唐志強

(中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，昆明 650032)

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小型水電機組啟動試運行試驗簡述

唐志強

(中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，昆明 650032)

本文以惠州抽水蓄能電站附屬馬尿寨小型水電機組為例，主要介紹小型水電機組啟動試運行試驗，為以后類似小型水電機組啟動試運行提供參考。

小型水電機組；啟動試運行；試驗

1 概述

馬尿寨小型水電站為惠州抽水蓄能電站附屬工程。電站水電機組相關信息如下:水輪機型號:ZDJP502-LJ-60，直徑60 cm。水輪機為軸流定槳式，金屬蝸殼，與發(fā)電機法蘭連接。在額定水頭11.2 m時，額定出力不小于178 kW。發(fā)電機型號:SF160-8/740，額定功率:160 kW；額定電壓:400 V；額定電流:289 A；額定頻率:50 Hz；額定功率因數:0.8；額定轉速:750 r/min；相數:3相；絕緣等級:F級。

2 壓力鋼管及技術供水系統充水試驗

2011年5月16日，壓力鋼管首次充水，打開檢修旁通閥，對引水壓力鋼管充水，蝶閥以及連接部件無漏水現象。依次打開檢修閥、旁通閥、蝶閥，蝶閥連接部位、頂蓋及主軸密封無漏水現象。旁通閥打開時間14 S，關閉時間14 S；蝶閥打開時間30 S，關閉時間30 S，符合要求。開啟技術供水增壓泵，對主軸密封和推力軸承冷卻系統管路進行充水。技術供水進水壓力約0.10 MPa，增壓泵出口壓力0.305 MPa，減壓閥出口壓力0.20 MPa，技術供水系統的供水壓力按照設計要求調整為0.20 MPa。

3 機組啟動和空轉試驗

3.1 機組首次啟動至空轉試驗

5月17日，首次啟機至空轉，打開調速器液壓閥，轉速升到35%，發(fā)現發(fā)電機碳刷有異常響聲，立即停機并處理異常。次日啟機，機組轉速逐漸升到50%，碳刷異常響聲消失，穩(wěn)定約10 min后，水導部位大軸的擺度為0.03 mm。轉速升到75%，水導部位大軸的擺度為0.05 mm，持續(xù)10 min后停機。至此，機組首次啟機至空轉成功。

3.2 額定轉速下溫升試驗

5月19日15∶00啟機至額定轉速，進行溫升試驗，密切監(jiān)視推力瓦、主軸密封的溫度及水導、頂蓋振動擺度。額定轉速下推力瓦及主軸密封溫升試驗數據如表1所示，推力瓦溫升曲線如圖1所示，額定轉速下轉速機組振動擺度監(jiān)測數據如表2所示。17∶40機組升到額定轉速的140%，檢測機組過速停機、關導葉和進水閥，并檢測下導、水導的振動。

表1 額定轉速下推力瓦及主軸密封溫升試驗數據(時間:2011-05-19)Tab.1 The thrust tile and the spindle seal temperature rise test data under rated speed (time: May 19, 2011)

圖1 推力瓦溫升曲線圖Fig.1 Thrust tile temperature rise curve

表2 額定轉速下轉速機組振動擺度監(jiān)測數據Tab.2 The speed unit vibration swing monitoring data under rated speed

3.3 115% 過速試驗

5月19日14:00在額定轉速下運行75 min后推力瓦溫度穩(wěn)定。繼續(xù)運行到17∶30完成額定轉速下溫升試驗后，進行過速試驗，檢測115%過速報警信號，信號動作正確。推力瓦及主軸密封溫度如表3所示，水導振動擺度、發(fā)電機本體及下機架的振動如表4所示。

表3 115%過速時溫度監(jiān)測數據Tab.3 115% over-speed temperature monitoring data

表4 振動擺度監(jiān)測Tab.4 Vibration swing monitoring

3.4 140%過速試驗

5月19日17∶40機組升到額定轉速的140%，繼續(xù)對機組進行140%過速試驗，檢測機組過速停機、關導葉和進水閥，并在140%過速時監(jiān)測發(fā)電機基座的振動如表5所示。140%過速動作于停機。

表5 溫度監(jiān)測數據Tab.5 Temperature monitoring data

3.5 短路試驗

5月20日上午，啟機前對發(fā)電機定子、轉子進行絕緣測試，滿足絕緣要求。在發(fā)電機出口斷路器側設置三相短路板，勵磁變電源改為系統供電，勵磁系統的PT采樣電壓改為系統電壓。手動啟機到額定轉速，導葉開度42%，勵磁工作于B通道電流調節(jié)模式，由手動增/減勵磁，對發(fā)電機進行短路試驗，升流到120%額定電流后，再返回。短路試驗完成后，修改保護過流1段定值，改為30%Ie=86A，發(fā)電機電流升流到86A時保護動作于停機，關導葉、進水閥。

