豆松濤 羅遠(yuǎn)旺 趙相洪 姜俊

摘 要：通過對全球首臺百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組首次C級檢修后啟動試驗(yàn)中主要操作的介紹，總結(jié)了百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組在啟動試驗(yàn)過程中運(yùn)行人員在操作時的注意事項(xiàng)、設(shè)備操作規(guī)律、操作經(jīng)驗(yàn)等，提出了部分操作的優(yōu)化改進(jìn)建議，相關(guān)成果可為后續(xù)百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組檢修后啟動試驗(yàn)操作提供參考。

關(guān)鍵詞：百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組；啟動試驗(yàn)；運(yùn)行操作

中圖分類號：TM312；TV734.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

某水電站是當(dāng)今世界在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程。單機(jī)容量最大功率達(dá)百萬千瓦，實(shí)現(xiàn)了我國高端裝備制造的重大突破。該電站總裝機(jī)1 600萬kW，共安裝16臺我國自主研制的百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組。目前水電行業(yè)內(nèi)對于百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)和啟動試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)比較欠缺，因此，對該電站首臺百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組首次C級檢修后啟動試驗(yàn)的操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探討很有必要。

1 概 述

水輪發(fā)電機(jī)組C級檢修后需進(jìn)行啟動試驗(yàn)，啟動試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)水輪發(fā)電機(jī)組C級檢修后機(jī)械部分、電氣一次和自動控制流程及保護(hù)、測量、同期等回路的正確性，以及技改項(xiàng)目是否滿足技術(shù)要求，以確保機(jī)組具備安全穩(wěn)定運(yùn)行條件[1]。

機(jī)組C級檢修后啟動試驗(yàn)主要包含并網(wǎng)前試驗(yàn)和并網(wǎng)試驗(yàn)兩大部分。并網(wǎng)前試驗(yàn)包含LCU單步投入輔助設(shè)備試驗(yàn)、點(diǎn)動開機(jī)及升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、調(diào)速系統(tǒng)空載試驗(yàn)和軸承穩(wěn)定性試驗(yàn)、勵磁系統(tǒng)空載試驗(yàn)和自動停機(jī)試驗(yàn)五項(xiàng)內(nèi)容；并網(wǎng)試驗(yàn)包含主變接入500 kV系統(tǒng)運(yùn)行、發(fā)電機(jī)出口開關(guān)假同期試驗(yàn)、機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)三項(xiàng)內(nèi)容[2]。以下就上述試驗(yàn)過程中運(yùn)行人員的主要操作進(jìn)行總結(jié)，并對部分操作提出優(yōu)化建議。

2 水輪發(fā)電機(jī)組啟動試驗(yàn)主要操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

2.1 機(jī)組點(diǎn)動開機(jī)及升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)操作

機(jī)組點(diǎn)動開機(jī)及升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，目的在于檢查機(jī)組各輔助設(shè)備投入是否正常，機(jī)組在升轉(zhuǎn)速及滑行期間轉(zhuǎn)動及靜止部件有無碰撞、摩擦、異常聲響，檢驗(yàn)各部軸瓦溫升是否滿足設(shè)計(jì)要求、溫度是否均勻，檢查機(jī)組空轉(zhuǎn)振動、擺度，檢查各溫度傳感器、自動裝置、水機(jī)保護(hù)裝置、控制回路正常工作情況，以及檢查調(diào)速器手動操作下機(jī)組轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。

機(jī)組點(diǎn)動開機(jī)及升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)運(yùn)行操作應(yīng)注意以下方面：

（1）在機(jī)組點(diǎn)動開機(jī)過程中，在機(jī)組重要部位應(yīng)安排值守人員，如發(fā)電機(jī)輔控柜旁、機(jī)械制動控制柜旁等部位，確保機(jī)組在點(diǎn)動開機(jī)過程中出現(xiàn)異常情況時可快速處置，保證機(jī)組運(yùn)行在可控范圍內(nèi)。

