唐志強(qiáng)

(中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，昆明 650032)

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小型水電機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行試驗(yàn)簡述

唐志強(qiáng)

(中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，昆明 650032)

本文以惠州抽水蓄能電站附屬馬尿寨小型水電機(jī)組為例，主要介紹小型水電機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行試驗(yàn)，為以后類似小型水電機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行提供參考。

小型水電機(jī)組；啟動(dòng)試運(yùn)行；試驗(yàn)

1 概述

馬尿寨小型水電站為惠州抽水蓄能電站附屬工程。電站水電機(jī)組相關(guān)信息如下:水輪機(jī)型號(hào):ZDJP502-LJ-60，直徑60 cm。水輪機(jī)為軸流定槳式，金屬蝸殼，與發(fā)電機(jī)法蘭連接。在額定水頭11.2 m時(shí)，額定出力不小于178 kW。發(fā)電機(jī)型號(hào):SF160-8/740，額定功率:160 kW；額定電壓:400 V；額定電流:289 A；額定頻率:50 Hz；額定功率因數(shù):0.8；額定轉(zhuǎn)速:750 r/min；相數(shù):3相；絕緣等級(jí):F級(jí)。

2 壓力鋼管及技術(shù)供水系統(tǒng)充水試驗(yàn)

2011年5月16日，壓力鋼管首次充水，打開檢修旁通閥，對(duì)引水壓力鋼管充水，蝶閥以及連接部件無漏水現(xiàn)象。依次打開檢修閥、旁通閥、蝶閥，蝶閥連接部位、頂蓋及主軸密封無漏水現(xiàn)象。旁通閥打開時(shí)間14 S，關(guān)閉時(shí)間14 S；蝶閥打開時(shí)間30 S，關(guān)閉時(shí)間30 S，符合要求。開啟技術(shù)供水增壓泵，對(duì)主軸密封和推力軸承冷卻系統(tǒng)管路進(jìn)行充水。技術(shù)供水進(jìn)水壓力約0.10 MPa，增壓泵出口壓力0.305 MPa，減壓閥出口壓力0.20 MPa，技術(shù)供水系統(tǒng)的供水壓力按照設(shè)計(jì)要求調(diào)整為0.20 MPa。

3 機(jī)組啟動(dòng)和空轉(zhuǎn)試驗(yàn)

3.1 機(jī)組首次啟動(dòng)至空轉(zhuǎn)試驗(yàn)

5月17日，首次啟機(jī)至空轉(zhuǎn)，打開調(diào)速器液壓閥，轉(zhuǎn)速升到35%，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)碳刷有異常響聲，立即停機(jī)并處理異常。次日啟機(jī)，機(jī)組轉(zhuǎn)速逐漸升到50%，碳刷異常響聲消失，穩(wěn)定約10 min后，水導(dǎo)部位大軸的擺度為0.03 mm。轉(zhuǎn)速升到75%，水導(dǎo)部位大軸的擺度為0.05 mm，持續(xù)10 min后停機(jī)。至此，機(jī)組首次啟機(jī)至空轉(zhuǎn)成功。

3.2 額定轉(zhuǎn)速下溫升試驗(yàn)

5月19日15∶00啟機(jī)至額定轉(zhuǎn)速，進(jìn)行溫升試驗(yàn)，密切監(jiān)視推力瓦、主軸密封的溫度及水導(dǎo)、頂蓋振動(dòng)擺度。額定轉(zhuǎn)速下推力瓦及主軸密封溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，推力瓦溫升曲線如圖1所示，額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)速機(jī)組振動(dòng)擺度監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示。17∶40機(jī)組升到額定轉(zhuǎn)速的140%，檢測機(jī)組過速停機(jī)、關(guān)導(dǎo)葉和進(jìn)水閥，并檢測下導(dǎo)、水導(dǎo)的振動(dòng)。

表1 額定轉(zhuǎn)速下推力瓦及主軸密封溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)(時(shí)間:2011-05-19)Tab.1 The thrust tile and the spindle seal temperature rise test data under rated speed (time: May 19, 2011)

圖1 推力瓦溫升曲線圖Fig.1 Thrust tile temperature rise curve

表2 額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)速機(jī)組振動(dòng)擺度監(jiān)測數(shù)據(jù)Tab.2 The speed unit vibration swing monitoring data under rated speed

