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        海南瓊中抽水蓄能電站機(jī)組發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)

        2019-04-22 08:32:04符彥青孫立群
        水力發(fā)電 2019年1期
        關(guān)鍵詞:電抗負(fù)序溫升

        符彥青,孫立群

        (海南蓄能發(fā)電有限公司,海南???70100)

        0 引 言

        海南瓊中抽水蓄能電站(以下簡(jiǎn)稱海蓄電站)是海南省首座抽水蓄能電站,電站有3臺(tái)單機(jī)容量200 MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組,主要承擔(dān)海南電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動(dòng)等任務(wù)。海蓄電站上庫總庫容925.33萬m3,下庫總庫容843.75萬m3,設(shè)計(jì)水頭308 m。海蓄電站發(fā)電機(jī)(以3號(hào)機(jī)組為例)主要設(shè)計(jì)參數(shù)為:發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸半傘、空冷、同步、可逆式電動(dòng)機(jī),型號(hào)SFD200/220-16/6550;發(fā)電工況額定容量222.22(P.F.=0.9)MV·A;電動(dòng)工況額定輸出功率220(P.F.=0.975)MW;額定電壓13.8kV;額定電流9 297 A(發(fā)電機(jī))、9 581 A(電動(dòng)機(jī));發(fā)電工況額定功率因數(shù)(滯后)為0.9;電動(dòng)工況額定功率因數(shù)(滯后)為0.975;額定頻率50 Hz;額定轉(zhuǎn)速為375 r/min;飛逸轉(zhuǎn)速為544 r/min;額定負(fù)載時(shí)勵(lì)磁電壓(115 ℃)231 V(發(fā)電機(jī))、211 V(電動(dòng)機(jī));額定負(fù)載時(shí)勵(lì)磁電流(115 ℃)1 532 A(發(fā)電機(jī))、1 395 A(電動(dòng)機(jī))。

        1 發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)

        發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)是指按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及合同中規(guī)定性能要求確定的實(shí)際運(yùn)行性能,以作為考核、驗(yàn)收機(jī)組是否達(dá)到合同規(guī)定性能的意見,并作為指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行的主要依據(jù)。海蓄電站發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)主要按照GB/T 1029—2005《三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法》、JB/T 8445—1996《三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)序電流承受能力試驗(yàn)方法》、DL/T 1523—2016《同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)導(dǎo)則》、GB/T17189—2007《水力機(jī)械(水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī))振動(dòng)和脈動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》、《瓊中發(fā)電電動(dòng)機(jī)合同技術(shù)規(guī)范》中對(duì)應(yīng)的要求進(jìn)行試驗(yàn)。

        試驗(yàn)內(nèi)容主要包括:發(fā)電機(jī)效率試驗(yàn);發(fā)電電動(dòng)機(jī)參數(shù)試驗(yàn);溫升試驗(yàn);GD2測(cè)量試驗(yàn);短時(shí)過電流試驗(yàn)(定子和轉(zhuǎn)子);調(diào)相能力試驗(yàn);負(fù)序電流承受能力試驗(yàn)。

        表4 3號(hào)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        2 發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)內(nèi)容

        2.1 發(fā)電機(jī)效率試驗(yàn)

        海蓄電站采用量熱法推算電機(jī)的損耗,從而計(jì)算電機(jī)的效率。表1和表2分別是3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)工況效率及電動(dòng)機(jī)工況效率實(shí)測(cè)結(jié)果。

        表1 3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)工況效率實(shí)測(cè)

        發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)合同約定工況點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果與合同保證值對(duì)比如表3所示。由表3可知,各類效率的試驗(yàn)值和合同值偏差較小,表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性較好。總體來看,發(fā)電電動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)結(jié)果滿足合同保證值要求。

        2.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)試驗(yàn)

        2.2.1 交軸同步電抗Xq

        由負(fù)載功角測(cè)定試驗(yàn)法測(cè)定交軸同步電抗Xq,即

        表2 3號(hào)機(jī)組電動(dòng)機(jī)工況效率計(jì)算

        表3 3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)效率保證及試驗(yàn)值對(duì)照 %

        (1)

        式中,U為試驗(yàn)時(shí)定子線電壓;I為試驗(yàn)時(shí)定子線電流;φ為試驗(yàn)時(shí)的功率因數(shù)角;δ為試驗(yàn)時(shí)的功角。

        試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行,在負(fù)荷穩(wěn)定情況下,測(cè)量記錄定電流、電壓、功率因數(shù)、功角,記錄如表4所示,可以求得Xq的不飽和值為0.514 Ω。

        2.2.2 負(fù)序電抗X2

        對(duì)于電壓和電流諧波可以忽略不計(jì)時(shí),由兩相對(duì)中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)測(cè)量負(fù)序電抗X2,即

        (2)

        式中,P為測(cè)量功率;IBC為兩相穩(wěn)態(tài)短路電流。

        按照?qǐng)D1所示進(jìn)行試驗(yàn)接線,使機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行;勵(lì)磁裝置輸出位于最小位置后切勵(lì)磁至手動(dòng),投他勵(lì)電源開關(guān);手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,使短路線與中性點(diǎn)間連接線電流為750~1 100 A若干個(gè)點(diǎn),量取開路相與短路相電壓,短路相與中性點(diǎn)之間的電流,測(cè)量有功功率和無功功率。試驗(yàn)時(shí)間不超過5 min。

