付元初
(中国水利水电建设集团公司,北京 100044)
GB/T18482《可逆式抽水蓄能机组启动试运行规程》修订中的重大问题研究
付元初
(中国水利水电建设集团公司,北京 100044)
对GB/T18482-2001《可逆式抽水蓄能机组启动试验规程》修订的主要内容和重大问题进行分析、介绍,以期在使用中更好地发挥国家标准的指导作用。
可逆式蓄能机组;水泵启动;试验;规范
《可逆式抽水蓄能机组启动试验规程》GB/T18482-2001(以下简称原标准)颁发使用已有10年,该标准是当时国内已建抽水蓄能电站可逆式机组启动试验技术的总结,第一次对具有混流式水泵水轮机的可逆式机组的启动试运行试验作出了统一的规定,对推动前一阶段我国可逆式机组启动试验技术进步起到了积极的作用。经过10年的工程实践,尤其是近几年来一大批进口和国产化的可逆式抽水蓄能机组设备的相继投产,总容量已超过1600万kW,相应的启动试验技术进一步成熟、机组启动方式进一步合理、交接验收工作也进一步规范。为提高国家新技术发展水平,进一步对可逆式机组复杂的启动试验过程加以条理化、规范化,达到节能增效,缩短启动调试时间,加快工程进度,保证启动试验和考核验收质量的目的,根据我国抽水蓄能电站建设发展现状,按照国家标准化主管部门的要求,对原标准进行修订。
(1)本次修订,将标准的名称改为《可逆式抽水蓄能机组启动试运行规程》,以“启动试运行”代替“启动试验”,避免将启动试验全过程与仅仅是“机组启动的试验”相混淆。前者称为“启动试运行”,后者称为“启动试验”。如:“水泵工况启动试验”、“水轮机工况启动试验”,将有别于机组“启动试运行”。
(2)修改了标准的适用范围,将适用单机容量由15MW改为150MW,并重申新标准适用于具有混流式水泵水轮机的可逆式抽水蓄能机组的启动试运行。自上世纪八十年代潘家口蓄能电站(3台单机容量为90MW可逆式机组)投产以后,我国蓄能电站机组的单机容量均选择在150MW及以上,规划中的浙江仙居电站单机容量为375MW。且除西藏羊卓雍湖蓄能电站(机组为三机串联式,即自上而下按发电电动机-水斗式水轮机-蓄能抽水泵布置)个例外,蓄能机组的型式全部采用具有混流式水泵水轮机的可逆式抽水蓄能机型,今后一段时间将不会有所改变。所以,该机型为我国当前和今后抽水蓄能机组普遍采用的结构型式,具有完全的代表性。但也规定其它型式的抽水蓄能机组可参照执行。
(3)补充了可逆式机组在水轮机工况下的试验内容,即增加了“水轮机工况启动及空载试验”、“水轮机工况并列及负荷试验”两章,尽量突出可逆式水泵水轮机不同于常规机组的试验调试和试运行特点,在水轮机工况下的试验应有区别于DL/T507《水轮发电机组启动试验规程》对常规机组的规定(如:机组动平衡、同期并网、甩负荷等),解决了与DL/T507的关系问题。使新标准不但具有统一性,也同时具有完整性。
(4)规范了部分术语的称谓和定义内容,如:设备分部调试、机组启动试运行、进出水口闸门、进出水主阀、强迫换流、自然换流、变频器脉冲运行、背靠背启动、零流量工况等。
(5)推荐了不同上、下水库蓄水条件下,首台机组首次启动方式的选择原则,避免具体工程中过多地论证机组启动方式的重复工作。
(6)归纳了机组及相关设备“分部调试”的项目内容,细化了启动试运行前的检查。
(7)删去国内大型蓄能机组已不采用的水泵工况“异步启动”、“同轴辅助电动机启动”的内容;对于“半同步启动”方式,理论上可以成立,但在工程上无应用事例,实践上不可能采用,故也不作规定。经过本次规范,也可避免出现所谓“电气启动”“机械启动”的不确切概念。
