GB/T18482《可逆式抽水蓄能機組啟動試運行規(guī)程》修訂中的重大問題研究

付元初

（中國水利水電建設(shè)集團公司，北京 100044）

GB/T18482《可逆式抽水蓄能機組啟動試運行規(guī)程》修訂中的重大問題研究

付元初

（中國水利水電建設(shè)集團公司，北京 100044）

對GB/T18482-2001《可逆式抽水蓄能機組啟動試驗規(guī)程》修訂的主要內(nèi)容和重大問題進行分析、介紹，以期在使用中更好地發(fā)揮國家標準的指導作用。

可逆式蓄能機組；水泵啟動；試驗；規(guī)范

0 前言

《可逆式抽水蓄能機組啟動試驗規(guī)程》GB/T18482-2001（以下簡稱原標準）頒發(fā)使用已有10年，該標準是當時國內(nèi)已建抽水蓄能電站可逆式機組啟動試驗技術(shù)的總結(jié)，第一次對具有混流式水泵水輪機的可逆式機組的啟動試運行試驗作出了統(tǒng)一的規(guī)定，對推動前一階段我國可逆式機組啟動試驗技術(shù)進步起到了積極的作用。經(jīng)過10年的工程實踐，尤其是近幾年來一大批進口和國產(chǎn)化的可逆式抽水蓄能機組設(shè)備的相繼投產(chǎn)，總?cè)萘恳殉^1600萬kW，相應(yīng)的啟動試驗技術(shù)進一步成熟、機組啟動方式進一步合理、交接驗收工作也進一步規(guī)范。為提高國家新技術(shù)發(fā)展水平，進一步對可逆式機組復雜的啟動試驗過程加以條理化、規(guī)范化，達到節(jié)能增效，縮短啟動調(diào)試時間，加快工程進度，保證啟動試驗和考核驗收質(zhì)量的目的，根據(jù)我國抽水蓄能電站建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀，按照國家標準化主管部門的要求，對原標準進行修訂。

1 主要修訂的內(nèi)容

（1）本次修訂，將標準的名稱改為《可逆式抽水蓄能機組啟動試運行規(guī)程》，以“啟動試運行”代替“啟動試驗”，避免將啟動試驗全過程與僅僅是“機組啟動的試驗”相混淆。前者稱為“啟動試運行”，后者稱為“啟動試驗”。如：“水泵工況啟動試驗”、“水輪機工況啟動試驗”，將有別于機組“啟動試運行”。

（2）修改了標準的適用范圍，將適用單機容量由15MW改為150MW，并重申新標準適用于具有混流式水泵水輪機的可逆式抽水蓄能機組的啟動試運行。自上世紀八十年代潘家口蓄能電站（3臺單機容量為90MW可逆式機組）投產(chǎn)以后，我國蓄能電站機組的單機容量均選擇在150MW及以上,規(guī)劃中的浙江仙居電站單機容量為375MW。且除西藏羊卓雍湖蓄能電站（機組為三機串聯(lián)式，即自上而下按發(fā)電電動機-水斗式水輪機-蓄能抽水泵布置）個例外，蓄能機組的型式全部采用具有混流式水泵水輪機的可逆式抽水蓄能機型，今后一段時間將不會有所改變。所以，該機型為我國當前和今后抽水蓄能機組普遍采用的結(jié)構(gòu)型式，具有完全的代表性。但也規(guī)定其它型式的抽水蓄能機組可參照執(zhí)行。

（3）補充了可逆式機組在水輪機工況下的試驗內(nèi)容，即增加了“水輪機工況啟動及空載試驗”、“水輪機工況并列及負荷試驗”兩章，盡量突出可逆式水泵水輪機不同于常規(guī)機組的試驗調(diào)試和試運行特點，在水輪機工況下的試驗應(yīng)有區(qū)別于DL/T507《水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》對常規(guī)機組的規(guī)定（如：機組動平衡、同期并網(wǎng)、甩負荷等），解決了與DL/T507的關(guān)系問題。使新標準不但具有統(tǒng)一性，也同時具有完整性。

