百万千瓦水轮发电机组启动试验操作经验探讨

豆松涛 罗远旺 赵相洪 姜俊

摘 要：通过对全球首台百万千瓦水轮发电机组首次C级检修后启动试验中主要操作的介绍，总结了百万千瓦水轮发电机组在启动试验过程中运行人员在操作时的注意事项、设备操作规律、操作经验等，提出了部分操作的优化改进建议，相关成果可为后续百万千瓦水轮发电机组检修后启动试验操作提供参考。

关键词：百万千瓦水轮发电机组；启动试验；运行操作

中图分类号：TM312；TV734.2 文献标志码：A

某水电站是当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程。单机容量最大功率达百万千瓦，实现了我国高端装备制造的重大突破。该电站总装机1 600万kW，共安装16台我国自主研制的百万千瓦水轮发电机组。目前水电行业内对于百万千瓦水轮发电机组的运行维护和启动试验的经验比较欠缺，因此，对该电站首台百万千瓦水轮发电机组首次C级检修后启动试验的操作经验进行探讨很有必要。

1 概 述

水轮发电机组C级检修后需进行启动试验，启动试验的目的是检验水轮发电机组C级检修后机械部分、电气一次和自动控制流程及保护、测量、同期等回路的正确性，以及技改项目是否满足技术要求，以确保机组具备安全稳定运行条件[1]。

机组C级检修后启动试验主要包含并网前试验和并网试验两大部分。并网前试验包含LCU单步投入辅助设备试验、点动开机及升转速试验、调速系统空载试验和轴承稳定性试验、励磁系统空载试验和自动停机试验五项内容；并网试验包含主变接入500 kV系统运行、发电机出口开关假同期试验、机组并网带负荷试验三项内容[2]。以下就上述试验过程中运行人员的主要操作进行总结，并对部分操作提出优化建议。

2 水轮发电机组启动试验主要操作经验总结

2.1 机组点动开机及升转速试验操作

机组点动开机及升转速试验，目的在于检查机组各辅助设备投入是否正常，机组在升转速及滑行期间转动及静止部件有无碰撞、摩擦、异常声响，检验各部轴瓦温升是否满足设计要求、温度是否均匀，检查机组空转振动、摆度，检查各温度传感器、自动装置、水机保护装置、控制回路正常工作情况，以及检查调速器手动操作下机组转速的稳定性。

机组点动开机及升转速试验运行操作应注意以下方面：

（1）在机组点动开机过程中，在机组重要部位应安排值守人员，如发电机辅控柜旁、机械制动控制柜旁等部位，确保机组在点动开机过程中出现异常情况时可快速处置，保证机组运行在可控范围内。

（2）点动开机前退出监控系统机组控制画面“禁止开机”软压板。

（3）因为压紧行程作用，点动开机操作前调速器电气柜导叶开度为-1.6%左右。按下“开机”按钮后，压紧行程退出，导叶开度恢复到0左右。

（4）监控系统单步开机至“拔锁锭”后要及时复归流程，并将开机流程切至自动。

（5）调速器点动开机前应由试验指挥确认，并通知中控室加强监视。

（6）操作导叶开度增加/减少把手时必须点动，待机组转动时根据试验指挥指令立即全关导叶，首台机组导叶开度1.55%时，机组开始转动。操作导叶时派专人在在线监测盘柜和制动风闸控制柜监视机组转速，确保转速反馈正常，若有异常，暂停操作，立即汇报试验指挥。

（7）首次点动开机全关导叶检查机组各部无异常后，根据试验指挥指令继续升转速，机组转速在75%额定转速以下时机组惯性较大，每次操作完导叶开度增加把手后稍作停留，待转速不再升高后再操作，机组转速大于75%额定转速时，机组惯性影响开始变小，导叶开度增加时转速上升较为线性，运行人员操作导叶开度增加把手更易控制，但操作中需控制机组在低转速的时间尽量短。

2.2 调速系统空载试验及轴承稳定性试验操作

调速系统空载试验主要包含空载态切换试验、空载摆动试验、空载扰动试验、空载态故障模拟试验，目的在于测量水轮机调节系统的动态特性，优选机组空载运行调节参数，使得调节过程中既满足动态稳定性指标，又满足调节过程中的速动性的要求[3]；机组轴承稳定性试验目的是检查机组各部间隙、安装质量，检查各部瓦温是否符合设计规定、是否均衡。

