羅鵬斌，汪志強，肖慶華，李重陽，呂偉明，張慧玲

(1.東方電氣集團東方電機有限公司，四川 德陽 618000；2.南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東 廣州 510630；3.深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東 深圳 518115)

1 工程概況

深圳抽水蓄能電站(以下簡稱“深蓄電站”)位于廣東省深圳龍崗區(qū)，在香港、大亞灣核電站、嶺澳核電站核心圈內(nèi)，處于廣東的電力負荷中心，同時又是西電東送的落點和粵港電網(wǎng)的連接點，電站裝機容量1 200 MW，平均水頭448.30 m，水道系統(tǒng)采用一管四機方案。深蓄電站是南方電網(wǎng)旗下第一個機組設(shè)備國產(chǎn)化的電站，也是第一次由國內(nèi)主機廠家承擔機組整組啟動調(diào)試工作的電站。運行工況包括發(fā)電、旋轉(zhuǎn)備用、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相、靜止和黑啟動等。

深蓄電站首臺機于2017年9月18日沖轉(zhuǎn)，當年11月30日首臺機投入商業(yè)運行，至2018年9月25日全部機組投入商業(yè)運行。現(xiàn)場調(diào)試人員先后編制了機組整組調(diào)試需要的大綱和方案、應(yīng)急預(yù)案、隔離方案等技術(shù)文件，順利完成了機組控制流程編制和優(yōu)化、調(diào)試工作實施等一系列工作，確保4臺機順利投入商業(yè)運行。4臺機整組啟動試運行期間實現(xiàn)了一次啟動成功、一次并網(wǎng)成功、一次抽水成功。

2 機組啟動條件

2.1 土建、金屬結(jié)構(gòu)部分

機組啟動需滿足：上、下庫土建工程全部完成并通過驗收；引水、尾水系統(tǒng)施工完成，水道清理干凈；上下庫進出水口、攔污柵、事故閘門、檢修閘門及其操作系統(tǒng)、水力量測系統(tǒng)等安裝并調(diào)試完成，具備使用條件；主副廠房、所有洞室施工完成，防護欄桿、照明、消防、孔洞蓋板等施工完成；壓力鋼管和尾水隧洞充水試驗全部完成并通過驗收，機組和蝸殼充水試驗完成；水庫蓄水安全鑒定和工程蓄水驗收完成，上、下庫蓄水量和水位滿足機組啟動要求。

2.2 機組設(shè)備安裝和調(diào)試

機組設(shè)備包括水泵水輪機、發(fā)電電動機、進水球閥以及全部水力機械、電氣一次、電氣二次系統(tǒng)設(shè)備，機組啟動需滿足：機組設(shè)備單體和分部調(diào)試均完成；所有測量元件和自動化元件均完成整定，且整定值符合設(shè)計要求；各系統(tǒng)管路已涂漆并標明介質(zhì)流向；各閥門已標明開關(guān)方向，掛牌編號；壓力容器、安全閥等特種設(shè)備完成資質(zhì)校驗；發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子絕緣測量完成，驗收合格；機組各部軸承及潤滑冷卻系統(tǒng)已安裝完成并驗收合格，油品完成取樣化驗并合格；電氣一次設(shè)備絕緣試驗全部完成，開關(guān)狀態(tài)滿足機組啟動要求，并按要求進行掛牌；電氣二次設(shè)備和配套設(shè)備的控制、保護、測量、信號回路經(jīng)模擬試驗，動作可靠正確。

2.3 安全防護和應(yīng)急預(yù)案

機組啟動需滿足：調(diào)試機組與施工機組完成可靠隔離，高壓帶電設(shè)備區(qū)域懸掛警示牌并已做好安全圍欄，一次設(shè)備、二次回路已做好必要的隔離措施；完成水淹廠房及緊急逃生等反事故演習，編制科學有效的應(yīng)急預(yù)案，特別是火災(zāi)處理、機組超速、水淹廠房、甩負荷等重大風險源的應(yīng)急預(yù)案、重大危險源辨識及其應(yīng)對措施。