（2）點(diǎn)動開機(jī)前退出監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組控制畫面“禁止開機(jī)”軟壓板。

（3）因?yàn)閴壕o行程作用，點(diǎn)動開機(jī)操作前調(diào)速器電氣柜導(dǎo)葉開度為-1.6%左右。按下“開機(jī)”按鈕后，壓緊行程退出，導(dǎo)葉開度恢復(fù)到0左右。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)單步開機(jī)至“拔鎖錠”后要及時復(fù)歸流程，并將開機(jī)流程切至自動。

（5）調(diào)速器點(diǎn)動開機(jī)前應(yīng)由試驗(yàn)指揮確認(rèn)，并通知中控室加強(qiáng)監(jiān)視。

（6）操作導(dǎo)葉開度增加/減少把手時必須點(diǎn)動，待機(jī)組轉(zhuǎn)動時根據(jù)試驗(yàn)指揮指令立即全關(guān)導(dǎo)葉，首臺機(jī)組導(dǎo)葉開度1.55%時，機(jī)組開始轉(zhuǎn)動。操作導(dǎo)葉時派專人在在線監(jiān)測盤柜和制動風(fēng)閘控制柜監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速，確保轉(zhuǎn)速反饋正常，若有異常，暫停操作，立即匯報(bào)試驗(yàn)指揮。

（7）首次點(diǎn)動開機(jī)全關(guān)導(dǎo)葉檢查機(jī)組各部無異常后，根據(jù)試驗(yàn)指揮指令繼續(xù)升轉(zhuǎn)速，機(jī)組轉(zhuǎn)速在75%額定轉(zhuǎn)速以下時機(jī)組慣性較大，每次操作完導(dǎo)葉開度增加把手后稍作停留，待轉(zhuǎn)速不再升高后再操作，機(jī)組轉(zhuǎn)速大于75%額定轉(zhuǎn)速時，機(jī)組慣性影響開始變小，導(dǎo)葉開度增加時轉(zhuǎn)速上升較為線性，運(yùn)行人員操作導(dǎo)葉開度增加把手更易控制，但操作中需控制機(jī)組在低轉(zhuǎn)速的時間盡量短。

2.2 調(diào)速系統(tǒng)空載試驗(yàn)及軸承穩(wěn)定性試驗(yàn)操作

調(diào)速系統(tǒng)空載試驗(yàn)主要包含空載態(tài)切換試驗(yàn)、空載擺動試驗(yàn)、空載擾動試驗(yàn)、空載態(tài)故障模擬試驗(yàn)，目的在于測量水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性，優(yōu)選機(jī)組空載運(yùn)行調(diào)節(jié)參數(shù)，使得調(diào)節(jié)過程中既滿足動態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)，又滿足調(diào)節(jié)過程中的速動性的要求[3]；機(jī)組軸承穩(wěn)定性試驗(yàn)?zāi)康氖菣z查機(jī)組各部間隙、安裝質(zhì)量，檢查各部瓦溫是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定、是否均衡。

調(diào)速器空載試驗(yàn)及軸承溫升試驗(yàn)運(yùn)行操作應(yīng)注意以下方面：

（1）在配合維護(hù)部門進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)空載試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書，操作前應(yīng)與維護(hù)部門人員確認(rèn)。

（2）每次進(jìn)行調(diào)速器A/B機(jī)切換、控制方式切換后應(yīng)觀察調(diào)速器各項(xiàng)參數(shù)，無異常時再進(jìn)行下一步操作。

（3）調(diào)速器工作電源切換操作步驟：調(diào)速器控制在“遠(yuǎn)方”“自動”模式，在電源切換過程中嚴(yán)密監(jiān)視調(diào)速器各運(yùn)行參數(shù)。若有異常，立即暫停操作，匯報(bào)試驗(yàn)指揮。

（4）調(diào)速器空載擺動及擾動試驗(yàn)由維護(hù)部門自行進(jìn)行，但運(yùn)行人員需在電氣柜旁監(jiān)視，發(fā)生異常情況及時處理及匯報(bào)。