（4）規(guī)范了部分術(shù)語的稱謂和定義內(nèi)容，如：設(shè)備分部調(diào)試、機組啟動試運行、進出水口閘門、進出水主閥、強迫換流、自然換流、變頻器脈沖運行、背靠背啟動、零流量工況等。

（5）推薦了不同上、下水庫蓄水條件下，首臺機組首次啟動方式的選擇原則，避免具體工程中過多地論證機組啟動方式的重復工作。

（6）歸納了機組及相關(guān)設(shè)備“分部調(diào)試”的項目內(nèi)容，細化了啟動試運行前的檢查。

（7）刪去國內(nèi)大型蓄能機組已不采用的水泵工況“異步啟動”、“同軸輔助電動機啟動”的內(nèi)容；對于“半同步啟動”方式，理論上可以成立，但在工程上無應(yīng)用事例，實踐上不可能采用，故也不作規(guī)定。經(jīng)過本次規(guī)范，也可避免出現(xiàn)所謂“電氣啟動”“機械啟動”的不確切概念。

（8）增加了“機組流道充水試驗”、“電站受電”二章內(nèi)容，充分突出蓄能電站機組首次啟動前的準備工作要求；

（9）將“水泵工況啟動試驗”和“水泵工況調(diào)相試驗”分開規(guī)定，即“調(diào)相試驗”作為單獨的電氣試驗列出，避免將“壓水”和“調(diào)相”混為一談。

（10）部分吸收了進口機組設(shè)備啟動試驗的相關(guān)技術(shù)要求并加強了對可逆式機組國產(chǎn)化技術(shù)要求的規(guī)定。

（11）將最終檢驗可逆式蓄能機組制造、安裝綜合質(zhì)量的考核試運行時間從30d修改為15d,并對考核試運行中的“中斷”和“啟動不成功”的規(guī)定作了適當修正，便于界定。

本標準的重點是：對混流可逆式機組在水泵工況下的啟動試運行試驗和在水輪機工況下的試驗特點進行規(guī)定。針對我國抽水蓄能電站建設(shè)的工程現(xiàn)狀，取消原標準推薦的按水輪機方式啟動作為電站首臺機組首次啟動方式的規(guī)定，改為按“以水泵工況方式啟動”作為電站首臺機組首次啟動的推薦方式，并以此進行試驗程序的編排。

作為工程標準，是工程實踐成熟經(jīng)驗的總結(jié)，必須具備可操作性。本標準按照基礎(chǔ)理論正確、技術(shù)規(guī)定合理、試驗程序嚴謹?shù)脑瓌t編寫，將水泵水輪機、發(fā)電電動機、電站相關(guān)機電設(shè)備作為一個整體來考慮，方便工程使用者操作執(zhí)行，達到縮短啟動調(diào)試時間，加快工程進度，節(jié)能增效，保證啟動試驗和考核驗收質(zhì)量的目的。在國際上，不論是國際標準化（或國際企業(yè)）組織，還是名牌制造廠家，決無有將水電機組和電站相關(guān)機電設(shè)備啟動試驗一并考慮的完整技術(shù)規(guī)范。

2 幾項主要規(guī)定和修訂的說明

2.1 關(guān)于首臺機組首次啟動方式的選擇

合理選擇抽水蓄能電站首臺機組首次啟動方式對節(jié)省工程建設(shè)投資、優(yōu)化施工工期起到十分重要的技術(shù)經(jīng)濟作用，這已是業(yè)內(nèi)人士的共識。多年來建設(shè)、設(shè)計等有關(guān)方面針對每個電站具體條件均作了大量的分析決策工作，取得了成功。有關(guān)的論文介紹也為數(shù)眾多。新標準根據(jù)我國已建和在建抽水蓄能電站的實際情況，總結(jié)首臺機組首次啟動方式選擇的成功經(jīng)驗，增加了“機組啟動方式選擇”一章，規(guī)范了蓄能電站首臺機組首次啟動方式選擇的原則。目的在于將這個一貫被稱為“綜合性的技術(shù)經(jīng)濟分析課題”之論證簡單化，更滿足工程實際和工程進度的需要。