3.3 115% 過速試驗(yàn)

5月19日14:00在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行75 min后推力瓦溫度穩(wěn)定。繼續(xù)運(yùn)行到17∶30完成額定轉(zhuǎn)速下溫升試驗(yàn)后，進(jìn)行過速試驗(yàn)，檢測115%過速報(bào)警信號(hào)，信號(hào)動(dòng)作正確。推力瓦及主軸密封溫度如表3所示，水導(dǎo)振動(dòng)擺度、發(fā)電機(jī)本體及下機(jī)架的振動(dòng)如表4所示。

表3 115%過速時(shí)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)Tab.3 115% over-speed temperature monitoring data

表4 振動(dòng)擺度監(jiān)測Tab.4 Vibration swing monitoring

3.4 140%過速試驗(yàn)

5月19日17∶40機(jī)組升到額定轉(zhuǎn)速的140%，繼續(xù)對(duì)機(jī)組進(jìn)行140%過速試驗(yàn)，檢測機(jī)組過速停機(jī)、關(guān)導(dǎo)葉和進(jìn)水閥，并在140%過速時(shí)監(jiān)測發(fā)電機(jī)基座的振動(dòng)如表5所示。140%過速動(dòng)作于停機(jī)。

表5 溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)Tab.5 Temperature monitoring data

3.5 短路試驗(yàn)

5月20日上午，啟機(jī)前對(duì)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣測試，滿足絕緣要求。在發(fā)電機(jī)出口斷路器側(cè)設(shè)置三相短路板，勵(lì)磁變電源改為系統(tǒng)供電，勵(lì)磁系統(tǒng)的PT采樣電壓改為系統(tǒng)電壓。手動(dòng)啟機(jī)到額定轉(zhuǎn)速，導(dǎo)葉開度42%，勵(lì)磁工作于B通道電流調(diào)節(jié)模式，由手動(dòng)增/減勵(lì)磁，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路試驗(yàn)，升流到120%額定電流后，再返回。短路試驗(yàn)完成后，修改保護(hù)過流1段定值，改為30%Ie=86A，發(fā)電機(jī)電流升流到86A時(shí)保護(hù)動(dòng)作于停機(jī)，關(guān)導(dǎo)葉、進(jìn)水閥。

3.5.1 發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示，發(fā)電機(jī)短路特性曲線如圖2所示，發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)振動(dòng)、擺度監(jiān)測值如表7所示。

表6 發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.6 Generator short-circuit characteristic test data

圖2 發(fā)電機(jī)短路特性曲線圖Fig.2 Generator short circuit characteristic curve

表7 發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)振動(dòng)、擺度監(jiān)測值Tab.7 Generator short-circuit test vibration, swing monitoring value

3.5.2 發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)電流回路檢查

發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)二次側(cè)電流測試值如表8所示。

表8 發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)二次側(cè)電流測試值Tab.8 Generator short-circuit test secondary side current test value

注: CT變比 400/5 Ie=289A (Ie發(fā)電機(jī)額定電流)

3.6 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)

5月23日下午15∶35發(fā)電機(jī)啟動(dòng)前對(duì)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣測試。測試結(jié)果滿足絕緣要求。啟機(jī)到額定轉(zhuǎn)速，導(dǎo)葉開度42%，勵(lì)磁工作于B通道電流調(diào)節(jié)模式，由手動(dòng)增/減勵(lì)磁，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓試驗(yàn)，升壓到120%額定電壓，再返回。(因?yàn)閯?lì)磁調(diào)節(jié)器最小只能調(diào)節(jié)到20%的額定電壓，低于20%額定電壓無法試驗(yàn))?？蛰d試驗(yàn)完成后，通過監(jiān)控自動(dòng)停機(jī)，關(guān)導(dǎo)葉、進(jìn)水閥?？蛰d試驗(yàn)推力瓦溫升為39.2 ℃。

3.6.1 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表9所示，發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)曲線如圖3所示。

表9 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.9 Generator no-load characteristics test data

圖3 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)曲線圖Fig.3 Generator no-load characteristics test curve

3.6.2發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)電壓回路檢查

發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)二次側(cè)電壓回路電壓檢測值如表10所示。

表10 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)二次側(cè)電壓回路電壓檢測值Tab.10 Generator no-load characteristic test secondary side voltage circuit voltage detection value