(8)增加了“机组流道充水试验”、“电站受电”二章内容,充分突出蓄能电站机组首次启动前的准备工作要求;
(9)将“水泵工况启动试验”和“水泵工况调相试验”分开规定,即“调相试验”作为单独的电气试验列出,避免将“压水”和“调相”混为一谈。
(10)部分吸收了进口机组设备启动试验的相关技术要求并加强了对可逆式机组国产化技术要求的规定。
(11)将最终检验可逆式蓄能机组制造、安装综合质量的考核试运行时间从30d修改为15d,并对考核试运行中的“中断”和“启动不成功”的规定作了适当修正,便于界定。
本标准的重点是:对混流可逆式机组在水泵工况下的启动试运行试验和在水轮机工况下的试验特点进行规定。针对我国抽水蓄能电站建设的工程现状,取消原标准推荐的按水轮机方式启动作为电站首台机组首次启动方式的规定,改为按“以水泵工况方式启动”作为电站首台机组首次启动的推荐方式,并以此进行试验程序的编排。
作为工程标准,是工程实践成熟经验的总结,必须具备可操作性。本标准按照基础理论正确、技术规定合理、试验程序严谨的原则编写,将水泵水轮机、发电电动机、电站相关机电设备作为一个整体来考虑,方便工程使用者操作执行,达到缩短启动调试时间,加快工程进度,节能增效,保证启动试验和考核验收质量的目的。在国际上,不论是国际标准化(或国际企业)组织,还是名牌制造厂家,决无有将水电机组和电站相关机电设备启动试验一并考虑的完整技术规范。
合理选择抽水蓄能电站首台机组首次启动方式对节省工程建设投资、优化施工工期起到十分重要的技术经济作用,这已是业内人士的共识。多年来建设、设计等有关方面针对每个电站具体条件均作了大量的分析决策工作,取得了成功。有关的论文介绍也为数众多。新标准根据我国已建和在建抽水蓄能电站的实际情况,总结首台机组首次启动方式选择的成功经验,增加了“机组启动方式选择”一章,规范了蓄能电站首台机组首次启动方式选择的原则。目的在于将这个一贯被称为“综合性的技术经济分析课题”之论证简单化,更满足工程实际和工程进度的需要。
首台机组投产以后,上述问题均不存在。后续机组的试运行一般均先按照水轮机工况方式启动,不存在启动方式的选择的问题。
新标准按以下三种情况规定与推荐:
(1)上水库无天然径流或未充(蓄)水的电站,宜选择水泵工况方式启动。在完成SFC启动试验和水泵调相试验后,可进行水泵抽水试验向上水库充水。
上水库无天然径流或未充(蓄)水的电站,或上库蓄水量有限时,通常下库已蓄水(或有已经建成的水库),在选择以水泵工况方式启动时需考虑如下问题:
1)机组选择首次以水泵工况方式启动,按先进行SFC启动试验和水泵调相试验再进行水泵抽水试验的程序进行。SFC启动试验和水泵调相试验在无水中进行,试验过程与水力系统无关。水泵抽水试验时,应按照水泵异常低扬程的要求来确定上水库初期最低蓄水位。机组模型试验表明,该水位一般均低于采用水轮机工况起动时所要求的上水库水位,故在上水库以及输水系统施工工期相同的情况下,采用水泵工况方式起动的机组其调试时间可以提前,从而有可能缩短整个工程的工期。
2)为了尽可能使首次水泵抽水试验时的启动扬程高于机组的异常低扬程,要求下水库尽量运行在较低水位。
3)首次以水泵工况方式起动作抽水试验时,由于水泵特性的原因,机组在抽水工况下必须运行在满负荷的状态,因此输水系统流道内水流速较大,对输水系统以及上水库进出水口等水工建筑物冲刷的考验较大。由于此时上水库还处于初次蓄水状态,对水位的升降速率有着明确的要求,因此在进行初期水泵抽水试验时,应根据上库水位上升速率的规定来确定抽水的运行时间。