3 靜態(tài)試驗

機組在完成分部調(diào)試后整組啟動前，需完成對重要設(shè)備的靜態(tài)試驗及重要系統(tǒng)間的聯(lián)合調(diào)試，主要包括水淹廠房模擬、調(diào)速器和球閥靜水試驗、球閥與尾閘聯(lián)動調(diào)試、機組機械保護和發(fā)變組保護聯(lián)動調(diào)試、監(jiān)控流程模擬調(diào)試等試驗。在整組啟動前進行靜態(tài)試驗，是對關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)的再一次確認，同時也是對設(shè)備分部調(diào)試成果的驗證和檢查，確保如球閥、尾閘、調(diào)速系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備滿足機組啟動要求。

表1 機組勵磁、調(diào)速器PID參數(shù)

4 發(fā)電方向試驗

4.1 首臺機首次發(fā)電方向啟動

機組首次沖轉(zhuǎn)采取手動單步方式開機，手動開導(dǎo)葉在低轉(zhuǎn)速的情況下對機組摩擦碰撞情況進行檢查，同時分別通過手動控制進水閥和調(diào)速器緊停閥關(guān)閉、電氣事故停機按鈕等方式驗證球閥和調(diào)速器的緊?；芈贰㈦姎馐鹿释C回路的動作可靠性。后續(xù)持續(xù)升速，并在25%Ne、50%Ne等轉(zhuǎn)速點作短暫停留(Ne為額定轉(zhuǎn)速)，對機組振擺、瓦溫進行持續(xù)監(jiān)測，密切監(jiān)視機組轉(zhuǎn)動部件，在升速過程中檢查在轉(zhuǎn)速測量功能正常，機組停機控制流程、反饋信號正確。

4.2 發(fā)電電動機短路特性、空載特性試驗

在試驗前分別對定子和轉(zhuǎn)子接地保護功能進行校驗，機組啟動后手動調(diào)節(jié)勵磁電流，調(diào)節(jié)定子電流在20%～105%額定電流范圍內(nèi)進行升流操作，當達到定子額定電流時，勵磁電流Ifk1=745.45 A。通過調(diào)節(jié)勵磁電流使機端電壓在20%～120%額定電壓范圍內(nèi)升壓和降壓操作，空載額定電壓時勵磁電流If0=806.4 A；空載額定電壓氣隙線上的勵磁電流值Ifg=681.5 A。

圖1 發(fā)電電動機短路特性曲線

4.3 調(diào)速器、勵磁空載及負載試驗

機組并網(wǎng)前完成勵磁、調(diào)速器的空載試驗，負載試驗在機組完成并網(wǎng)及甩負荷試驗后擇機進行。分別在機組空載和發(fā)電負載工況，通過進行調(diào)速器手動方式的機組轉(zhuǎn)速擺動監(jiān)測、手自動切換，并進行自動方式下的機組轉(zhuǎn)速擺動監(jiān)測，進行調(diào)速器擾動試驗，調(diào)整調(diào)速器的空載PID參數(shù)，驗證調(diào)速器在空載擾動過程中的調(diào)節(jié)品質(zhì)；驗證調(diào)速器負載工況自動控制功能、主備用切換功能、負載擾動是否滿足國標要求，完成負載PID參數(shù)整定。

分別在機組空載和發(fā)電負載工況，通過勵磁裝置的啟勵、滅磁、階躍、手/自動模式及通道切換，檢查勵磁系統(tǒng)控制的正確性，完成勵磁調(diào)節(jié)器的空載PID參數(shù)整定；在機組并網(wǎng)帶負荷情況下，進行勵磁負載階躍、手自動模式切換、通道切換、限制器動作、無功功率調(diào)節(jié)等特性試驗，驗證勵磁調(diào)節(jié)器限制及保護功能，完成勵磁系統(tǒng)負載PID參數(shù)整定。

4.4 發(fā)電并網(wǎng)及甩負荷試驗

機組完成發(fā)電方向空載試驗、發(fā)電方向事故停機模擬試驗，且機組動平衡狀況滿足發(fā)電并網(wǎng)試驗的要求后，開始進行發(fā)電并網(wǎng)帶負荷及甩負荷試驗。經(jīng)過同期模擬，對同期裝置的同期參數(shù)、增減磁、增減速調(diào)減功能進行驗證后，最終實現(xiàn)一次并網(wǎng)成功。