首臺機組投產(chǎn)以后，上述問題均不存在。后續(xù)機組的試運行一般均先按照水輪機工況方式啟動，不存在啟動方式的選擇的問題。

新標準按以下三種情況規(guī)定與推薦：

（1）上水庫無天然徑流或未充（蓄）水的電站，宜選擇水泵工況方式啟動。在完成SFC啟動試驗和水泵調(diào)相試驗后，可進行水泵抽水試驗向上水庫充水。

上水庫無天然徑流或未充（蓄）水的電站，或上庫蓄水量有限時，通常下庫已蓄水（或有已經(jīng)建成的水庫），在選擇以水泵工況方式啟動時需考慮如下問題：

1）機組選擇首次以水泵工況方式啟動,按先進行SFC啟動試驗和水泵調(diào)相試驗再進行水泵抽水試驗的程序進行。SFC啟動試驗和水泵調(diào)相試驗在無水中進行，試驗過程與水力系統(tǒng)無關(guān)。水泵抽水試驗時，應(yīng)按照水泵異常低揚程的要求來確定上水庫初期最低蓄水位。機組模型試驗表明，該水位一般均低于采用水輪機工況起動時所要求的上水庫水位，故在上水庫以及輸水系統(tǒng)施工工期相同的情況下，采用水泵工況方式起動的機組其調(diào)試時間可以提前，從而有可能縮短整個工程的工期。

2）為了盡可能使首次水泵抽水試驗時的啟動揚程高于機組的異常低揚程，要求下水庫盡量運行在較低水位。

3）首次以水泵工況方式起動作抽水試驗時，由于水泵特性的原因，機組在抽水工況下必須運行在滿負荷的狀態(tài)，因此輸水系統(tǒng)流道內(nèi)水流速較大，對輸水系統(tǒng)以及上水庫進出水口等水工建筑物沖刷的考驗較大。由于此時上水庫還處于初次蓄水狀態(tài)，對水位的升降速率有著明確的要求，因此在進行初期水泵抽水試驗時，應(yīng)根據(jù)上庫水位上升速率的規(guī)定來確定抽水的運行時間。

4）首次抽水試驗時，由于水泵的揚程往往低于水泵水輪機的最小揚程或接近水泵工況異常低揚程，機組振動、壓力脈動、泵入力、軸承溫升等穩(wěn)定性指標應(yīng)引起重視，應(yīng)要求制造廠對這一階段水泵異常低揚程工況下機組的穩(wěn)定性做出論證，并同意在異常低揚程下進行抽水。試驗時，應(yīng)注意導葉在小開度范圍區(qū)的壓力脈動和空化特性是否滿足要求。

通常，電站設(shè)計部門對機組能否在異常低揚程的情況下以水泵工況向上水庫充水的試驗過程十分關(guān)注，在機組招標的技術(shù)規(guī)范中均明確要求在模型試驗中進行異常低揚程試驗。并在水力過渡過程的計算中充分考慮機組異常低揚程進行抽水時突然斷電對機組及輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全的影響等問題，提出在該工況下的推薦導葉開度控制范圍，將機組振動，空化，壓力脈動等盡量控制在保證值以內(nèi)，確保機組試驗安全。根據(jù)國內(nèi)已建和在建抽水蓄能電站機組水泵工況異常低揚程模型試驗成果統(tǒng)計，允許的異常低揚程一般為最低揚程的0.78～0.97之間。

5）異常低揚程下抽水試驗成功后，在滿足上水庫水位上升速率及下水庫水位下降速率的前提下，應(yīng)盡可能進行連續(xù)抽水，使電站揚程盡快進入機組正常運行范圍，以改善機組試驗的運行工況。

6）對絕大多數(shù)上水庫無天然來水或初期上庫蓄水量不足的蓄能電站,采用首臺機組水泵工況首次起動，可以優(yōu)化工期，節(jié)省蓄水費用，具有一定的經(jīng)濟效益。