（5）機(jī)組開機(jī)至空轉(zhuǎn)后，中控室人員應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)視機(jī)組三部軸承瓦溫、油溫變化，并留存記錄，直到軸瓦溫度變化＜1 K/h。

2.3 發(fā)電機(jī)零起升壓操作

發(fā)電機(jī)零起升壓試驗(yàn)，目的在于檢查勵磁系統(tǒng)功能、發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組有無異常、PT回路以及發(fā)電機(jī)電壓保護(hù)是否正確可靠，進(jìn)行PT二次負(fù)載測試、PMU裝置采樣檢查。

發(fā)電機(jī)零起升壓試驗(yàn)運(yùn)行操作的注意事項(xiàng)有：

（1）發(fā)電機(jī)零起升壓前核實(shí)發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘在拉開，其電機(jī)電源斷開。

（2）發(fā)電機(jī)零起升壓前核實(shí)發(fā)電機(jī)電氣一次安措全面拆除，恢復(fù)備用，包括發(fā)電機(jī)機(jī)端PT工作位置、PT二次開關(guān)合上、中性點(diǎn)地刀合上。

（3）確保勵磁系統(tǒng)起勵回路中起勵電源及保險均合上。

（4）水機(jī)后備保護(hù)正常投入，發(fā)電機(jī)保護(hù)中GCB失靈及跳串內(nèi)開關(guān)相關(guān)壓板不投入，其余保護(hù)壓板正常加用。

（5）發(fā)電機(jī)零起升壓采用FCR（電流閉環(huán)）模式，并在零起升壓前將勵磁系統(tǒng)中軟起勵控制字置為0，防止發(fā)電機(jī)全壓起勵。

（6）發(fā)電機(jī)零起升壓嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案要求進(jìn)行，按照10%、25%、50%、75%、100%機(jī)端電壓進(jìn)行遞升。

（7）就地增磁過程中，剛開始每次按下按鈕可持續(xù)2～3 s，在接近25%、50%、75%、100%的5%內(nèi)時，再以較短的時間按下按鈕。升壓過程中，持續(xù)關(guān)注定子電流，正常情況下，升至額定電壓后，定子電流在0.3%額定電流左右，升壓過程中定子電流不能超過0.4%額定電流。

2.4 發(fā)電機(jī)帶主變零起升壓操作

發(fā)電機(jī)帶主變零起升壓試驗(yàn)，目的在于檢查主變壓器及廠高變繞組回路、PT回路以及主變升壓過程中的溫度、噪聲變化情況，檢查發(fā)電機(jī)、變壓器、廠高變有無故障及設(shè)備絕緣情況[4]。

發(fā)電機(jī)帶主變零起升壓試驗(yàn)運(yùn)行操作的注意事項(xiàng)有：

（1）水機(jī)保護(hù)正常投入，發(fā)電機(jī)保護(hù)中GCB失靈及跳串內(nèi)開關(guān)相關(guān)壓板不投入，主變保護(hù)中GCB失靈及跳串內(nèi)開關(guān)相關(guān)壓板不投入，其余保護(hù)壓板正常投入，包含主變非電量保護(hù)。

（2）發(fā)電機(jī)帶主變零起升壓前投入主變技術(shù)供水及主變冷卻器系統(tǒng)，主變冷卻器系統(tǒng)投入后將主變A、B、C相冷卻器控制柜冷卻器全停把手切至“工作”位置、投入主變保護(hù)非電量保護(hù)盤主變冷卻器全停保護(hù)壓板。零起升壓結(jié)束后，因全停壓板投入，故保持主變技術(shù)供水及主變冷卻器系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（3）發(fā)電機(jī)帶主變零起升壓前將機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)器柜后“并網(wǎng)信號閉鎖”投切把手切至“切”，并聯(lián)系維護(hù)部門將GCB開關(guān)到調(diào)速器合閘位置節(jié)點(diǎn)接線解開。