機組成功并網(wǎng)后，為檢驗發(fā)電機在突甩負荷情況下機組轉(zhuǎn)速和壓力上升情況是否滿足合同和設(shè)計要求，同時驗證此時調(diào)速器調(diào)節(jié)品質(zhì)、導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律、機械過速裝置是否可靠，進行機組發(fā)電工況甩負荷(25%、50%、75%、100%)試驗。先后通過觸發(fā)電氣事故停機按鈕等方式觸發(fā)電氣事故停機，對機組突甩負荷后的停機流程、球閥和調(diào)速器關(guān)閉過程、機組轉(zhuǎn)速與流道壓力上升情況、機組振動與擺動情況等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析。

機組甩100%負荷前，上游水位503.36 m，下游74.29 m，毛水頭429.07 m，負荷300.88 MW，導(dǎo)葉開度86.91%，通過觸發(fā)電氣事故停機按鈕使機組突甩負荷。甩負荷過程中機組的轉(zhuǎn)速上升、流道壓力變化的計算值和實測極值之間的差值比較小，兩者的吻合程度較高，且滿足合同要求，轉(zhuǎn)速上升率31.26%，蝸殼進口壓力上升率29.1%。導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律為兩段關(guān)閉，球閥一段關(guān)閉，關(guān)閉時間和規(guī)律均與設(shè)計吻合，機械過速保護裝置按照定值125%Ne可靠動作。機組運行和甩負荷過程具體數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 機組甩100%負荷試驗關(guān)鍵數(shù)據(jù)對比

圖2 機組甩100%負荷試驗關(guān)鍵數(shù)據(jù)波形示意

5 水泵方向試驗

5.1 靜止變頻(SFC)拖動機組首次轉(zhuǎn)動

深蓄電站水泵工況起動以變頻起動為主，背靠背同步起動作為備用，電站設(shè)置一套靜止式變頻起動裝置。在完成SFC系統(tǒng)變頻器單體調(diào)試、變頻器帶電機空載調(diào)試后，并對監(jiān)控系統(tǒng)水泵方向啟動的順控流程進行驗證后，SFC系統(tǒng)具備帶負載調(diào)試條件。

SFC按照單步流程拖動機組執(zhí)行抽水調(diào)相啟動流程，當機組抽水換相刀閘、被拖動刀閘、SFC輸入開關(guān)、輸出開關(guān)相繼合閘后，建立SFC與機組定子之間的電氣連接，在機組未轉(zhuǎn)動時觸發(fā)機組或SFC跳閘，測試SFC轉(zhuǎn)子初始位置檢測功能正常。單步執(zhí)行SFC拖動抽水調(diào)相啟動流程，當機組開始轉(zhuǎn)動時，測試抽水方向轉(zhuǎn)速測量功能，當轉(zhuǎn)速達到10%Ne左右時，觸發(fā)SFC或機組跳閘信號，測試SFC啟動回路相關(guān)開關(guān)和刀閘低頻閉鎖功能，同時利用機組低速滑行對機組抽水方向機械轉(zhuǎn)動情況進行檢查。進行抽水方向升速試驗，由SFC拖動機組逐級升速，測試SFC拖動機組升速能力，初步檢查抽水方向機組動平衡情況。

確認機組具備抽水調(diào)相開機條件后，在換相隔離開關(guān)合閘回路被閉鎖的情況下進行機組同期模擬試驗，檢查機組同期參數(shù)及同期回路的準確性，驗證SFC輸出開關(guān)與GCB開關(guān)聯(lián)動的功能、勵磁控制模式切換、調(diào)頻調(diào)壓回路正常，測試機組自動同期功能，檢查GCB合閘命令閉鎖SFC電流輸出脈沖是否正常。對同期裝置的同期功能和參數(shù)完成確認后，執(zhí)行SFC拖動抽水調(diào)相啟動流程，進行機組同期并網(wǎng)試驗，確認并網(wǎng)瞬間的壓差、角差及頻差完全滿足同期要求。

