陳泓宇，劉 旸，何偉晶，宋繼男，程振宇

（1.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511853；2.東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020；3.阿爾斯通水電設(shè)備（中國）有限公司，天津 300300）

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組調(diào)試遇到的問題及分析

陳泓宇1，劉 旸2，何偉晶1，宋繼男3，程振宇1

（1.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511853；2.東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020；3.阿爾斯通水電設(shè)備（中國）有限公司，天津 300300）

針對(duì)清遠(yuǎn)抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組調(diào)試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)并處理的主要問題進(jìn)行分析和總結(jié)，為今后機(jī)組的運(yùn)行及抽水蓄能新機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造積累了經(jīng)驗(yàn)。

蓄能電站；機(jī)組調(diào)試；分析；經(jīng)驗(yàn)

1 前言

未來10年，我國抽水蓄能電站工程建設(shè)將進(jìn)入高速發(fā)展期，新增裝機(jī)容量約5400萬kW?！笆濉逼陂g，國家將開工建設(shè)20余座百萬級(jí)抽水蓄能電站，蓄能機(jī)組邁向700m水頭和40萬kW級(jí)別，主輔機(jī)設(shè)備將全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。大型抽水蓄能電站大都采用的是高水頭、大容量、高轉(zhuǎn)速的可逆式蓄能機(jī)組，機(jī)組運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換頻繁，控制流程復(fù)雜，調(diào)試難度大和周期長，雙機(jī)甩負(fù)荷、多機(jī)甩負(fù)荷、球閥動(dòng)水關(guān)閉等大型試驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)高，大型抽水蓄能電站設(shè)計(jì)與調(diào)試越來越重要。總結(jié)和研究大型抽水蓄能電站調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)，可為國內(nèi)外同類電站提供有益的參考，具有重大的意義。

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組設(shè)備在制造和安裝期間對(duì)品控要求嚴(yán)格，調(diào)試進(jìn)展順利，52d完成了首臺(tái)機(jī)組全部調(diào)試項(xiàng)目，但在調(diào)試過程中也發(fā)現(xiàn)一些缺陷和問題，首臺(tái)機(jī)組的調(diào)試也基本能暴露出設(shè)計(jì)上的缺陷和問題。本文針對(duì)機(jī)組調(diào)試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的主要問題進(jìn)行分析，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，希望能給在建或擬建蓄能電站機(jī)組調(diào)試提供有益的借鑒。

2 水泵水輪機(jī)調(diào)試遇到的問題及處理

（1）壓水供氣液壓閥及球閥下游密封鎖定在停機(jī)狀態(tài)自行退出的故障

2015年9月5日1號(hào)機(jī)組動(dòng)態(tài)調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)壓水供氣液壓閥20DA2在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下自行開啟，造成壓水氣罐非工作狀態(tài)向尾水管供氣的異?，F(xiàn)象；同時(shí)，進(jìn)水閥下游密封鎖定也自動(dòng)退出。經(jīng)分析和測(cè)試，這是由于調(diào)速器液壓系統(tǒng)在停機(jī)狀態(tài)下，油泵停止運(yùn)行、隔離閥關(guān)閉，主配壓閥滲漏、泄壓而使調(diào)速器液壓系統(tǒng)管路失壓所致。因此，在消缺期間對(duì)其進(jìn)行了改造，除主配壓閥供給油路外，將經(jīng)主要電磁閥的壓力油主管路直接與壓力油罐連接，并在連接處設(shè)置一個(gè)常開的截止閥，確保大部分電磁閥在機(jī)組停機(jī)時(shí)也能一直保持油壓狀態(tài)，詳見圖1。

上述技術(shù)改造不但解決了機(jī)組停止時(shí)壓水供氣液壓閥20DA2自行開啟和進(jìn)水閥密封鎖定自動(dòng)退出的故障，還能根據(jù)需要進(jìn)行水泵水輪機(jī)液壓排氣閥20EA1，20EA2的開閉操作。同時(shí)也確認(rèn)，在24h內(nèi)壓力油罐的油壓僅降低了0.05MPa，油面降低值沒有超過2mm，全方位達(dá)到了改造的預(yù)期效果。