        圖1 兩相穩(wěn)態(tài)短路接線示意

        電機(jī)負(fù)序電抗的設(shè)計(jì)值為0.200 9(p.u.),其有名值為0.172 2 Ω。負(fù)序電抗的實(shí)測(cè)值為0.182 7 Ω,其標(biāo)幺值為0.213 1(p.u.),因此測(cè)量的相對(duì)誤差為6.11%。

        2.2.3 零序電抗X0

        采用兩相對(duì)中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)短路測(cè)量零序電抗X0,即

        (3)

        式中,U0為開路相對(duì)中性點(diǎn)間的電壓;I0為短路相線端與中線點(diǎn)連線所通過的電流;P0為對(duì)于零序電壓與電流的功率。

        電機(jī)零序電抗的X0設(shè)計(jì)值為0.098 1(p.u.),其有名值為0.084 1 Ω。負(fù)序電抗的實(shí)測(cè)值為0.095 9 Ω,其標(biāo)幺值為0.111(p.u.),因此測(cè)量的相對(duì)誤差為13.14%。

        2.2.4 數(shù)據(jù)結(jié)論

        參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)測(cè)定交軸同步電抗、負(fù)序電抗和零序電抗共3個(gè)參數(shù),測(cè)量結(jié)果及誤差如表5所示。由表5可知,試驗(yàn)測(cè)量的3個(gè)參數(shù)均具有較高的精確度,相對(duì)誤差均小于15%。

        表5 發(fā)電機(jī)參數(shù)匯總

        2.3 溫升試驗(yàn)

        發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行,各部位溫度在最后1 h內(nèi)溫升不超過2 K,發(fā)電機(jī)各部件已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。表6為3號(hào)發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)電機(jī)各部件的溫升均滿足合同保證值要求。

        表6 3號(hào)發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù) K

        2.4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2測(cè)量

        通過甩小負(fù)荷試驗(yàn)確定機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶20%額定負(fù)荷甩負(fù)荷停機(jī),在加速曲線上對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速處確定轉(zhuǎn)速上升率。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為

        (4)

        式中,ωN為額定角速度;P1為額定有功功率;Δω為角速度變化率。

        3號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2實(shí)測(cè)為5 893 tm2,優(yōu)于合同保證值5 300 tm2。

        2.5 短時(shí)過電流試驗(yàn)

        短時(shí)過電流試驗(yàn)包括定子短時(shí)過流試驗(yàn)和轉(zhuǎn)子短時(shí)過電流試驗(yàn)。定子短時(shí)過電流試驗(yàn)是發(fā)電電動(dòng)機(jī)在熱狀態(tài)下,在規(guī)定的調(diào)壓范圍內(nèi),應(yīng)能承受150%額定電流歷時(shí)2 min不發(fā)生有害變形及線圈銅焊接頭開焊等情況,試驗(yàn)曲線見圖2。轉(zhuǎn)子短時(shí)過電流試驗(yàn)是發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)能承受2倍額定勵(lì)磁電流,持續(xù)時(shí)間不小于50 s,試驗(yàn)曲線見圖3。2個(gè)試驗(yàn)結(jié)束后,分別停機(jī)檢查了定子鐵心繞組和勵(lì)磁繞組,均沒有發(fā)現(xiàn)變形及焊點(diǎn)開焊等情況。

        圖2 3號(hào)發(fā)電機(jī)定子短時(shí)過載1.5倍額定電流試驗(yàn)曲線

        圖3 3號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過載2倍額定勵(lì)磁電流試驗(yàn)曲線

        2.6 調(diào)相能力試驗(yàn)

        由于設(shè)備在線運(yùn)行限制原因,試驗(yàn)沒有達(dá)到本機(jī)組設(shè)計(jì)深度,觸發(fā)限值為機(jī)端電壓達(dá)到電廠設(shè)定的高壓限值(105%UN=14.5 kV)。

        2.7 負(fù)序電流試驗(yàn)

        發(fā)電電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí),如任一電流不超過電流I2且其負(fù)序電流分量I2與額定電流之比(標(biāo)幺值)不超過9%,應(yīng)能長期運(yùn)行。為安全起見,只做穩(wěn)態(tài)負(fù)序電流溫升試驗(yàn),試驗(yàn)采用兩相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)。機(jī)組進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速,分別在5%、7%、9%IN做溫升試驗(yàn),測(cè)量定子、轉(zhuǎn)子各部位溫度,均未超過報(bào)警溫度。

        表8 3號(hào)機(jī)組調(diào)相能力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        3 結(jié) 語

        由于試驗(yàn)條件受到限制,發(fā)電機(jī)參數(shù)試驗(yàn)和進(jìn)相能力試驗(yàn)并未按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)全部開展。從整體看,海南瓊中抽水蓄能電站3號(hào)發(fā)電機(jī)效率為98.10%~98.90%,其他性能指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求,證明該發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)科學(xué)合理。

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