5.2 濺水功率試驗

在完成抽水調(diào)相工況同期并網(wǎng)、軸承熱穩(wěn)定、事故停機模擬試驗后，機組具備抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水條件。上庫水位504.0 m，下庫水位74.31 m，揚程429.69 m，機組在低揚程下開始進行濺水功率試驗，通過試驗確定抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水順控流程中的工況轉(zhuǎn)換點、測錄濺水功率及無葉區(qū)壓力。根據(jù)最終的濺水功率試驗情況，機組濺水造壓過程一級濺水功率-24.14 MW，持續(xù)時間78.62 s；二級濺水功率-52.20 MW，持續(xù)時間22.6 s，確定濺水功率工況轉(zhuǎn)換點為-50 MW。達到二級濺水功率時無葉區(qū)壓力512.1 m，蝸殼壓力505.5 m，該壓力值在正常范圍內(nèi)。滿足抽水調(diào)相到抽水工況轉(zhuǎn)換的性能要求。最終確認機組抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水過程的球閥、排氣閥及各信號的開關(guān)時間及判定時間和各個閥門動作時序如圖3所示。

圖3 機組工況轉(zhuǎn)換流程示意

5.3 抽水和抽水斷電試驗

按照濺水功率確認工況轉(zhuǎn)換流程，蝸殼排氣閥、頂蓋排氣閥、尾水排氣閥相繼動作，球閥按照流程打開，當達到二級功率且球閥開度達到90%后開啟導(dǎo)葉進行抽水，抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水流程正確，造壓成功，各相關(guān)設(shè)備動作時序正確，機組成功轉(zhuǎn)入抽水工況運行。

為檢查機組在抽水工況下電氣故障引發(fā)停機時流程的正確性，確認各項參數(shù)滿足過渡過程的設(shè)計要求，在抽水運行時通過觸發(fā)電氣事故停機按鈕進行水泵斷電試驗。試驗時上游水位503.36 m，下游74.29 m，揚程429.07 m，負荷-317.48 MW，導(dǎo)葉開度76.04%，停機過程中各設(shè)備動作正常，時序正確，試驗過程無異常，機組速率變化、閥前壓力、尾水壓力調(diào)保計算值和實測極值之間差值比較小，兩者的吻合程度較高，且滿足合同要求。轉(zhuǎn)速極值、閥前壓力、尾水管壓力變化情況等詳見表3。導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律為一段關(guān)閉，從76.04%到0時間為18.75 s；球閥一段關(guān)閉，時間80.3 s，各項參數(shù)均優(yōu)于合同保證值，滿足合同和設(shè)計要求。

表3 機組水泵斷電試驗關(guān)鍵數(shù)據(jù)對比

6 工況轉(zhuǎn)換及熱穩(wěn)定試驗

6.1 熱穩(wěn)定試驗

按照相關(guān)的標準和規(guī)范要求，深蓄電站調(diào)試期間結(jié)合整個調(diào)試試驗工作共完成發(fā)電空載、發(fā)電工況50%負荷、100%負荷、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相、水泵等各個工況下的軸承熱穩(wěn)定調(diào)試，試驗過程中記錄各部軸承包括瓦溫、水溫以及油槽的油溫數(shù)據(jù)，記錄發(fā)電電動機定子鐵芯和定子繞組、空冷器冷卻水、主軸密封、止漏環(huán)等重要部位的溫度數(shù)據(jù)，持續(xù)觀察溫度的變化趨勢。最終上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)和推力瓦溫1小時內(nèi)溫升均不超過1 ℃，其他關(guān)鍵設(shè)備達到穩(wěn)定運行狀態(tài)下的溫度值也符合機組設(shè)計要求，滿足機組安全穩(wěn)定運行。機組穩(wěn)定運行時的溫度見表4。