（4）操作發(fā)電機(jī)GCB及出口隔離刀閘，應(yīng)提前向上級調(diào)度部門申請，監(jiān)控系統(tǒng)合GCB及出口隔離刀閘時需滿足相關(guān)閉鎖要求，GCB合閘后現(xiàn)地檢查GCB三相風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況。

（5）發(fā)電機(jī)帶主變零起升壓涉及勵磁系統(tǒng)相關(guān)具體操作及電壓控制與之前發(fā)電機(jī)零起升壓內(nèi)容一致。

2.5 主變接入500 kV系統(tǒng)運(yùn)行操作

主變接入500 kV系統(tǒng)運(yùn)行操作注意事項(xiàng)有：

（1）主變沖擊合閘前應(yīng)聯(lián)系維護(hù)部門檢查瓦斯繼電器內(nèi)有無氣體，檢查主變非電量保護(hù)盤有無重瓦斯、輕瓦斯信號[5]。

（2）主變沖擊合閘前應(yīng)聯(lián)系維護(hù)部門確認(rèn)主變是否已消磁。

（3）主變沖擊合閘前運(yùn)行人員應(yīng)重點(diǎn)檢查主變冷卻器狀態(tài)、主變檔位是否在調(diào)度規(guī)定檔位、主變油位是否在正常范圍內(nèi)、主變以及廠高變本體有無異物、廠高變低壓側(cè)開關(guān)（若有）在“試驗(yàn)”位置斷開且PT保險都已恢復(fù)。

（4）主變轉(zhuǎn)運(yùn)行操作過程應(yīng)嚴(yán)格遵守調(diào)度指令，主變高壓側(cè)開關(guān)合閘前應(yīng)投入選相合閘裝置，主變沖擊合閘后退出選相合閘裝置。

2.6 機(jī)組出口開關(guān)假同期試驗(yàn)操作

機(jī)組出口開關(guān)假同期試驗(yàn)，目的在于檢查機(jī)組出口開關(guān)同期回路的正確性。試驗(yàn)運(yùn)行操作注意事項(xiàng)有：

（1）假同期試驗(yàn)前檢查發(fā)電機(jī)保護(hù)啟動GCB失靈及跳串內(nèi)開關(guān)壓板在退出狀態(tài)。檢查監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)信息軟壓板、水機(jī)后備保護(hù)、主變保護(hù)全部正確投入。

（2）假同期試驗(yàn)前確保GCB出口隔刀電機(jī)電源斷開；將勵磁調(diào)節(jié)柜勵磁系統(tǒng)并網(wǎng)信號閉鎖“投/切”把手切至“切”位置；投入水機(jī)后備保護(hù)柜“GCB假同期試驗(yàn)壓板”；并與維護(hù)部門確認(rèn)GCB至調(diào)速器GCB合閘位置接點(diǎn)已解開[6]。

（3）假同期試驗(yàn)過程中，GCB合閘后應(yīng)檢查GCB冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否正常。

（4）假同期試驗(yàn)需進(jìn)行手動準(zhǔn)同期和自動準(zhǔn)同期試驗(yàn)。手動準(zhǔn)同期在機(jī)組現(xiàn)地控制單元柜進(jìn)行，須嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)定進(jìn)行相關(guān)把手操作，自動準(zhǔn)同期試驗(yàn)時應(yīng)檢查監(jiān)控系統(tǒng)“開機(jī)至假同期并網(wǎng)”條件是否滿足。

（5）自動準(zhǔn)同期試驗(yàn)完成后，保持機(jī)組在空載態(tài)，聯(lián)系維護(hù)部門恢復(fù)GCB開關(guān)至調(diào)速器GCB合閘位置接點(diǎn)；退出水機(jī)后備保護(hù)柜“GCB假同期試驗(yàn)壓板”；勵磁調(diào)節(jié)柜勵磁系統(tǒng)并網(wǎng)信號閉鎖“投/切”把手切至“投”位置。