（2）上水庫已蓄水，但下水庫未完全充（蓄）水或蓄水量不足的電站，宜選擇水輪機工況方式啟動。

該條件下，首臺機組首次以水輪機工況方式啟動時，需要考慮如下問題：

1）校核上庫水量，確定該水量能完成的水輪機工況試驗的項目。即首臺機組完成一定的水輪機工況試驗所必須的最少需水量。上水庫水位應(yīng)在考慮機組調(diào)試階段的安全，在防止運行中吸氣進入引水道的基礎(chǔ)上，再加上滿足水輪機工況部分試驗所需水量來確定上水庫初期水位。因此，采用水輪機工況方式啟動要求上水庫以及輸水系統(tǒng)施工盡早完成，提前利用外加充水系統(tǒng)或天然地表徑流向上庫進行初期充蓄水，以滿足水輪機工況啟動試驗水位的要求。水輪機工況首次啟動和進行部分試驗完成后，上水庫的水位不宜低于死水位。此時即可進行水泵工況方式啟動和水泵抽水試驗。

2）為盡量避免首次啟動時，水頭偏離正常運行水頭范圍較多而可能出現(xiàn)機組低水頭空載不穩(wěn)定的現(xiàn)象，要求下水庫盡量運行在較低水位。但應(yīng)滿足機組吸出高度要求。

3）首次水輪機工況啟動時的用水速率不應(yīng)超過上水庫初期蓄水水位條件下的放水速率和下水庫初期蓄水水位上升速率的設(shè)計規(guī)定。

4）機組水輪機工況低水頭空載運行不穩(wěn)定一般是由于水泵水輪機具有的水力特殊性所引起的。當由于上庫蓄水位偏低導致機組在空載運行時水頭處于最小水頭以下時，對于“S”特性比較明顯的水泵水輪機，易進入反水泵區(qū)，或者機組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速附近波動使并網(wǎng)操作困難。應(yīng)協(xié)商廠家對水泵水輪機運行在實際較低水頭范圍內(nèi)的空載穩(wěn)定性做出論證，以便采取相應(yīng)措施。同時應(yīng)盡量安排機組并網(wǎng)操作在較高上水庫水位下進行，即在水泵抽水試驗后進行。

（3）上水庫及下水庫均已蓄水，上水庫有天然徑流或上水庫蓄水水量和電站水頭能滿足進行水輪機工況下大部分或全部試驗項目，則應(yīng)優(yōu)先選擇水輪機工況方式啟動。

機組首次以水輪機工況方式啟動對機組啟動試運行總體工作的順利進行是有利的。但應(yīng)該考慮水輪機工況試驗后的電站揚程必須滿足機組抽水試驗的要求，若不是為了進行專門的試驗考核，應(yīng)盡量避免機組在異常低揚程下進行抽水試驗。

（4）機組啟動試驗過程中，水泵工況和水輪機工況的各項試驗可交替進行，交替的周期和交替的試驗項目可根據(jù)電站上水庫和下水庫的水位變化并結(jié)合水工建筑物初期運行的要求來確定。機組抽水和發(fā)電試驗與水庫初次充水相結(jié)合是經(jīng)濟有效的方法,是我國抽水蓄能電站機組啟動試運行試驗的基本經(jīng)驗，也是與常規(guī)電站機組啟動試驗最大的區(qū)別之一。

總之，經(jīng)過近幾年來多座抽水蓄能電站機組啟動試運行試驗及其經(jīng)驗總結(jié)，首臺機組首次以水泵工況啟動，在技術(shù)上是成熟的，更是經(jīng)濟的，已有多個成功的實例。新標準加強了對“以水泵工況方式啟動”作為電站首臺機組首次啟動方式的推薦，并按此進行標準中試驗程序的編寫。

2.2 關(guān)于電站受電

若機組首次以水泵方式啟動，系統(tǒng)電源需提前倒送至電站，電站主要電氣一次設(shè)備需不經(jīng)升流、升壓而直接受電，這與常規(guī)機組明顯不同，對電氣一次設(shè)備安裝質(zhì)量與繼電保護調(diào)試提出了更高的要求。本標準修訂后，以機組首次以水泵工況方式啟動為試驗程序的編排原則，增加“電站受電”一章，對電站主要一次、監(jiān)控設(shè)備的受電程序作出一般要求。