3.5.1 發(fā)電機短路特性試驗

發(fā)電機短路特性試驗數據如表6所示，發(fā)電機短路特性曲線如圖2所示，發(fā)電機短路試驗振動、擺度監(jiān)測值如表7所示。

表6 發(fā)電機短路特性試驗數據Tab.6 Generator short-circuit characteristic test data

圖2 發(fā)電機短路特性曲線圖Fig.2 Generator short circuit characteristic curve

表7 發(fā)電機短路試驗振動、擺度監(jiān)測值Tab.7 Generator short-circuit test vibration, swing monitoring value

3.5.2 發(fā)電機短路試驗電流回路檢查

發(fā)電機短路試驗二次側電流測試值如表8所示。

表8 發(fā)電機短路試驗二次側電流測試值Tab.8 Generator short-circuit test secondary side current test value

注: CT變比 400/5 Ie=289A (Ie發(fā)電機額定電流)

3.6 發(fā)電機空載特性試驗

5月23日下午15∶35發(fā)電機啟動前對發(fā)電機定子、轉子進行絕緣測試。測試結果滿足絕緣要求。啟機到額定轉速，導葉開度42%，勵磁工作于B通道電流調節(jié)模式，由手動增/減勵磁，對發(fā)電機進行升壓試驗，升壓到120%額定電壓，再返回。(因為勵磁調節(jié)器最小只能調節(jié)到20%的額定電壓，低于20%額定電壓無法試驗)?？蛰d試驗完成后，通過監(jiān)控自動停機，關導葉、進水閥。空載試驗推力瓦溫升為39.2 ℃。

3.6.1 發(fā)電機空載特性試驗

發(fā)電機空載特性試驗數據如表9所示，發(fā)電機空載特性試驗曲線如圖3所示。

表9 發(fā)電機空載特性試驗數據Tab.9 Generator no-load characteristics test data

圖3 發(fā)電機空載特性試驗曲線圖Fig.3 Generator no-load characteristics test curve

3.6.2發(fā)電機空載特性試驗電壓回路檢查

發(fā)電機空載特性試驗二次側電壓回路電壓檢測值如表10所示。

表10 發(fā)電機空載特性試驗二次側電壓回路電壓檢測值Tab.10 Generator no-load characteristic test secondary side voltage circuit voltage detection value

注: PT 變比 380/100=3.8 Ue=400 V

3.7 發(fā)電機空載勵磁系統試驗

勵磁系統設置A/B兩套調節(jié)裝置，A通道為主用，B套為備用，A套為恒壓調試方式，B套為主恒流調試方式，A套有故障時，自動切換到B套。第一，過電壓限制。調整發(fā)電機電壓到480 V時，保護動作，限制電壓繼續(xù)升高。第二，A通道軟起勵。起勵時間設定1 S(外部直流電12 V通入轉子繞組的時間)，自動起勵到發(fā)電機電壓為400 V時停止，勵磁電流為73 A，勵磁電壓為17.3 V。第三，A通道電網跟蹤。發(fā)電機電壓自動跟蹤電網電壓，工作正常。第四，通道切換試驗。A通道切換B通道，B通道切換A通道，工作正常，電壓無波動。第五，B通道0起升壓試驗。發(fā)電機電壓可以從20%Ue手動升壓到120%Ue，工作正常。

3.8 調速器試驗

參數設置:P=2.0 ，I=0.20，D=0.50，E=0.4%，bp=3.0%。放大倍數15；正向補償限幅: 20.00，反向補償限幅: 20.00；油泵啟動油壓14 MP，油泵停止油壓16 MP；導葉打開時間21 S，導葉關閉時間7.7 S。調速器空載擾動試驗±2%，±4%，調速器工作平穩(wěn)。

4 機組并網、甩負荷試驗

4.1 手動/自動、開/停機及并網試驗

5月24日上位機分步依次開機到空轉、空載、并網，啟機成功。并網30 min，手動分步停機，分別操作跳發(fā)電機斷路器、跳勵磁開關、關調速器、關進水閥、關冷卻水，停機成功。

4.2 50% 甩負荷試驗

5月24日17∶10啟機并網，帶50%負荷，P=80 KW， Q=14.4KRVA，導葉開度61.4%，機組運行穩(wěn)定后，按緊急停機按鈕，甩50%負荷，發(fā)電機轉速上升到833 rpm，為額定轉速1.15倍。發(fā)電機50%負荷試驗時振動、擺度監(jiān)測值如表11所示。