2.7 機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行操作

機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)，目的在于檢查機(jī)組帶負(fù)荷能力，檢查調(diào)速器有功功率采樣值、導(dǎo)葉開度、機(jī)組頻率等數(shù)值是否正常，檢查監(jiān)控系統(tǒng)有功功率采樣值、導(dǎo)葉開度、機(jī)組頻率等數(shù)值是否正常，控制動作是否正常、靈活。

機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)運(yùn)行操作的注意事項(xiàng)有：

（1）真同期試驗(yàn)前向調(diào)度申請投入發(fā)電機(jī)保護(hù)啟動GCB失靈及跳串內(nèi)開關(guān)壓板。

（2）退出監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組控制畫面“檢修模式”軟壓板，退出安控裝置從機(jī)柜機(jī)組檢修壓板，合上發(fā)電機(jī)出口刀閘電機(jī)電源開關(guān)。

（3）方式調(diào)整到位后，向調(diào)度申請機(jī)組并網(wǎng)，調(diào)度下令后將機(jī)組開機(jī)至并網(wǎng)，并網(wǎng)后檢查一次調(diào)頻功能、PSS等投入是否正常，監(jiān)控系統(tǒng)退出有功閉環(huán)后，在現(xiàn)地調(diào)速器電氣柜進(jìn)行小負(fù)荷試驗(yàn)操作，檢查調(diào)速器功能是否正常，試驗(yàn)完成后將調(diào)速器方式切至“遠(yuǎn)方”“自動”，根據(jù)發(fā)電計(jì)劃曲線進(jìn)行有功調(diào)整。

（4）機(jī)組首次并網(wǎng)后，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注滑環(huán)室碳刷溫度、三部軸承溫度。

3 啟動試驗(yàn)操作優(yōu)化建議

（1）在機(jī)組點(diǎn)動開機(jī)及升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)過程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于95%額定轉(zhuǎn)速時將調(diào)速器電氣柜方式切至“自動”，調(diào)速器自動跟蹤50 Hz頻率，將機(jī)組轉(zhuǎn)速升至100%，這樣升速更加平穩(wěn)，但需要加強(qiáng)關(guān)注，若有異常，應(yīng)立即將調(diào)速器切至“機(jī)手動”。

（2）機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)中，需要現(xiàn)地操作導(dǎo)葉使機(jī)組有功功率在15～20 MW范圍內(nèi)調(diào)整，使得現(xiàn)場操作導(dǎo)葉開度調(diào)整負(fù)荷效果不明顯，建議增大調(diào)節(jié)步長，以更好地觀察調(diào)速器動作效果。

（3）在機(jī)組啟動試驗(yàn)前，將發(fā)變組轉(zhuǎn)至冷備用狀態(tài)后，建議退出監(jiān)控系統(tǒng)“禁止開機(jī)”“檢修模式”軟壓板，同時退出安控裝置從機(jī)柜“機(jī)組檢修”壓板，對真假同期試驗(yàn)沒有影響。

4 結(jié)束語

通過對百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組首次C級檢修后啟動試驗(yàn)五項(xiàng)網(wǎng)下試驗(yàn)和三項(xiàng)涉網(wǎng)試驗(yàn)全流程的總結(jié)，重點(diǎn)針對運(yùn)行人員在整個啟動試驗(yàn)過程中的全流程把控，總結(jié)提煉運(yùn)行人員操作注意事項(xiàng)，并對相關(guān)操作提出優(yōu)化建議，為機(jī)組投入運(yùn)行后的可靠性提供保證，保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。相關(guān)成果可為后續(xù)大型水輪發(fā)電機(jī)組檢修后啟動試驗(yàn)過程中運(yùn)行操作以及持續(xù)探索百萬千瓦級水電機(jī)組運(yùn)行規(guī)律提供參考依據(jù)。

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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

作者簡介：豆松濤，男，工程師，本科，主要研究方向?yàn)樗娬具\(yùn)行、新能源運(yùn)維管理等。E-mail：845407972@qq.com