4)首次抽水试验时,由于水泵的扬程往往低于水泵水轮机的最小扬程或接近水泵工况异常低扬程,机组振动、压力脉动、泵入力、轴承温升等稳定性指标应引起重视,应要求制造厂对这一阶段水泵异常低扬程工况下机组的稳定性做出论证,并同意在异常低扬程下进行抽水。试验时,应注意导叶在小开度范围区的压力脉动和空化特性是否满足要求。
通常,电站设计部门对机组能否在异常低扬程的情况下以水泵工况向上水库充水的试验过程十分关注,在机组招标的技术规范中均明确要求在模型试验中进行异常低扬程试验。并在水力过渡过程的计算中充分考虑机组异常低扬程进行抽水时突然断电对机组及输水系统结构安全的影响等问题,提出在该工况下的推荐导叶开度控制范围,将机组振动,空化,压力脉动等尽量控制在保证值以内,确保机组试验安全。根据国内已建和在建抽水蓄能电站机组水泵工况异常低扬程模型试验成果统计,允许的异常低扬程一般为最低扬程的0.78~0.97之间。
5)异常低扬程下抽水试验成功后,在满足上水库水位上升速率及下水库水位下降速率的前提下,应尽可能进行连续抽水,使电站扬程尽快进入机组正常运行范围,以改善机组试验的运行工况。
6)对绝大多数上水库无天然来水或初期上库蓄水量不足的蓄能电站,采用首台机组水泵工况首次起动,可以优化工期,节省蓄水费用,具有一定的经济效益。
(2)上水库已蓄水,但下水库未完全充(蓄)水或蓄水量不足的电站,宜选择水轮机工况方式启动。
该条件下,首台机组首次以水轮机工况方式启动时,需要考虑如下问题:
1)校核上库水量,确定该水量能完成的水轮机工况试验的项目。即首台机组完成一定的水轮机工况试验所必须的最少需水量。上水库水位应在考虑机组调试阶段的安全,在防止运行中吸气进入引水道的基础上,再加上满足水轮机工况部分试验所需水量来确定上水库初期水位。因此,采用水轮机工况方式启动要求上水库以及输水系统施工尽早完成,提前利用外加充水系统或天然地表径流向上库进行初期充蓄水,以满足水轮机工况启动试验水位的要求。水轮机工况首次启动和进行部分试验完成后,上水库的水位不宜低于死水位。此时即可进行水泵工况方式启动和水泵抽水试验。
2)为尽量避免首次启动时,水头偏离正常运行水头范围较多而可能出现机组低水头空载不稳定的现象,要求下水库尽量运行在较低水位。但应满足机组吸出高度要求。
3)首次水轮机工况启动时的用水速率不应超过上水库初期蓄水水位条件下的放水速率和下水库初期蓄水水位上升速率的设计规定。
4)机组水轮机工况低水头空载运行不稳定一般是由于水泵水轮机具有的水力特殊性所引起的。当由于上库蓄水位偏低导致机组在空载运行时水头处于最小水头以下时,对于“S”特性比较明显的水泵水轮机,易进入反水泵区,或者机组转速在额定转速附近波动使并网操作困难。应协商厂家对水泵水轮机运行在实际较低水头范围内的空载稳定性做出论证,以便采取相应措施。同时应尽量安排机组并网操作在较高上水库水位下进行,即在水泵抽水试验后进行。
(3)上水库及下水库均已蓄水,上水库有天然径流或上水库蓄水水量和电站水头能满足进行水轮机工况下大部分或全部试验项目,则应优先选择水轮机工况方式启动。
机组首次以水轮机工况方式启动对机组启动试运行总体工作的顺利进行是有利的。但应该考虑水轮机工况试验后的电站扬程必须满足机组抽水试验的要求,若不是为了进行专门的试验考核,应尽量避免机组在异常低扬程下进行抽水试验。