表11 發(fā)電機50%負荷試驗時振動、擺度監(jiān)測值Tab.11 50% load test of generator vibration, swing monitoring value

4.3 發(fā)電機負載勵磁系統試驗

5月24日17:10啟機并網，帶50%負荷，P=80 KW， Q=14.4KRVA ，導葉開度61.4%。

第一，通道切換試驗。A通道切換B通道，B通道切換A通道，工作正常，電壓無波動。第二，過流限制。5月25日9∶15開機，自動開機并網，帶100%負荷，P=160.2 KW，Q=114.4 KRVA，COSφ=0.815，導葉開度61.4%。第三，UL=29.66 V ，IL=143.5 A。額定負荷下，勵磁電流為145 A，過勵磁整定為1.1倍，160 A過勵保護動作正常。

4.4 100% 甩負荷試驗

5月25日9∶15啟機并網，帶100%負荷，P=160.2 KW， Q=114.4 KRVA ，COSφ=0.815，導葉開度88.5%，10∶20機組運行穩(wěn)定后，按緊急停機按鈕，甩100%負荷，發(fā)電機轉速上升到1 075 rpm，為額定轉速的1.43倍。140%過速動作，機組停機，關球閥、導葉、跳勵磁開關，發(fā)電機100%負荷試驗時振動、擺度監(jiān)測值如表12所示。

表12 發(fā)電機100%負荷試驗時振動、擺度監(jiān)測值Tab.12 100% load test of generator vibration, swing monitoring value

4.5 發(fā)電機負荷試驗

5月24日啟機并網，設定有功50%額定負荷，調整負荷調節(jié)參數，使負荷穩(wěn)定在80 KW。設定負荷到80 KW(60 KVAR)→120 KW(90 KVAR)→160 KW(120 KVAR)→120 KW(90 KVAR)→80 KW(60 KVAR)。發(fā)電機負荷調整運行穩(wěn)定。

4.6 發(fā)電機100%負荷溫升試驗

5月25日12∶45啟機，帶160 KW，無功120 KVAR進行溫升試驗，并記錄100%負載下溫升試驗數據如表13、表14所示，繪制溫升曲線如圖4所示。

表13 100%負載下溫升試驗溫度數據Tab.13 Temperature rise test temperature data under 100% load

表14 溫升試驗時振動、擺度監(jiān)測值(發(fā)電機100%負荷3.5 h)Tab.14 The vibration, swing monitoring value under temperature rise test (generator under 100% load for 3.5 hours)

圖4 溫升曲線圖Fig.4 Temperature rise curve chart

推力瓦溫度為測溫電阻測量值，發(fā)電機定子鐵芯、主軸密封溫度采用測溫槍測量。帶100%負荷運行3.5 h，推力瓦溫度穩(wěn)定在52.6 ℃，發(fā)電機定子鐵芯溫度穩(wěn)定在60.6 ℃，主軸密封溫度穩(wěn)定在30.6 ℃。

5 72 h試運行

6月2日14∶00啟機，14∶09帶滿負載，進入72 h試運行。應電廠要求，在進水壓力鋼管上安置超聲波流量計，對機組流量進行實時觀測，為電站的庫容量估算提供計算數據。6月4日8∶25，機組出力P=96 kW，Q=58.4 kVAR，導葉開度=92%，水電機組運行了42 h 25 min，水位下降了約4 m，黑啟動啟機，對小水庫進行補水。6月5日14∶10 機組運行滿72 h。72 h試運行期間機組各部位溫度、振動擺度、流量顯示正常，機組轉速750 r/min，最大流量6 433 m3/h ，最小流量4 568.35 m3/h，平均流量5 020 m3/h。72 h試運行主要數據如表15和表16所示。

表15 72 h試運行主要數據(一)Tab.15 The main data of 72 h trial operation (a)

表16 72 h試運行主要數據(二)Tab.16 The main data of 72 h trial operation (b)

6 結語

馬尿寨小水電機組啟動試運行至今，水電機組一直安全、穩(wěn)定運行，為電網持續(xù)供電。各設備運行工況良好，說明水電機組啟動試運行試驗成功。

Brief introduction to trial operation of small hydropower station

TANG Zhi-qiang

(Electrical and Mechanical Installation Division, China Water Resources and Hydropower Engineering Corporation, Kunming 650032, China)

In this paper, taking the Huizhou Pumped Storage Power Station which is a small hydropower unit attached to Maliaosai as an example. It mainly introduces the trial operation of small hydropower generating units, which can provide reference for the future operation of small hydropower units.

Small hydropower unit; Trial operation; Test

2017-02-24

唐志強(1986-)，男，本科，助理工程師。

TV737

A

1674-8646(2017)08-0048-05