调速器空载试验及轴承温升试验运行操作应注意以下方面：

（1）在配合维护部门进行调速系统空载试验过程中，严格执行相关作业指导书，操作前应与维护部门人员确认。

（2）每次进行调速器A/B机切换、控制方式切换后应观察调速器各项参数，无异常时再进行下一步操作。

（3）调速器工作电源切换操作步骤：调速器控制在“远方”“自动”模式，在电源切换过程中严密监视调速器各运行参数。若有异常，立即暂停操作，汇报试验指挥。

（4）调速器空载摆动及扰动试验由维护部门自行进行，但运行人员需在电气柜旁监视，发生异常情况及时处理及汇报。

（5）机组开机至空转后，中控室人员应重点监视机组三部轴承瓦温、油温变化，并留存记录，直到轴瓦温度变化＜1 K/h。

2.3 发电机零起升压操作

发电机零起升压试验，目的在于检查励磁系统功能、发电机定转子绕组有无异常、PT回路以及发电机电压保护是否正确可靠，进行PT二次负载测试、PMU装置采样检查。

发电机零起升压试验运行操作的注意事项有：

（1）发电机零起升压前核实发电机出口隔离刀闸在拉开，其电机电源断开。

（2）发电机零起升压前核实发电机电气一次安措全面拆除，恢复备用，包括发电机机端PT工作位置、PT二次开关合上、中性点地刀合上。

（3）确保励磁系统起励回路中起励电源及保险均合上。

（4）水机后备保护正常投入，发电机保护中GCB失灵及跳串内开关相关压板不投入，其余保护压板正常加用。

（5）发电机零起升压采用FCR（电流闭环）模式，并在零起升压前将励磁系统中软起励控制字置为0，防止发电机全压起励。

（6）发电机零起升压严格按照试验方案要求进行，按照10%、25%、50%、75%、100%机端电压进行递升。

（7）就地增磁过程中，刚开始每次按下按钮可持续2～3 s，在接近25%、50%、75%、100%的5%内时，再以较短的时间按下按钮。升压过程中，持续关注定子电流，正常情况下，升至额定电压后，定子电流在0.3%额定电流左右，升压过程中定子电流不能超过0.4%额定电流。

2.4 发电机带主变零起升压操作

发电机带主变零起升压试验，目的在于检查主变压器及厂高变绕组回路、PT回路以及主变升压过程中的温度、噪声变化情况，检查发电机、变压器、厂高变有无故障及设备绝缘情况[4]。

发电机带主变零起升压试验运行操作的注意事项有：

（1）水机保护正常投入，发电机保护中GCB失灵及跳串内开关相关压板不投入，主变保护中GCB失灵及跳串内开关相关压板不投入，其余保护压板正常投入，包含主变非电量保护。

（2）发电机带主变零起升压前投入主变技术供水及主变冷却器系统，主变冷却器系统投入后将主变A、B、C相冷却器控制柜冷却器全停把手切至“工作”位置、投入主变保护非电量保护盘主变冷却器全停保护压板。零起升压结束后，因全停压板投入，故保持主变技术供水及主变冷却器系统正常运行。

（3）发电机带主变零起升压前将机组励磁调节器柜后“并网信号闭锁”投切把手切至“切”，并联系维护部门将GCB开关到调速器合闸位置节点接线解开。

（4）操作发电机GCB及出口隔离刀闸，应提前向上级调度部门申请，监控系统合GCB及出口隔离刀闸时需满足相关闭锁要求，GCB合闸后现地检查GCB三相风机运行情况。

（5）发电机带主变零起升压涉及励磁系统相关具体操作及电压控制与之前发电机零起升压内容一致。

2.5 主变接入500 kV系统运行操作

主变接入500 kV系统运行操作注意事项有：

（1）主变冲击合闸前应联系维护部门检查瓦斯继电器内有无气体，检查主变非电量保护盘有无重瓦斯、轻瓦斯信号[5]。

（2）主变冲击合闸前应联系维护部门确认主变是否已消磁。

（3）主变冲击合闸前运行人员应重点检查主变冷却器状态、主变档位是否在调度规定档位、主变油位是否在正常范围内、主变以及厂高变本体有无异物、厂高变低压侧开关（若有）在“试验”位置断开且PT保险都已恢复。

（4）主变转运行操作过程应严格遵守调度指令，主变高压侧开关合闸前应投入选相合闸装置，主变冲击合闸后退出选相合闸装置。

2.6 机组出口开关假同期试验操作

机组出口开关假同期试验，目的在于检查机组出口开关同期回路的正确性。试验运行操作注意事项有：

（1）假同期试验前检查发电机保护启动GCB失灵及跳串内开关压板在退出状态。检查监控系统保护信息软压板、水机后备保护、主变保护全部正确投入。

（2）假同期试验前确保GCB出口隔刀电机电源断开；将励磁调节柜励磁系统并网信号闭锁“投/切”把手切至“切”位置；投入水机后备保护柜“GCB假同期试验压板”；并与维护部门确认GCB至调速器GCB合闸位置接点已解开[6]。