注: PT 變比 380/100=3.8 Ue=400 V

3.7 發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)

勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)置A/B兩套調(diào)節(jié)裝置，A通道為主用，B套為備用，A套為恒壓調(diào)試方式，B套為主恒流調(diào)試方式，A套有故障時(shí)，自動(dòng)切換到B套。第一，過電壓限制。調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓到480 V時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，限制電壓繼續(xù)升高。第二，A通道軟起勵(lì)。起勵(lì)時(shí)間設(shè)定1 S(外部直流電12 V通入轉(zhuǎn)子繞組的時(shí)間)，自動(dòng)起勵(lì)到發(fā)電機(jī)電壓為400 V時(shí)停止，勵(lì)磁電流為73 A，勵(lì)磁電壓為17.3 V。第三，A通道電網(wǎng)跟蹤。發(fā)電機(jī)電壓自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)電壓，工作正常。第四，通道切換試驗(yàn)。A通道切換B通道，B通道切換A通道，工作正常，電壓無波動(dòng)。第五，B通道0起升壓試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)電壓可以從20%Ue手動(dòng)升壓到120%Ue，工作正常。

3.8 調(diào)速器試驗(yàn)

參數(shù)設(shè)置:P=2.0 ，I=0.20，D=0.50，E=0.4%，bp=3.0%。放大倍數(shù)15；正向補(bǔ)償限幅: 20.00，反向補(bǔ)償限幅: 20.00；油泵啟動(dòng)油壓14 MP，油泵停止油壓16 MP；導(dǎo)葉打開時(shí)間21 S，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間7.7 S。調(diào)速器空載擾動(dòng)試驗(yàn)±2%，±4%，調(diào)速器工作平穩(wěn)。

4 機(jī)組并網(wǎng)、甩負(fù)荷試驗(yàn)

4.1 手動(dòng)/自動(dòng)、開/停機(jī)及并網(wǎng)試驗(yàn)

5月24日上位機(jī)分步依次開機(jī)到空轉(zhuǎn)、空載、并網(wǎng)，啟機(jī)成功。并網(wǎng)30 min，手動(dòng)分步停機(jī)，分別操作跳發(fā)電機(jī)斷路器、跳勵(lì)磁開關(guān)、關(guān)調(diào)速器、關(guān)進(jìn)水閥、關(guān)冷卻水，停機(jī)成功。

4.2 50% 甩負(fù)荷試驗(yàn)

5月24日17∶10啟機(jī)并網(wǎng)，帶50%負(fù)荷，P=80 KW， Q=14.4KRVA，導(dǎo)葉開度61.4%，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，按緊急停機(jī)按鈕，甩50%負(fù)荷，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到833 rpm，為額定轉(zhuǎn)速1.15倍。發(fā)電機(jī)50%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)振動(dòng)、擺度監(jiān)測值如表11所示。

表11 發(fā)電機(jī)50%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)振動(dòng)、擺度監(jiān)測值Tab.11 50% load test of generator vibration, swing monitoring value

4.3 發(fā)電機(jī)負(fù)載勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)

5月24日17:10啟機(jī)并網(wǎng)，帶50%負(fù)荷，P=80 KW， Q=14.4KRVA ，導(dǎo)葉開度61.4%。

第一，通道切換試驗(yàn)。A通道切換B通道，B通道切換A通道，工作正常，電壓無波動(dòng)。第二，過流限制。5月25日9∶15開機(jī)，自動(dòng)開機(jī)并網(wǎng)，帶100%負(fù)荷，P=160.2 KW，Q=114.4 KRVA，COSφ=0.815，導(dǎo)葉開度61.4%。第三，UL=29.66 V ，IL=143.5 A。額定負(fù)荷下，勵(lì)磁電流為145 A，過勵(lì)磁整定為1.1倍，160 A過勵(lì)保護(hù)動(dòng)作正常。

4.4 100% 甩負(fù)荷試驗(yàn)

5月25日9∶15啟機(jī)并網(wǎng)，帶100%負(fù)荷，P=160.2 KW， Q=114.4 KRVA ，COSφ=0.815，導(dǎo)葉開度88.5%，10∶20機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，按緊急停機(jī)按鈕，甩100%負(fù)荷，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到1 075 rpm，為額定轉(zhuǎn)速的1.43倍。140%過速動(dòng)作，機(jī)組停機(jī)，關(guān)球閥、導(dǎo)葉、跳勵(lì)磁開關(guān)，發(fā)電機(jī)100%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)振動(dòng)、擺度監(jiān)測值如表12所示。

