浅谈恰海水电站机组启动及动态试验

冯 文

（新疆伊犁河流域开发建设管理中心 乌鲁木齐 830000）

1 恰海水电站概况

恰海水电站是一座混合引水式水电站，具有不完全年调节能力，设计标准较高，采用先进的计算机监控系统、震动摆动检测分析系统和发电机气隙检测系统，可实现无人值班（少人值守），便于与梯级电站的联合运行。

枢纽工程由粘土心墙堆石坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔排沙放空洞、发电引水系统、水电站副厂房等主要建筑物组成。发电引水系统采用“一洞两机”布置方式，设计引水量2×134.35m3/s。电站主厂房布置在坝后河床上，坝轴线垂直河床，总长度127m、宽25.5m、高度50.3m，尾水渠利用天然河道布置；电站总装机容量4×8万kW，设计水头68m，单机引水流量134.35m3/s，多年平均发电量9.28亿kW·h。

2005年8月首台机组发电，2006年9月最后一台机组发电，至今，年发电量已达到设计水平。

2 试验水轮发电机组参数（以3号机组试验为例）

a.发电机参数为：型号SF80—34/8800；额定功率8万kW；额定电压13800V；额定电流3937.6A；额定频率50Hz，相数3；定子绝缘F级；推力负荷770t；功率因数0.875。

b.水轮机参数为：型号 HL（L241）—LJ—405；最大水头83.6m；最小水头51.2m；额定转速176.5r/min；旋转方向俯视顺时针；额定功率8.252万kW；设计水头68m；设计流量 134.31m3/s；飞逸转速 320.4r/min；转轮直径4050mm。

3 机组启动前检查内容

水轮发电机组启动前检查的主要内容有引水系统检查、水轮机部分检查、调速系统及其设备检查、发电机部分检查、油水气系统检查、电气一次设备检查、励磁系统设备与回路检查、电气二次设备检查、计算机监控系统设备检查等。各系统和设备在静态状态下的安装质量应完全符合国家规范要求。

4 机组首次启动应准备的工作

机组首次启动前的准备工作非常重要，直接关系到机组首次启动是否安全和成功，根据恰甫其海水电站所处的环境和电站设计，启动前应做好以下准备工作：

a.各部位运行人员进入工作岗位；各监测仪器、仪表准备到位。

b.确认冲水过程中发现的问题已处理完毕。

c.各部冷却水、润滑水投入，水压、流量正常，润滑油系统、操作系统工作正常，各油槽油位正常。

d.厂用交、直流电源供电正常，PT一次、二次熔断器安装良好。

e.调速器置“现地”和“手动启动”方式。调速器油压装置置“远程”和“自动”方式，主油阀开启。漏油装置处于“自动”位置。

f.发电机出口断电器301、隔离开关3011断开（3号发电机出口开关编号）。

g.发电机转子集电环碳刷拔出。

h.水力机械保护和测温装置已投入。

i.拆除所有与开机无关的试验线、短接线及接地线。

j.在发电机出口PT一次侧外接标准频率表监视发电机转速。

k.临时布置检测各部震动和摆动的表计。

l.启动发电机顶起装置顶起发电机转子一次，使推力瓦建立适当的油膜。

m.记录上、下游水位和各部原始温度。

n.投入主轴工作密封，撤除检修空气围带。

5 机组的动态试验

机组动态试验是检验水轮发电机组是否能按照设计要求在额定功率下发电运行，是检验水轮发电机组在实际工况条件下机组的设备质量、安装质量是否满足国家标准和设计要求。

5.1 水轮机各部轴承温升试验

轴承温度的测试是机组轴承试验的内容之一，是机组运行时重要的检测参数，主要反映轴承的运行性能和机组运行的安全水平。轴承运行时任何一个部位的缺陷所引起的故障，均首先导致轴瓦的温度升高，是轴承烧瓦停机的征兆。做该项试验的主要目的是：ⓐ了解轴瓦表面温度的分布情况，即轴瓦的温度场；ⓑ了解沿着轴瓦厚度方向的温度变化情况，即轴瓦的温度梯度；ⓒ了解瓦温变化所引起的热变形对轴承运行的影响。

恰海电站3号发电机组首次启动后，对水轮发电机组发电机推力轴承、推力油槽、上导轴承、上导油槽、下导轴承、下导油槽、水导轴承和水导油槽等各部温度进行了测试，试验数据见表1。

表1 3号机组各部轴承及油槽运行温度试验（2006年8月30日）结果 单位：℃

温升试验持续8h，机组开机在额定转速下运行3～4h后，各部轴承温度平稳，未发现轴承温度急剧升高现象，最高温度在允许范围内，反映了3号水轮发电机组各部轴承制造质量和安装质量完全符合国家标准，满足机组安全运行。

5.2 机组空载下调速器试验

调速器在机组运行过程中起着重要的调节控制作用，其动态性能就是自动调节系统的调节过渡过程。单机运行过程控制机组频率，并网运行过程调节机组有功功率；故障或事故情况下保证机组安全停机。因此，机组空载下的调速器试验显得尤为重要，全面考验调速器动态性能是保证机组安全运行的手段。