(4)机组启动试验过程中,水泵工况和水轮机工况的各项试验可交替进行,交替的周期和交替的试验项目可根据电站上水库和下水库的水位变化并结合水工建筑物初期运行的要求来确定。机组抽水和发电试验与水库初次充水相结合是经济有效的方法,是我国抽水蓄能电站机组启动试运行试验的基本经验,也是与常规电站机组启动试验最大的区别之一。
总之,经过近几年来多座抽水蓄能电站机组启动试运行试验及其经验总结,首台机组首次以水泵工况启动,在技术上是成熟的,更是经济的,已有多个成功的实例。新标准加强了对“以水泵工况方式启动”作为电站首台机组首次启动方式的推荐,并按此进行标准中试验程序的编写。
若机组首次以水泵方式启动,系统电源需提前倒送至电站,电站主要电气一次设备需不经升流、升压而直接受电,这与常规机组明显不同,对电气一次设备安装质量与继电保护调试提出了更高的要求。本标准修订后,以机组首次以水泵工况方式启动为试验程序的编排原则,增加“电站受电”一章,对电站主要一次、监控设备的受电程序作出一般要求。
有意见认为:首机首次不管是采用水泵工况方式启动,还是采用水轮机工况方式启动均应先完成电站受电试验(习惯称系统倒送电试验)。
主要理由是:
1)对于上库来水量不足的电站,上库虽然有部分蓄水,通常不能满足水轮机工况首次空载试验所必需的总用水量,而需由水泵抽水工况向上库充水,补足蓄水量。因此,从工程施工进度安排及机组启动试验程序安排来衡量,电站先完成受电试验(系统到送电)是比较合理的。
2)首机首次不管采用哪一种启动方式,系统先倒送电可为电站多提供一路可靠的厂用电电源。
3)如机组首次采用水轮机工况方式启动,则空载升流、升压试验可利用系统倒送电提供可靠的励磁变电源。即主变压器已投入运行,励磁电源从主变压器低压侧获得供电,电源容量也能满足发电电动机三相短路试验和空载特性试验的要求。
若机组首次采用水泵工况方式启动,励磁必须采用他励方式,励磁变压器也是从主变压器低压侧获得供电。
另有意见认为:为实现水泵工况首次起动,变频起动装置必须提前完成调试,为此电站高压配电装置与主变压器须提前全压受电,由于不能用发电机升流试验的方法来检查继电保护,继电保护特别是差动保护需另制定检查和试验方案。故有条件的抽水蓄能电站,还是建议先采用水轮机工况方式启动,经发电电动机对主变压器及高压配电装置短路升流、零起升压试验和发电电动机带线路零起升压试验后,再进行系统向电站的受电试验比较安全可靠。
本标准不作硬性规定。
近几年来,有不少类似文章涉及蓄能电站首机首次水泵工况启动的分析,将机组水泵工况启动描述为一个完全的水力过程。从泵专业理论上讲是可以讨论的,但这个问题在机组的水力设计时早就由制造厂家作了研究,并可在机组作水泵工况抽水试验时加以验证。从工程上看问题,启动试验要解决的是如何将机组在水泵工况方式下,确切地讲是在“电动机工况下”将机组启动起来,并分析、解决电动机启动过程中和并入电网运行中的一系列机械、电气问题,必须具有可操作性。针对上述概念误区,本标准改变了原标准的编排,将“各种启动方式试验”、“水泵工况空载试验”改为“水泵工况启动试验”和“水泵工况调相试验”,他们均为“无水电气试验”。同时,对水泵工况启动方式仅仅规定了“静止变频器启动”和“背靠背同步启动”二种方式;“异步启动”和“与主机同轴的辅助电动机启动”因其很少采用以及静止变频启动技术的成熟而不作规定。