表12 發(fā)電機(jī)100%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)振動(dòng)、擺度監(jiān)測值Tab.12 100% load test of generator vibration, swing monitoring value

4.5 發(fā)電機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)

5月24日啟機(jī)并網(wǎng)，設(shè)定有功50%額定負(fù)荷，調(diào)整負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)，使負(fù)荷穩(wěn)定在80 KW。設(shè)定負(fù)荷到80 KW(60 KVAR)→120 KW(90 KVAR)→160 KW(120 KVAR)→120 KW(90 KVAR)→80 KW(60 KVAR)。發(fā)電機(jī)負(fù)荷調(diào)整運(yùn)行穩(wěn)定。

4.6 發(fā)電機(jī)100%負(fù)荷溫升試驗(yàn)

5月25日12∶45啟機(jī)，帶160 KW，無功120 KVAR進(jìn)行溫升試驗(yàn)，并記錄100%負(fù)載下溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表13、表14所示，繪制溫升曲線如圖4所示。

表13 100%負(fù)載下溫升試驗(yàn)溫度數(shù)據(jù)Tab.13 Temperature rise test temperature data under 100% load

表14 溫升試驗(yàn)時(shí)振動(dòng)、擺度監(jiān)測值(發(fā)電機(jī)100%負(fù)荷3.5 h)Tab.14 The vibration, swing monitoring value under temperature rise test (generator under 100% load for 3.5 hours)

圖4 溫升曲線圖Fig.4 Temperature rise curve chart

推力瓦溫度為測溫電阻測量值，發(fā)電機(jī)定子鐵芯、主軸密封溫度采用測溫槍測量。帶100%負(fù)荷運(yùn)行3.5 h，推力瓦溫度穩(wěn)定在52.6 ℃，發(fā)電機(jī)定子鐵芯溫度穩(wěn)定在60.6 ℃，主軸密封溫度穩(wěn)定在30.6 ℃。

5 72 h試運(yùn)行

6月2日14∶00啟機(jī)，14∶09帶滿負(fù)載，進(jìn)入72 h試運(yùn)行。應(yīng)電廠要求，在進(jìn)水壓力鋼管上安置超聲波流量計(jì)，對(duì)機(jī)組流量進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，為電站的庫容量估算提供計(jì)算數(shù)據(jù)。6月4日8∶25，機(jī)組出力P=96 kW，Q=58.4 kVAR，導(dǎo)葉開度=92%，水電機(jī)組運(yùn)行了42 h 25 min，水位下降了約4 m，黑啟動(dòng)啟機(jī)，對(duì)小水庫進(jìn)行補(bǔ)水。6月5日14∶10 機(jī)組運(yùn)行滿72 h。72 h試運(yùn)行期間機(jī)組各部位溫度、振動(dòng)擺度、流量顯示正常，機(jī)組轉(zhuǎn)速750 r/min，最大流量6 433 m3/h ，最小流量4 568.35 m3/h，平均流量5 020 m3/h。72 h試運(yùn)行主要數(shù)據(jù)如表15和表16所示。

表15 72 h試運(yùn)行主要數(shù)據(jù)(一)Tab.15 The main data of 72 h trial operation (a)

表16 72 h試運(yùn)行主要數(shù)據(jù)(二)Tab.16 The main data of 72 h trial operation (b)

6 結(jié)語

馬尿寨小水電機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行至今，水電機(jī)組一直安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為電網(wǎng)持續(xù)供電。各設(shè)備運(yùn)行工況良好，說明水電機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行試驗(yàn)成功。

Brief introduction to trial operation of small hydropower station

TANG Zhi-qiang

(Electrical and Mechanical Installation Division, China Water Resources and Hydropower Engineering Corporation, Kunming 650032, China)

In this paper, taking the Huizhou Pumped Storage Power Station which is a small hydropower unit attached to Maliaosai as an example. It mainly introduces the trial operation of small hydropower generating units, which can provide reference for the future operation of small hydropower units.

Small hydropower unit; Trial operation; Test

2017-02-24

唐志強(qiáng)(1986-)，男，本科，助理工程師。

TV737

A

1674-8646(2017)08-0048-05