有意見認為：首機首次不管是采用水泵工況方式啟動，還是采用水輪機工況方式啟動均應(yīng)先完成電站受電試驗（習慣稱系統(tǒng)倒送電試驗）。

主要理由是：

1）對于上庫來水量不足的電站，上庫雖然有部分蓄水，通常不能滿足水輪機工況首次空載試驗所必需的總用水量，而需由水泵抽水工況向上庫充水，補足蓄水量。因此，從工程施工進度安排及機組啟動試驗程序安排來衡量，電站先完成受電試驗（系統(tǒng)到送電）是比較合理的。

2）首機首次不管采用哪一種啟動方式，系統(tǒng)先倒送電可為電站多提供一路可靠的廠用電電源。

3）如機組首次采用水輪機工況方式啟動，則空載升流、升壓試驗可利用系統(tǒng)倒送電提供可靠的勵磁變電源。即主變壓器已投入運行，勵磁電源從主變壓器低壓側(cè)獲得供電，電源容量也能滿足發(fā)電電動機三相短路試驗和空載特性試驗的要求。

若機組首次采用水泵工況方式啟動，勵磁必須采用他勵方式，勵磁變壓器也是從主變壓器低壓側(cè)獲得供電。

另有意見認為：為實現(xiàn)水泵工況首次起動，變頻起動裝置必須提前完成調(diào)試，為此電站高壓配電裝置與主變壓器須提前全壓受電，由于不能用發(fā)電機升流試驗的方法來檢查繼電保護，繼電保護特別是差動保護需另制定檢查和試驗方案。故有條件的抽水蓄能電站，還是建議先采用水輪機工況方式啟動，經(jīng)發(fā)電電動機對主變壓器及高壓配電裝置短路升流、零起升壓試驗和發(fā)電電動機帶線路零起升壓試驗后，再進行系統(tǒng)向電站的受電試驗比較安全可靠。

本標準不作硬性規(guī)定。

2.3 關(guān)于“水泵工況啟動試驗”和“水泵工況調(diào)相試驗”

近幾年來，有不少類似文章涉及蓄能電站首機首次水泵工況啟動的分析，將機組水泵工況啟動描述為一個完全的水力過程。從泵專業(yè)理論上講是可以討論的，但這個問題在機組的水力設(shè)計時早就由制造廠家作了研究，并可在機組作水泵工況抽水試驗時加以驗證。從工程上看問題，啟動試驗要解決的是如何將機組在水泵工況方式下，確切地講是在“電動機工況下”將機組啟動起來，并分析、解決電動機啟動過程中和并入電網(wǎng)運行中的一系列機械、電氣問題，必須具有可操作性。針對上述概念誤區(qū)，本標準改變了原標準的編排，將“各種啟動方式試驗”、“水泵工況空載試驗”改為“水泵工況啟動試驗”和“水泵工況調(diào)相試驗”，他們均為“無水電氣試驗”。同時，對水泵工況啟動方式僅僅規(guī)定了“靜止變頻器啟動”和“背靠背同步啟動”二種方式；“異步啟動”和“與主機同軸的輔助電動機啟動”因其很少采用以及靜止變頻啟動技術(shù)的成熟而不作規(guī)定。

在“水泵工況抽水及停機試驗”階段，本標準方涉及機組啟動的水力過程及水泵特性，定義了《零流量工況》，即“導葉關(guān)閉、機組在水泵工況額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)輪與導葉間的造壓過程”。較詳細地規(guī)定了從零流量工況至抽水工況過渡過程的檢查和試驗程序。

標準要求根據(jù)電站實際揚程，按照水泵工況協(xié)聯(lián)曲線，設(shè)定導葉開度。在從零流量工況過渡到抽水工況時，錄取導葉和轉(zhuǎn)輪間的壓力變化波形圖、輸入功率波形圖以及下列數(shù)值：