在“水泵工况抽水及停机试验”阶段,本标准方涉及机组启动的水力过程及水泵特性,定义了《零流量工况》,即“导叶关闭、机组在水泵工况额定转速下转轮与导叶间的造压过程”。较详细地规定了从零流量工况至抽水工况过渡过程的检查和试验程序。
标准要求根据电站实际扬程,按照水泵工况协联曲线,设定导叶开度。在从零流量工况过渡到抽水工况时,录取导叶和转轮间的压力变化波形图、输入功率波形图以及下列数值:
—导叶开启时间和开启速度;
—发电电动机输入功率;
—导叶与转轮间压力及压力脉动;
—蜗壳或钢管压力;
—尾水管压力;
—接力器行程;
—泵水流量(有条件时);
—机组上、下机架、顶盖或轴承支架振动及主轴摆度。
根据录取的数据和电站扬程,修正导叶开启规律,优化从零流量工况至抽水工况过渡过程参数。
新标准规定:“模拟水淹厂房事故,检查进出水主阀、尾水事故闸门、上水库进出水口闸门应可靠关闭、逻辑正确,全厂声光报警动作正确,监控系统画面显示正确。”
抽水蓄能电站机组具有较深的淹没深度,有的高达60m以上,水淹厂房的危险不但来自上游引水系统,更大可能会来自下游尾水系统,因此渗漏与检修排水系统必须及早投入运行,必要时还需增设临时排水容量,厂房厂用电系统也应及早投入运行,机组起动调试前,必须有不少于两路的独立电源,提供给排水、照明等系统。
地下厂房均设计有水淹厂房保护,动作时自动关闭电站上库进出水口闸门、进出水主阀与尾水事故闸门。此试验在首台机组启动试运行阶段即应模拟进行,检查进出水主阀、尾水事故闸门、上水库进出水口闸门等这一可封闭的流道系统能否可靠联动关闭、逻辑程序及全厂声光报警动作是否正确。
其它处于挡水状态的上库进出水口闸门与尾水事故闸门的联动试验,在最后一台机组启动试验时进行。
水泵水轮机主轴工作密封和检修密封是否漏水同样会关系到水淹厂房,一旦漏水严重又未及时处理,在0.6MPa以上的尾水压力作用下,将导致厂房快速被淹的严重后果,在启动试运行期间必须高度重视。
抽水蓄能电站一般采用一洞双机(甚至多机)的输水流道布置方式,如广蓄、天荒坪、十三陵、桐柏、泰安、西龙池、黑麋峰等。设计规定:为考验引水输水系统水工结构的安全性能,电站后续机组启动试运行试验中的甩负荷试验往往有双机或(甚至于)三机同时甩负荷的要求。通常可按双机负荷的50%、75%、100%分几次进行。常规电站若采用类似的输水流道布置方式,也有同样的甩负荷试验规定。
但此项试验有相当的风险,虽然原因并不直接由试验方式引起,或是因机组设计、制造安装等原因,往往可能引发机组或其他相关设备的重大事故。故对此项试验是否有必要进行业内有不同意见。经讨论认为:是否进行双机或(甚至于)三机同时甩负荷试验,其主要目的是对电站水工建筑物的考核要求,涉及电站水工建筑物及机组的方方面面,应综合考虑,最终由电站设计部门提出并作好安全措施,方可进行。同时应加强对机组设备设计、制造及安装过程的质量监督,尤其是对机组转动部分的结构设计与制造安装质量的审查和检查。
所以,新标准规定:“机组为非单元引水输水方式布置的电站,同一引水系统中各台机组甩负荷试验和对输水系统的考核应综合考虑,多台机组同时甩负荷试验方式按设计要求进行。”
至于,是否还应进行满负荷下双机运行单机甩负荷试验,或在抽水工况下进行双机甩负荷试验(即断电试验)以及双机运行单机断电试验等,则更应加以充分的论证。前者试验考核不甩负荷机组能否继续保持稳定运行,继电保护是否误动。(由于双机运行单机甩负荷时引水系统水力流向和水压的变化,保持运行的机组会产生有功功率的波动,功率波动量一般为其额定功率的±10%~±20%,波动周期为2-3个);后者验证尾水系统的压力上升是否符合调节保证计算要求。以上均属于特种工况试验,不在本标准规定的交接试验范围内,可由设计提出后经电站建设方商设备制造厂家同意后择时进行。