（2）控制環(huán)導(dǎo)向塊銅沉頭螺栓剪斷

2015年10月9日1∶17做回水建壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一塊控制環(huán)內(nèi)側(cè)固定導(dǎo)向滑塊的銅沉頭螺栓全部被剪斷，導(dǎo)向塊滑出。經(jīng)研究分析，決定采取在導(dǎo)向滑動(dòng)塊左右兩側(cè)加焊止動(dòng)塊、螺釘設(shè)計(jì)優(yōu)化、安裝加強(qiáng)控制等處理措施，同時(shí)對(duì)更換后的銅沉頭螺栓做材料抗拉強(qiáng)度檢查，要求抗拉強(qiáng)度≥390MPa，詳見圖2和圖3，安裝時(shí)仔細(xì)清理控制環(huán)和導(dǎo)向滑塊摩擦面，要求滑動(dòng)面無油漆，重新進(jìn)行復(fù)核力矩的開關(guān)導(dǎo)葉試驗(yàn)，證實(shí)控制環(huán)運(yùn)行正常無卡阻現(xiàn)象。自1號(hào)機(jī)組投商運(yùn)以來運(yùn)行情況良好，其他機(jī)組也采取了同樣的方案，有效防范了因安裝、設(shè)計(jì)等原因造成過大的摩擦力傳遞到其固定的螺釘上導(dǎo)致螺釘斷裂的隱患。

圖1 增加壓力油主管路直接與壓力油罐連接示意圖

圖2 更換前后銅沉頭螺栓對(duì)比

（3）1號(hào)機(jī)組調(diào)試過程中PC轉(zhuǎn)P時(shí)水輪機(jī)噪音偏大

PC轉(zhuǎn)P回水調(diào)試過程，水機(jī)發(fā)出尖銳的汽笛聲，查看監(jiān)控SOE和現(xiàn)場(chǎng)水車室實(shí)測(cè)，有以下現(xiàn)象：①建壓壓力到達(dá)4.2MPa左右，聲音開始突然增大，持續(xù)時(shí)間約有7s；②導(dǎo)葉打開一定開度后，噪音瞬間消失。

圖3 止動(dòng)塊焊接示意圖

水泵在回水建壓完成狀態(tài)下，轉(zhuǎn)輪側(cè)受到的閉壓力比蝸殼側(cè)的壓力要高，在這個(gè)狀態(tài)下通過打開導(dǎo)葉能夠順暢的切換到抽水運(yùn)行工況。因此，在水泵啟動(dòng)時(shí)回水建壓完成的狀態(tài)下，由于轉(zhuǎn)輪側(cè)的壓力比蝸殼側(cè)壓力高，變成了活動(dòng)導(dǎo)葉開方向的力矩在作用。轉(zhuǎn)輪側(cè)閉壓力和蝸殼側(cè)壓力的相互作用是噪音產(chǎn)生的主因。因此分析認(rèn)為將轉(zhuǎn)P工況運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間縮短，并迅速打開活動(dòng)導(dǎo)葉的方法是有效的。

為了盡量抑制噪音的發(fā)生，決定降低回水壓力63WP的設(shè)定值，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，回水壓力63WP的最終設(shè)定值調(diào)至了4.0MPa，噪音持續(xù)時(shí)間只有0.5s以下，而且機(jī)組在運(yùn)行期間各種水頭下均基本消除了這種噪音。

3 電動(dòng)發(fā)電機(jī)調(diào)試遇到的問題及處理

（1）高壓油頂起裝置壓力下降

1號(hào)機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)試初始，機(jī)組啟動(dòng)打開導(dǎo)葉的過程中，推力軸承高壓油頂起裝置注油泵出口壓力多次從靜態(tài)調(diào)試過程中的整定值12.8~13.2MPa（設(shè)計(jì)值為13.7MPa）下降至低于10.8MPa的跳機(jī)整定值，導(dǎo)致機(jī)組QSD動(dòng)作，造成啟動(dòng)失敗。

