電機(jī)機(jī)械熱量被冷卻水帶走的第一載體，如果油位不足或者進(jìn)水，油質(zhì)變壞等都將直接導(dǎo)致冷卻效率的大大下降，所以必須實(shí)時(shí)監(jiān)視各部軸承油位，如發(fā)現(xiàn)油位高、油位低、油混水等監(jiān)控信號(hào)出現(xiàn)必須立即引起重視，到現(xiàn)場(chǎng)檢查核實(shí)，防止油位過(guò)低或者油進(jìn)水等不利于發(fā)電機(jī)機(jī)械熱量散熱的環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題。

3.大型水電機(jī)組超出力運(yùn)行不利因素分析

（1）發(fā)電機(jī)無(wú)功進(jìn)相深度越深，發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱將越嚴(yán)重，從實(shí)際運(yùn)行角度而言，目前正是大發(fā)電期間，系統(tǒng)電壓運(yùn)行在較高水平，機(jī)組進(jìn)相的可能性不大或者說(shuō)不會(huì)很深，這一因素不會(huì)成為目前時(shí)間段發(fā)電機(jī)超575MW運(yùn)行的主要障礙。

（2）機(jī)組無(wú)功進(jìn)行深度大或者機(jī)端電壓低運(yùn)行（如枯水期或系統(tǒng)電壓低水平運(yùn)行等），長(zhǎng)期超出力運(yùn)行（這兒不能僅僅局限在超有功方面，還應(yīng)考慮視在功率），在大無(wú)功電流或者低電壓大電流模式運(yùn)行下，發(fā)電機(jī)發(fā)熱勢(shì)必更加嚴(yán)重。

（3）長(zhǎng)時(shí)間超出力運(yùn)行，對(duì)機(jī)組的電氣和機(jī)械壽命當(dāng)然是有影響的，機(jī)組的狀態(tài)控制增加了一定難度，500KV線路故障跳閘后安穩(wěn)裝置動(dòng)作切機(jī)（因超出力運(yùn)行可能會(huì)多切我廠機(jī)組或負(fù)荷）給安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定影響。

4.大型水電機(jī)組超出力運(yùn)行控制措施

為保障機(jī)組在超出力期間，機(jī)組各部溫度控制在正常運(yùn)行范圍之內(nèi)，重點(diǎn)是水（技術(shù)冷卻水）和油（各部軸承油位），必須做好以下工作。

（1）值班人員應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備巡檢。重點(diǎn)是是發(fā)電機(jī)空冷器、技術(shù)供水控制盤(pán)柜、各水泵電機(jī)、軸封漏水情況和泵房除濕機(jī)的工作狀態(tài)。多觀察超出力狀態(tài)下空冷器結(jié)露情況和空冷器冷卻水管路是否有破漏情況，手摸水泵電機(jī)溫度是否正常，檢查軸封漏水是否正常，軟啟動(dòng)控制器風(fēng)扇運(yùn)行是否正常，各部冷卻水壓和流量是否正常，三大油槽油位是否正常，發(fā)電機(jī)出口離相封閉母線溫度，發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)溫度等。巡檢時(shí)，帶上溫度檢測(cè)儀并做好溫度運(yùn)行記錄，加強(qiáng)對(duì)主變各相中性點(diǎn)接頭溫度、發(fā)電機(jī)出口母線溫度的監(jiān)測(cè)。

（2）監(jiān)盤(pán)人員加強(qiáng)各部溫度畫(huà)面的監(jiān)視。監(jiān)盤(pán)人員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子電壓、電流，空冷器溫度，轉(zhuǎn)子與定子溫度（包括線圈、鐵芯與齒壓板），機(jī)組上導(dǎo)/下導(dǎo)/水導(dǎo)/推力瓦溫度以及機(jī)組各部振動(dòng)/擺度在規(guī)定范圍內(nèi)。重點(diǎn)是空冷器溫度，各部發(fā)電機(jī)軸承瓦溫度和油溫度，如發(fā)現(xiàn)曲線異常或者局部幾點(diǎn)溫度上升趨勢(shì)明顯，應(yīng)立即報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)值長(zhǎng)，派人到現(xiàn)場(chǎng)檢查處理。發(fā)電機(jī)定子線圈溫升不得大于75℃，且運(yùn)行最高溫度不得超過(guò)115℃（環(huán)境參考溫度為40℃）；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈溫升不得大于85℃，且運(yùn)行最高溫度不得超過(guò)125℃；發(fā)電機(jī)的熱風(fēng)溫度最高不得超過(guò)70℃；冷風(fēng)溫度不得高于40℃，也不得低于5℃。