恰海电站3号机组空载下调速器主要的试验和试验记录如下。

5.2.1 空载手自动切换试验

a.手动切电手动。切前导叶开度13.24%，切后导叶开度13.24%。

b.自动切电手动。切前导叶开度13.24%，切后导叶开度13.24%。

c.手动切自动。切前导叶开度13.24%，切后导叶开度14.29%。

d.电手动切自动。切前导叶开度13.49%，切后导叶开度12.95%。

5.2.2 自动开停机试验

自动停机曲线见图1。

试验结果：导叶全关时间5.1s。

自动开机曲线见图2。

试验结果：导叶开机时间47.8s，第一段30.0s，第二段17.8s。

图1 3号机组自动停机曲线

图2 3号机组自动开机曲线

5.2.3 空载扰动试验

a.实验最优的参数：永态系数Bp=6.0%；缓冲时间Td=10s；频率死区 Ef=0.3Hz；晢态系数 Bt=40%；加速度时间Tn=0.2s。

b.空载扰动曲线。上扰曲线见图3。

试验结果：转速超调量为0%，调节时间为26.4s。

下扰曲线见图4。

试验结果：转速超调量为24.2%，调节时间=29.5s。

5.2.4 空载摆动试验

3min自动频率摆动值：当前水头为56.5m，空载开度为21.26%。

a.第一次最大频率为 50.030Hz，最小频率为49.952Hz，摆动值为 0.078Hz。

b.第二次最大频率为 50.038Hz，最小频率为49.958Hz，摆动值为 0.080Hz。

c.第三次最大频率为50.030Hz，最小频率为49.936Hz，摆动值 0.112Hz。

3次平均摆动值为0.090Hz。

通过3号机组空载下调速器试验，其试验数据满足机组动态特性及其品质指标，调速器系统自动调节系统的调节过渡过程安全可靠。

图3 3号机组空载上扰曲线

图4 3号机组空载下扰曲线

5.3 发电机短路特性试验

发电机短路特性试验是发电机在额定转速和定子电压为零的条件下，定子绕组端电流与转子电流之间的关系。通过发电机短路特性试验，可以检查定子三相电流的对称性，并结合空载特性曲线求得发电机的参数。因此，短路特性也是发电机的重要特性之一。

恰海水电站3号机组短路试验结果见表2。短路特性曲线见图5。

5.4 发电机组定子空载特性试验数据

发电机空载特性试验是发电机在额定转速和定子电流为零的条件下，定子绕组端电压与转子电流之间的关系。空载特性曲线是发电机最基本的特性，也是决定发电机参数及运行特性的重要依据之一。空载特性配合短路特性，可求出发电机的电压变化率△U%,纵轴同步电抗xd、短路比KDL和负载特性等。在空载特性试验的同时，还可以检查发电机三相电压的对称性，并进行定子绕组匝间绝缘试验。3号机组定子空载特性试验结果见表3。

空载特性曲线见图6。

表2 3号机组短路特性试验结果

5.5 机组甩负荷试验

发电机组甩负荷试验主要检验机组运行过程中在突然甩额定负荷时，水轮发电机组引水系统能否满足设计要求，发电机组的调节过程是否满足设计要求，调整机组突甩额定负荷时引水系统水压上升率与机组转速上升率之间的关系，保证机组与引水系统安全运行。

图5 3号机组短路特性曲线

恰海水电站3号机组甩负荷试验结果见表4。

甩50%负荷曲线见图7。

甩75%负荷曲线见图8。

甩100%负荷曲线见图9。

通过甩50%、75%、100%负荷试验，对3号机组调速器永态转差系数、暂态转差系数、积分时间常数、微分时间常数等参数进行调整，可使水轮发电机组运行在最佳的工况下，保证引水系统和水轮发电机组安全可靠的运行。

5.6 机组带负荷72h试验

3号水轮发电机组完成并列和甩负荷试验后，机组具备并入电力系统带额定负荷连续72h试运行的条件。

表3 3号机组定子空载特性试验结果

图6 3号机组空载特性曲线

机组进入72h试运行过程中，如果因机组及相关机电设备的制造、安装质量或其他原因引起运行中断，应对机组及相关机电设备故障进行处理，重新开始72h的连续试运行，中断前后的运行时间不得累加计算。根据机组试验条件情况，在允许情况下，应满负荷运行72h或带最大负荷72h运行，其目的是检验机组在连续运行情况下能否满足系统的运行要求，能否保证持续安全运行。

6 结论

3号机组按照DL/T507—2002《水轮发电机组启动试验规程》完成了动态试验的全部试验项目，对机组各部轴瓦温升、机组有功与无功、调速器系统性能、励磁系统性能、发电机组绝缘以及紧急事故情况下，水系统、金属结构、保护系统、水轮机自动化系统、油系统和气系统等进行了检验。通过试验，3号水轮发电机组符合国家有关规范和标准，可以投入商业运行。

表4 3号机组甩负荷试验结果

图7 3号机组甩50%负荷曲线

图8 3号机组甩75%负荷曲线

图9 3号机组甩100%负荷曲线