表4 機組穩(wěn)定運行時的溫度 ℃

6.2 工況轉(zhuǎn)換試驗

抽水蓄能機組在電網(wǎng)中往往承擔調(diào)峰、填谷、事故備用等重要任務(wù)，在試驗過程中對機組各個工況控制邏輯、順控流程進行優(yōu)化，對諸如技術(shù)供水啟動判據(jù)、停機熱備的判斷條件、部分閥門的開關(guān)時序、刀閘的分合時機進行試驗和測定，最終確保機組在開停機以及各個運行工況之間的轉(zhuǎn)換平穩(wěn)順暢、調(diào)節(jié)快速，機組保護在工況轉(zhuǎn)換過程中能順利完成切換，調(diào)速器、勵磁等設(shè)備可以正確完成模式切換，輔助設(shè)備能夠按照時序順利啟停，工況轉(zhuǎn)換流程、工況轉(zhuǎn)換時間滿足要求。最終確保深蓄電站機組滿足快速響應(yīng)、啟動可靠、轉(zhuǎn)換快速的要求。

7 首臺機調(diào)試工作總結(jié)

相比于常規(guī)水電項目，抽蓄項目機組運行工況多，各工況轉(zhuǎn)換流程復(fù)雜，調(diào)試對象涉及設(shè)備更多；同時，電站現(xiàn)場參建單位多，溝通協(xié)調(diào)工作繁重。主調(diào)試方需要著眼于項目全局，在管理與技術(shù)兩個層面綜合考慮，對整個電站系統(tǒng)進行調(diào)試優(yōu)化。根據(jù)深圳抽水蓄能電站整組啟動調(diào)試工作的實際開展情況，特對現(xiàn)場調(diào)試工作的幾項注意事項總結(jié)如下。

7.1 合理安排試驗計劃

在機組整組啟動調(diào)試期間，應(yīng)制定合理、科學的調(diào)試計劃，遵循先靜態(tài)后動態(tài)，先機械后電氣，先單步后自動，先故障后常規(guī)的原則，對試驗過程中可能出現(xiàn)的風險源做好辨識、排除。確保機組調(diào)試先完成低轉(zhuǎn)速、低風險、低難度的項目，利用前期的試驗，完成轉(zhuǎn)動部件的機械碰磨檢查，完成故障模擬停機試驗，從而最大限度的降低調(diào)試過程中的設(shè)備風險。

7.2 試驗過程持續(xù)關(guān)注重點區(qū)域和關(guān)鍵設(shè)備

做好三把鑰匙的管理，嚴控關(guān)鍵區(qū)域消除安全隱患。對調(diào)試機組嚴控“三把鑰匙”管理，確保風洞、水車室和機組LCU操作鑰匙有專人管理；對于廠房內(nèi)關(guān)鍵區(qū)域，如已投運的帶電區(qū)域和事關(guān)全廠安全的重大設(shè)備，全部按照運行規(guī)定進行管理。機組運行期間，嚴密監(jiān)視高壓油頂起裝置、發(fā)電機制動剎車、水輪機主軸密封等關(guān)鍵部位，防止機組運行過程中出現(xiàn)推力燒瓦、高速加閘，主軸密封過熱損壞等極端惡性故障。

7.3 科學制定應(yīng)急預(yù)案

機組調(diào)試過程涉及到油、氣、水、電等多種危險源，且試驗過程涉及到甩負荷、過速等多種極端工況，加之電站水道系統(tǒng)采用一管四機方案，在調(diào)試中存在很多不可預(yù)測的危險源。因此，在調(diào)試前針對火災(zāi)、水淹廠房、機組超速、機組燒瓦、全廠失電等高風險點制定科學的應(yīng)急處置預(yù)案，并組織培訓(xùn)交底和應(yīng)急演練，使調(diào)試人員熟練掌握應(yīng)急方案，在調(diào)試期間有效保證人員和設(shè)備的安全，在事故發(fā)生時能夠快速、有效地控制事故。

8 結(jié) 語

深圳抽水蓄能電站4臺機組整組啟動調(diào)試工作的順利結(jié)束，標志著深蓄電站水泵水輪機和發(fā)電電動機的設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試均滿足合同和相關(guān)規(guī)范的要求，同時也意味著東方電機承擔機組調(diào)試工作的能力通過了檢驗。深蓄電站建設(shè)過程中積累的經(jīng)驗，也將為后續(xù)類似機組的建設(shè)帶來積極作用。