經(jīng)分析，采取調(diào)整各塊推力瓦接通油路上的節(jié)流閥調(diào)節(jié)各塊推力瓦注油壓力、流量的方法，直至各推力瓦溢油量無明顯差異，并檢測(cè)各推力瓦油膜厚度予以驗(yàn)證。最終按溢流閥溢流壓力13.7MPa、高壓注油泵出口壓力下限10.8MPa、單塊推力瓦流量相互差值不大于100mL/min的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了調(diào)整，機(jī)組投入運(yùn)行實(shí)測(cè)機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行后高壓注油泵壓力一直波動(dòng)在12.97~13.56MPa，平均穩(wěn)定值為13.3 MPa＞跳機(jī)整定值10.8MPa，推力瓦頂起高度（相當(dāng)于油膜厚度）為0.09mm，均符合設(shè)計(jì)要求。

通過正確有序的調(diào)整，使得推力軸承高壓油頂起裝置進(jìn)入安全高效狀態(tài)，能夠保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）定子集電環(huán)側(cè)絕緣盒環(huán)氧滲出的現(xiàn)象

在1號(hào)機(jī)組調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)定子集電環(huán)側(cè)絕緣盒環(huán)氧有40多處滲出的現(xiàn)象，2015年10月23日G工況溫升結(jié)束后，點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)貼上的測(cè)溫條情況：絕緣盒溫度100℃，線棒上＞110℃。

為尋找發(fā)生流膠的具體位置并分析流膠的原因，要求廠家將典型的流膠絕緣盒解剖，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)分析。從絕緣盒解剖情況看，存在流膠問題的只是絕緣盒底部作為防止主體環(huán)氧樹脂灌注時(shí)漏出的環(huán)氧膩?zhàn)樱^緣盒內(nèi)作為主體絕緣的灌注環(huán)氧樹脂的固化狀態(tài)良好。

因此底部流膠的絕緣盒滿足絕緣要求，判斷流膠是由于灌膠前用于封堵的環(huán)氧膩?zhàn)訑嚢璨痪斐傻?，而主絕緣的環(huán)氧樹脂狀態(tài)良好，不需要做處理，清掃干凈流出的流膠可以長期運(yùn)行。

（3）上導(dǎo)磁翻板油位計(jì)故障

2015年，在9月18日20∶39啟機(jī)進(jìn)行電氣制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)上導(dǎo)磁翻板油位計(jì)被磁化誤動(dòng)和監(jiān)控顯示不穩(wěn)定，經(jīng)分析后采用上導(dǎo)油位計(jì)移出定子機(jī)座外的辦法，得到解決。

（4）機(jī)組定子線圈溫度變化跳變不穩(wěn)定

1號(hào)機(jī)組調(diào)試過程，當(dāng)定子電流升高后，發(fā)現(xiàn)定子RTD溫度特別是線棒中部溫度測(cè)值上下波動(dòng)達(dá)30多℃，定子電流降低后，測(cè)值又恢復(fù)穩(wěn)定，判斷為干擾因素影響。檢查發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)機(jī)坑端子箱和機(jī)坑外控制柜的電纜屏蔽線均兩頭接地，定子RTD有兩個(gè)接地點(diǎn)形成了干擾信號(hào)，解除機(jī)坑端子箱電纜屏蔽線接地，防止溫度跳變的措施有兩個(gè)：①將發(fā)電機(jī)中間層風(fēng)洞里邊的電子線圈端子箱中的屏蔽層接地端不接地，CSCS的配電柜端的屏蔽層接地端接地。這樣PT100測(cè)量回路屏蔽層一端接地保證無共模電壓干擾。②由于會(huì)有一部分電磁干擾，因此在PLC測(cè)量模塊的軟件中設(shè)置channelhardwarefilter方式，信號(hào)強(qiáng)度選擇strong。并在軟件用梯度中位值平均濾波法處理，定子RTD溫度恢復(fù)正常。運(yùn)行以來一直穩(wěn)定。

4 進(jìn)水閥和調(diào)速器的問題

（1）進(jìn)水閥完成開啟步驟無法關(guān)閉的故障

2015年8月29日1號(hào)機(jī)組在調(diào)試期間進(jìn)行球閥啟閉試驗(yàn),當(dāng)球閥完成開啟步驟進(jìn)行關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)無法關(guān)閉的現(xiàn)象，需要手動(dòng)關(guān)閉操作水的手動(dòng)閥,并將操作水手動(dòng)泄壓后，球閥才能關(guān)閉。初步分析系主配壓閥關(guān)腔側(cè)彈簧作用力偏小，不足以克服水流壓力，造成進(jìn)水閥機(jī)械控制柜主配壓閥無法動(dòng)作，從而導(dǎo)致進(jìn)水閥不能自動(dòng)關(guān)閉。經(jīng)過疊加彈簧多次試驗(yàn)，當(dāng)疊加的彈簧壓縮至454mm高度時(shí)主配能正常動(dòng)作而關(guān)閉進(jìn)水閥，證實(shí)了之前的分析判斷正確。