如前所述,考虑到本标准内容结构的系统性、完整性和统一性,本次修订补充了可逆式机组在水轮机工况下的试验内容,即增加了“水轮机工况启动及空载试验”、“水轮机工况并列及负荷试验”两章。在与DL/T507“水轮发电机组启动试验规程”统一的基础上突出了可逆式抽水蓄能机组的特殊性:机组流道充水试验要求、预开启导水叶操作要求、机组过速试验特点、可逆式机组动平衡试验规定、水轮机工况甩负荷后机组调节方式等。并将电力系统对电站的首次受电、主变、高压厂用变及SFC从电力系统首次受电作为单独一章加以规定。解决了原与DL/T507互为采用的关系问题,也方便使用。
(1)预开启导水叶操作要求。新标准规定:“具有预开启导水叶(非同步导水叶)的水泵水轮机初次启动时,预开启导水叶在不同水头下投入数量、投入切除规律应满足机组空载稳定及并网运行的要求”。机组并网操作时,其预开启导水叶的操作也应按照上述原则的规定,并在试验过程中根据空载水轮机的稳定情况、同期并列特性加以调整。
此条针对一部分混流可逆式水泵水轮机的特殊性问题提出。具有明显“s”特性的水泵水轮机组,在特定的低水头下作水轮机工况空载启动时,机组转速在接近额定转速时出现严重不稳定现象,导致机组同期并网困难。从国内天荒坪蓄能等电站开始,一些电站机组装设了预开启导水叶(即非同步导水叶),解决了该类水轮机空载不稳定问题。但因机组型号、运用水头等的不同,“s”特性的明显程度不一样,所设置的预开启导水叶的数量、预开启规律亦不同,标准对此作出规定,提示操作者注意。
有设计部门认为:“预开启导水叶”不是抽水蓄能机组的特点,而是在空载不稳定情况下,迫不得已而采取的补救措施,标准中不能作为一个“特点”来描述,“避免形成常态,今后反而将其视作一种正常的工程手段”。这个问题还可以讨论,应在水泵水轮机水力设计与模型试验中加以解决,在不得已的情况下不排斥采用相应的工程手段。
(2)机组过速试验。具有明显水泵水轮机“s”特性的机组,过速试验时用常规手动操作无法将机组转速上升至设计规定值的现象,已发生在几个电站的过速试验中。根据现场约定和国外一些厂商的规定:可以不作过速试验,过速保护装置的整定、校验用其他方法进行;对机组转动部分的考验可用甩负荷试验过程中的的升速替代。
对于此规定,各方争论意见分歧较大,本标准目前暂按此采用,在今后执行过程中再总结修正。
个别情况下,也有先在水泵工况下作机组微过速试验的,即利用SFC拖动。由于受SFC容量及性能参数限制,机组过速试验取决于SFC的工作频率范围,过速保护的校验要到水轮机工况进行完成,意义并不大。
(3)可逆式机组动平衡。可逆式机组动平衡应分别在二种转动方向下进行。并同时满足以下要求:
1)机组运行摆度(双幅值)应不大于75%的轴承总间隙或符合机组合同的有关规定。
表1 可逆式抽水蓄能机组各部位振动允许值(双幅值)单位:(mm)
2)额定转速下机组各部位振动值不超过表1的规定。(表1已相对于DL/T507-2002作了修改)
动平衡是否良好对降低主轴摆度、减少机架振动、延长机组寿命起到重要作用,机组转速越高动平衡难度越大。
试验可先在水泵工况转动方向下进行,再在水轮机工况转动方向下校核,必要时可调整配重块的重量或方位,直至机组在水泵和水轮机两种转向工况下,振动和摆度值均符合要求。
(4)水轮机工况甩负荷后机组调节方式.