（3）假同期试验过程中，GCB合闸后应检查GCB冷却风机运行是否正常。

（4）假同期试验需进行手动准同期和自动准同期试验。手动准同期在机组现地控制单元柜进行，须严格按照规程规定进行相关把手操作，自动准同期试验时应检查监控系统“开机至假同期并网”条件是否满足。

（5）自动准同期试验完成后，保持机组在空载态，联系维护部门恢复GCB开关至调速器GCB合闸位置接点；退出水机后备保护柜“GCB假同期试验压板”；励磁调节柜励磁系统并网信号闭锁“投/切”把手切至“投”位置。

2.7 机组并网带负荷运行操作

机组并网带负荷试验，目的在于检查机组带负荷能力，检查调速器有功功率采样值、导叶开度、机组频率等数值是否正常，检查监控系统有功功率采样值、导叶开度、机组频率等数值是否正常，控制动作是否正常、灵活。

机组并网带负荷运行试验运行操作的注意事项有：

（1）真同期试验前向调度申请投入发电机保护启动GCB失灵及跳串内开关压板。

（2）退出监控系统机组控制画面“检修模式”软压板，退出安控装置从机柜机组检修压板，合上发电机出口刀闸电机电源开关。

（3）方式调整到位后，向调度申请机组并网，调度下令后将机组开机至并网，并网后检查一次调频功能、PSS等投入是否正常，监控系统退出有功闭环后，在现地调速器电气柜进行小负荷试验操作，检查调速器功能是否正常，试验完成后将调速器方式切至“远方”“自动”，根据发电计划曲线进行有功调整。

（4）机组首次并网后，应重点关注滑环室碳刷温度、三部轴承温度。

3 启动试验操作优化建议

（1）在机组点动开机及升转速试验过程中，当机组转速大于95%额定转速时将调速器电气柜方式切至“自动”，调速器自动跟踪50 Hz频率，将机组转速升至100%，这样升速更加平稳，但需要加强关注，若有异常，应立即将调速器切至“机手动”。

（2）机组并网带负荷运行试验中，需要现地操作导叶使机组有功功率在15～20 MW范围内调整，使得现场操作导叶开度调整负荷效果不明显，建议增大调节步长，以更好地观察调速器动作效果。

（3）在机组启动试验前，将发变组转至冷备用状态后，建议退出监控系统“禁止开机”“检修模式”软压板，同时退出安控装置从机柜“机组检修”压板，对真假同期试验没有影响。

4 结束语

通过对百万千瓦水轮发电机组首次C级检修后启动试验五项网下试验和三项涉网试验全流程的总结，重点针对运行人员在整个启动试验过程中的全流程把控，总结提炼运行人员操作注意事项，并对相关操作提出优化建议，为机组投入运行后的可靠性提供保证，保障机组的安全稳定运行。相关成果可为后续大型水轮发电机组检修后启动试验过程中运行操作以及持续探索百万千瓦级水电机组运行规律提供参考依据。

参考文献：

[1] DL/T 507—2014，水轮发电机组启动试验规程[S].北京：中国电力出版社，2014.

[2]董天刚，金橹，钟东桓.水轮发电机组检修后启动试验设计研究[J].水电站机电技术，2023，46（8）：19-21，29.

[3]邓佑清.水电站水轮机调速器的调试与维护措施[J].通讯世界，2023，30（3）：79-81.

[4]段章超，孙绍武.水轮发电机组短路升流和零起升压试验[J].水电站机电技术，2018，41（10）：10-13，20.

[5]朱振武.变压器冲击合闸高压试验探究[J].经济技术协作信息，2013（31）：84-84.

[6]乐先涛.1000MW发电机假同期试验分析及预防对策[J].山东工业技术，2017（10）：172，298.

Operation Experiences of Startup Testing of Million-Kilowatt Hydroelectric Generator Sets

DOU Songtao，LUO Yuanwang，ZHAO Xianghong，JIANG Jun

（China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：In this paper we introduce the key procedures involved in the start-up testing of the worlds first megawatt hydroelectric generator unit after the first Class-C overhaul. We summarize the operational guidelines for operators，the equipment operating specifications，and the operational experiences，and then offer suggestions to optimize certain procedures. The findings offer reference for subsequent testing phases of the one million kW hydropower generator set after maintenance.

Key words：million-kilowatt hydroelectric generator sets；starting test；running operation

作者简介：豆松涛，男，工程师，本科，主要研究方向为水电站运行、新能源运维管理等。E-mail：845407972@qq.com