最終，對(duì)球閥主配壓閥閥芯尺寸和彈簧進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)改造，使得閥芯在開啟狀態(tài)時(shí)保持開啟的力從原來的47262N減小至14982N。即使機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)7.69MPa的水錘壓力，閥芯保持開啟的力也從原來的64441N減小為20438N；加上閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)密封條的摩擦力，閥芯保持開啟的最大力達(dá)到20438+4933=25371N。同時(shí)對(duì)彈簧進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，使其復(fù)歸力增大到8214N。至此，球閥主配壓閥完全具備了自主關(guān)閉功能。

目前清蓄電站1號(hào)～4號(hào)機(jī)組主配壓閥芯、襯套及復(fù)歸彈簧已全部更換完成，其在機(jī)組運(yùn)行過程中使用情況一切正常。

（2）導(dǎo)葉在慢關(guān)段出現(xiàn)快關(guān)異常

由于調(diào)節(jié)保證計(jì)算要求，導(dǎo)葉快關(guān)段關(guān)閉時(shí)間8.4s，慢關(guān)時(shí)間91s，拐點(diǎn)76%，快關(guān)段和慢關(guān)段關(guān)閉速度差別約10.8倍，調(diào)節(jié)器計(jì)算的開度受到慢關(guān)時(shí)間所決定的機(jī)械節(jié)流片的限制，當(dāng)機(jī)組在80MW下甩負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)葉開度從36.41%降到0的波形中明顯觀察到有一段快關(guān)之后才進(jìn)入到慢關(guān)的異常狀態(tài)（圖4）。

圖4 回油管未加單向閥前甩1/4負(fù)荷

經(jīng)分析，采取了在回油管上加單向閥的方法解決了這個(gè)問題。如圖5，改進(jìn)后關(guān)閉規(guī)律符合調(diào)保計(jì)算的要求，沒有快關(guān)段，從而有效平衡了引水系統(tǒng)過壓和機(jī)組過速。

圖5 回油管加單向閥后甩1/4負(fù)荷

同時(shí)，我們還注意到，機(jī)組在76%開度以下調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)，由于機(jī)組具有慣性，在升負(fù)荷過程中負(fù)荷容易超調(diào)。這可通過增加接力器的開機(jī)時(shí)間,即使開機(jī)時(shí)間和慢關(guān)段時(shí)間達(dá)到一個(gè)合適的比例予以解決。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于高水頭，多機(jī)一管的引水系統(tǒng)慢關(guān)相對(duì)較慢的機(jī)組的調(diào)速器設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的借鑒意義。

5 其他輔助設(shè)備調(diào)試遇到的問題及處理

（1）SFC變壓器保護(hù)勵(lì)磁涌流誤動(dòng)

處理方法：投入交叉閉鎖功能，即在A、B、C任意一相監(jiān)測(cè)到二次或高次諧波，即閉鎖其他兩相，以防止誤動(dòng)。

（2）SFC拖動(dòng)PC工況首轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)

2015年9月29日12∶20進(jìn)行SFC拖動(dòng)PC工況首轉(zhuǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，方向與發(fā)電工況一致；由于啟動(dòng)硬母線設(shè)計(jì)時(shí)未考慮換向，如重新?lián)Q向工程量大，且耽誤時(shí)間；故2015年10月3日通知ABB公司派專人修改了程序。修改程序后于10月3日11∶00PC啟動(dòng)、11∶01SFC啟動(dòng)完成，機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向正確。

（3）高壓頂起油泵交流開關(guān)異常脫扣

處理方法：由于西門子交流電機(jī)啟動(dòng)電流實(shí)測(cè)值偏高，超出設(shè)計(jì)手冊(cè)啟動(dòng)倍數(shù)，按啟動(dòng)電流實(shí)測(cè)值調(diào)整開關(guān)型號(hào)。