对于蓄能机组,甩负荷后调速器调节可有二种方式;a)自动调节将机组关至空载;b)直接作用于机组停机。这是蓄能机组的又一特点,直接作用使机组停机对系统几乎无影响,一般采用较多。只有对于经调速器自动调节将机组关至空载的调节系统,机组甩负荷后调节系统的动态品质考核才有意义。
1)机组甩负荷后按设计规定直接作用于停机的调节方式,断路器跳闸联动灭磁,调速器关闭导水叶至零。
2)对于经调速器自动调节将机组关至空载的调节系统,机组甩负荷后调速系统的动态品质仍应按照GB/T8564和DL/T507的规定要求考核,因为该标准易于现场考核操作,且不太多的理论化。
对于抽水蓄能电站,甩负荷后将机组关至空载的调节方式,机组正式投运后应考虑突甩负荷处理事故时段内机组空转对水库水量的消耗,这是十分不经济的。一般宜直接作用机组停机,以节省上库水量。
另外,为检查励磁调节器的调节品质,有条件时可进行机组甩无功负荷试验。广蓄II期在甩+160MVAR无功时,其电压上升率为7%,符合合同和规范要求。桐柏电站甩额定视在功率334MVA时,电压上升率为4%。
本次修订将最终检验可逆式抽水蓄能机组制造、安装综合质量的30d试运行定名为“考核试运行”,以区别于“可靠性运行”(需要提出可靠性指标,与试运行属不同的概念)等多种不确切或易混淆的称谓;考核试运行时间从30d修改为15d,并对考核试运行合格标准进行了修订,对试运行中的“中断”、“启动不成功”作出了界定。
(1)抽水蓄能机组因在电力系统中担负“调峰”和“填谷”的作用,其发电和抽水的运行工况按电网的调度指令转换,机组为间断运行方式。有些电站发电和抽水运行小时数还受到上、下水库水量的限制,因此抽水蓄能机组不可能如常规机组那样要求作72h连续试运行。即使作间断的72h试运行,因时间太短,还不足以综合考核蓄能机组的的质量和运行可靠性,即DL/T507中的关于72h连续试运行的内容对可逆式抽水蓄能机组不适用。原标准用30d考核试运行作为这种机组综合性能的考核验收方式。这是当时参照国外蓄能机组和国内几个大型蓄能电站引进机组的合同技术条件而确定的。
多年来在标准的执行中,无论是电网、电站建设方还是设计、施工单位,均认为30d考核试运行时间显得过于长了一些。一方面在此期间的前一段时间,机组的综合性能已经得到考核,启、停机成功率及可能的故障已经充分暴露。根据近期投产的山东泰安、安徽琅玡山、华东宜兴、河北张河湾电站共计16台抽水蓄能机组30d考核试运行期间的统计,机组试运行期间前15d的启动成功率与30d的启动成功率基本一致,15d考核试运行的指标能够反映机组实际运行的指标。
另一方面,从建设方考虑,较长时间的试运行会造成一定的用电、用水消耗,建设工期延长,经济上不可取。若考核机组的目的已经实现,则可以适当压缩考核试运行的时间,在验收后使机组尽早进入初期商业运行。讨论认为这样的修改是合理的、也符合节能原则。此修改得到了业内各方的认可,是一项重大合理的改动。
(2)本次修订,将考核试运行的合格标准修改为:“15d考核试运行期间,由于机组及其附属设备的制造或安装质量原因引起中断,应及时检查处理,合格后继续进行15d试运行,中断前后的运行时间可以累加计算。但出现以下情况之一者,中断前后的运行时间不得累加计算,机组应重新开始15d试运行:
a)一次中断运行时间超过24h;
b)累计中断次数超过3次;
c)启动不成功次数超过3次。
即用“启动不成功次数”替代原标准的“启动成功率”。(原标准规定:机组启动成功率:发电工况低于95%,水泵工况低于90%,则30d考核试运行不能通过。)
随着机组及相关设备、装置、自动化元件等的制造、安装质量的不断提高,机组启动、停机成功率均也已逐年提高。但考虑到在执行本条规定时,机组启动成功率的计算与考核期内不同工况下的启动次数有关,若机组启动次数不足,则统计计算精度不高。本次修订改为按启动不成功次数来考核,比较符合实际情况。但为达到考核目的,同时规定15d考核期内,机组平均每天启动次数不宜少于2次。