（3）關(guān)注發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)、主變運(yùn)行、線路潮流變化等等。當(dāng)發(fā)電機(jī)超出力運(yùn)行時(shí)，在額定電壓情況下，勢(shì)必是電流超額定值的直接結(jié)果，這時(shí)候發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)和主變的溫升應(yīng)重點(diǎn)特別關(guān)注，同樣關(guān)注的重點(diǎn)仍然是相關(guān)的冷卻系統(tǒng)。所以必須保證發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)冷卻水壓力和流量、冷卻風(fēng)機(jī)及主變冷卻水、冷卻油泵的正常運(yùn)行，輸送功率的增加，線路穩(wěn)定性稍微下降，系統(tǒng)電壓盡量靠上限運(yùn)行。

（4）還應(yīng)關(guān)注各相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要是調(diào)速器系統(tǒng)、壓油裝置和高壓氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行顯得很重要。機(jī)組在超出力運(yùn)行狀態(tài)下，應(yīng)盡量將調(diào)速器導(dǎo)葉開(kāi)限逼近導(dǎo)葉實(shí)際開(kāi)度設(shè)置，防止調(diào)速器失控或一次調(diào)頻動(dòng)作使機(jī)組超過(guò)575MW。

（5）廠用電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系到上面所以相關(guān)設(shè)備的正常動(dòng)力電源和控制電源的來(lái)源，所以應(yīng)加強(qiáng)廠用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠，合理分配廠用負(fù)荷。因?yàn)槌隽\(yùn)行，系統(tǒng)可能系統(tǒng)處于高電壓運(yùn)行水平，所以應(yīng)密切關(guān)注廠用電壓水平。

（6）在系統(tǒng)高峰時(shí)段或系統(tǒng)事故情況下，機(jī)組有功負(fù)荷可以按575MW運(yùn)行，此時(shí)機(jī)組功率因數(shù)不得低于0.98（對(duì)應(yīng)的機(jī)組無(wú)功運(yùn)行范圍為-38.6～116MVar）。

（7）發(fā)電機(jī)所有空冷器必須全部投入運(yùn)行。GCB冷卻系統(tǒng)必須投入運(yùn)行，如果空氣冷卻系統(tǒng)全停，GCB在額定電流21.6kA運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)30分鐘，在30分鐘內(nèi)必須將電流降至13.5kA以下。運(yùn)行人員應(yīng)做好超出力運(yùn)行時(shí)的事故預(yù)想，如：發(fā)變組技術(shù)供水運(yùn)行中中斷、發(fā)變組各部溫度過(guò)高、機(jī)組故障跳閘后過(guò)速防范和控制、500KV線路故障跳閘后安穩(wěn)裝置動(dòng)作切機(jī)（因超出力運(yùn)行可能會(huì)多切我廠機(jī)組或負(fù)荷）等。

5.結(jié)語(yǔ)

各水電廠對(duì)水輪機(jī)組超額定出力運(yùn)行的問(wèn)題必須予以足夠的重視，必要時(shí)經(jīng)過(guò)相關(guān)的論證才可考慮機(jī)組超出力多少、是否可以超出力運(yùn)行等，對(duì)于已經(jīng)在超出力運(yùn)行的水輪機(jī)組，必須制定嚴(yán)格的控制措施，以確保超出力運(yùn)行水電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

張冬生（1984—），男，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于錦屏水力發(fā)電廠，從事運(yùn)行管理工作。

楊浩（1984—），男，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于錦屏水力發(fā)電廠，從事運(yùn)行管理工作。

［1］劉遠(yuǎn)雄.青溪水電站#2機(jī)組超出力發(fā)電可行性分析［J］.華電技術(shù)，28.