（4）當(dāng)TB70流程換相刀分閘令發(fā)出后換相刀未分開

處理方法：將換相刀閘的分閘控制邏輯做如下修訂：滿足以下所有條件時(shí)，出口發(fā)出“斷開換相刀閘命令”（Q1.4）：①機(jī)組停機(jī)流程相關(guān)步命令（需保持到換相刀閘已斷開）；②換相刀閘可用；③GCB在斷開位置；④拖動(dòng)刀閘在斷開位置；⑤啟動(dòng)刀閘在斷開位置；⑥換相刀閘不在斷開位置。

6 結(jié)束語

本文匯集了清遠(yuǎn)抽水蓄能電站調(diào)試過程中遇到的主要問題和解決辦法，經(jīng)1~4號(hào)機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行情況證明解決辦法是成功的，為今后機(jī)組的運(yùn)行及抽水蓄能新機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造積累了經(jīng)驗(yàn)：

（1）蓄能機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試涉及專業(yè)面廣、安全風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)復(fù)雜、組織難度大。做好啟動(dòng)組織、技術(shù)措施研究，制定詳細(xì)、操作性強(qiáng)的啟動(dòng)調(diào)試大綱和技術(shù)措施方案并嚴(yán)密組織實(shí)施是確保機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試安全質(zhì)量的關(guān)鍵。

（2）大型抽水蓄能機(jī)組輔助設(shè)備，包括自動(dòng)化零件的可靠性對(duì)機(jī)組整體調(diào)試有著重要影響，在招標(biāo)階段就應(yīng)對(duì)這部分設(shè)備嚴(yán)格控制。同時(shí)，機(jī)組靜態(tài)調(diào)試，特別是首臺(tái)機(jī)組涉及相關(guān)公用設(shè)備調(diào)試，應(yīng)盡可能提前規(guī)劃開展。

（3）新機(jī)調(diào)試是一項(xiàng)工作量巨大、系統(tǒng)復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)不安全及不可控因素眾多的工作，為了保證新機(jī)調(diào)試的有序開展，應(yīng)對(duì)設(shè)備調(diào)試過程各方職責(zé)、調(diào)試各階段主要工作內(nèi)容和流程進(jìn)行系統(tǒng)思考及梳理。

（4）由于清蓄電站為單回路出線設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行多機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)，安全風(fēng)險(xiǎn)較高,要特別采取相應(yīng)的安全防范應(yīng)急措施。尤其是水力調(diào)保計(jì)算擬請(qǐng)第三方復(fù)核，并制定詳細(xì)試驗(yàn)方案，試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)復(fù)核沒有問題后才能進(jìn)行下一步。

（5）大型抽水蓄能機(jī)組主機(jī)設(shè)備一般很難兼顧機(jī)組效率和無葉區(qū)脈動(dòng)要求，目前調(diào)研三十多個(gè)抽水蓄能電站，極少能完全滿足合同要求。而清遠(yuǎn)抽水蓄能4臺(tái)機(jī)組經(jīng)試驗(yàn)表明在額定工況和水頭下無葉區(qū)脈動(dòng)試驗(yàn)5.8%，小于合同7%，模型試驗(yàn)最高效率水輪機(jī)91.7%，水泵91.56%，均滿足合同要求，也為后續(xù)蓄能電站機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)提供了樣板。

[1]白延年.水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2]何少潤，陳泓宇.清遠(yuǎn)抽水蓄能電站主機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝修改意見綜述[J].水電與抽水蓄能，2016(5).

[3]陳泓宇.清遠(yuǎn)抽水蓄能電站三臺(tái)機(jī)組同甩負(fù)荷試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].水電與抽水蓄能，2016(5).

[4]杜榮幸，陳梁年，德宮健男，等.清遠(yuǎn)抽水蓄能電站長短葉片轉(zhuǎn)輪水泵水輪機(jī)研究及模型試驗(yàn) [J].水電站機(jī)電技術(shù)，2015(2)：12-15.

TV743

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1672-5387（2017）05-0080-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.05.020

2016-07-20

陳泓宇（1975-），男，工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行檢修和基建工作。