(3)关于“中断”、“启动不成功”的界定。
参照《发电设备可靠性评价过程》中的非计划停运概念,本标准所指的“中断”可界定为:“因机组及其附属设备的制造或安装质量原因引起故障,导致机组被迫停止运行。”
本标准所指的“启动不成功”,系指因机组及与其启动操作有关的系统中所有的硬、软件设备故障,造成机组按照规定程序的启动过程无法正常完成的称为“启动不成功”。
作出以上定义的目的在于统一现场考核评价尺度,可在实践中进一步运用并完善。
根据此,今后在相关的蓄能电站或水电机组试验验收的规程、规范修编时,如对GB/T 8564、GB/T22581、GB/T 20834、DL/T 507、DL/T 5123的修订,将上述对于蓄能机组“考核试运行”的规定进行统一。
(1)抽水蓄能机组启动试运行远比常规机组的启动试验过程复杂得多,所占用的工期也长得多。本标准制、修订的根本目的就在于将这一复杂过程条理化、规范化,并且与相关标准取得一致。通过合理的程序安排和科学的试验操作将蓄能机组启动试运行试验顺利、有效地完成,使之尽早具备投入商业运行的条件。标准颁发10年来,正值我国抽水蓄能电站建设发展时期,经使用对推动可逆式机组启动试验技术的进步起到了积极的作用。当前我国还有惠州、蒲石河、呼和浩特、响水涧、仙游、清原、仙居、深圳、溧阳、洪屏等一大批蓄能电站在建设中,而新标准的修订出台必将为包括上述电站在内的我国抽水蓄能电站机组启动试运行创造良好的技术环境,进一步将该技术提高至世界的先进水平。
(2)蓄能机组属于高速旋转的水力机械,一台转子直径为5.5m、转速为500r/min的发电电动机,在过速时,其转子外缘单位质量(1kg)的离心力达1700kg之巨,大大超过三峡机组的数值。所以,转动部分的结构设计和安装质量十分重要,在机组启动试运行和进行各项试验过程中,切记加强对机组转动部分的检查,试验中注意电气、机械保护的信号与动作情况,随时注意停机,避免因试验而引发机组的重大恶性事故。
(3)任何一个水电站机组的启动试运行都是水力、机械、电气各方设备和软件联动的过程,蓄能电站更是如此。将水泵水轮机、发电电动机、电站相关机电设备和电网作为一个整体来考虑是从事此项工作技术人员的必备条件。建议有关各方根据需要注意培养具有综合技术方面的人才,多进行关于可逆式机组启动试验的全面性研究,并使成果更具有可使用性和可操作性。
Research on major issues with revision of GB /T 18482: Start-up test running code for reversible pumped-storage units
FU Yuan-chu
(Sinohydro Corporation, Beijing 100044, China)
This paper analyzes and introduces the main substance and major issues with the revision of GB /T 18482: Start-up test code for reversible pump-storage units. The aim is at to bring the revised national standard into guiding role.
reversible pumped-storage unit; pump start-up; test; code
TK734
A
1672-5387(2010)02-0001-07
2010-02-21
付元初(1944-),男,教授级高级工程师,中国水利水电建设集团公司原副总经理,现顾问。