—導葉開啟時間和開啟速度；

—發(fā)電電動機輸入功率；

—導葉與轉(zhuǎn)輪間壓力及壓力脈動；

—蝸殼或鋼管壓力；

—尾水管壓力；

—接力器行程；

—泵水流量（有條件時）；

—機組上、下機架、頂蓋或軸承支架振動及主軸擺度。

根據(jù)錄取的數(shù)據(jù)和電站揚程，修正導葉開啟規(guī)律，優(yōu)化從零流量工況至抽水工況過渡過程參數(shù)。

2.4 關(guān)于地下廠房安全

新標準規(guī)定：“模擬水淹廠房事故，檢查進出水主閥、尾水事故閘門、上水庫進出水口閘門應(yīng)可靠關(guān)閉、邏輯正確，全廠聲光報警動作正確，監(jiān)控系統(tǒng)畫面顯示正確?！?/p>

抽水蓄能電站機組具有較深的淹沒深度，有的高達60m以上，水淹廠房的危險不但來自上游引水系統(tǒng)，更大可能會來自下游尾水系統(tǒng)，因此滲漏與檢修排水系統(tǒng)必須及早投入運行，必要時還需增設(shè)臨時排水容量，廠房廠用電系統(tǒng)也應(yīng)及早投入運行，機組起動調(diào)試前，必須有不少于兩路的獨立電源，提供給排水、照明等系統(tǒng)。

地下廠房均設(shè)計有水淹廠房保護，動作時自動關(guān)閉電站上庫進出水口閘門、進出水主閥與尾水事故閘門。此試驗在首臺機組啟動試運行階段即應(yīng)模擬進行，檢查進出水主閥、尾水事故閘門、上水庫進出水口閘門等這一可封閉的流道系統(tǒng)能否可靠聯(lián)動關(guān)閉、邏輯程序及全廠聲光報警動作是否正確。

其它處于擋水狀態(tài)的上庫進出水口閘門與尾水事故閘門的聯(lián)動試驗，在最后一臺機組啟動試驗時進行。

水泵水輪機主軸工作密封和檢修密封是否漏水同樣會關(guān)系到水淹廠房，一旦漏水嚴重又未及時處理，在0.6MPa以上的尾水壓力作用下，將導致廠房快速被淹的嚴重后果，在啟動試運行期間必須高度重視。

2.5 引水系統(tǒng)一洞多機布置的機組甩負荷試驗

抽水蓄能電站一般采用一洞雙機（甚至多機）的輸水流道布置方式，如廣蓄、天荒坪、十三陵、桐柏、泰安、西龍池、黑麋峰等。設(shè)計規(guī)定：為考驗引水輸水系統(tǒng)水工結(jié)構(gòu)的安全性能，電站后續(xù)機組啟動試運行試驗中的甩負荷試驗往往有雙機或（甚至于）三機同時甩負荷的要求。通?？砂措p機負荷的50%、75%、100%分幾次進行。常規(guī)電站若采用類似的輸水流道布置方式，也有同樣的甩負荷試驗規(guī)定。

但此項試驗有相當?shù)娘L險，雖然原因并不直接由試驗方式引起，或是因機組設(shè)計、制造安裝等原因，往往可能引發(fā)機組或其他相關(guān)設(shè)備的重大事故。故對此項試驗是否有必要進行業(yè)內(nèi)有不同意見。經(jīng)討論認為：是否進行雙機或（甚至于）三機同時甩負荷試驗，其主要目的是對電站水工建筑物的考核要求，涉及電站水工建筑物及機組的方方面面，應(yīng)綜合考慮，最終由電站設(shè)計部門提出并作好安全措施，方可進行。同時應(yīng)加強對機組設(shè)備設(shè)計、制造及安裝過程的質(zhì)量監(jiān)督，尤其是對機組轉(zhuǎn)動部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造安裝質(zhì)量的審查和檢查。

所以，新標準規(guī)定：“機組為非單元引水輸水方式布置的電站，同一引水系統(tǒng)中各臺機組甩負荷試驗和對輸水系統(tǒng)的考核應(yīng)綜合考慮，多臺機組同時甩負荷試驗方式按設(shè)計要求進行?！?/p>

至于，是否還應(yīng)進行滿負荷下雙機運行單機甩負荷試驗，或在抽水工況下進行雙機甩負荷試驗（即斷電試驗）以及雙機運行單機斷電試驗等，則更應(yīng)加以充分的論證。前者試驗考核不甩負荷機組能否繼續(xù)保持穩(wěn)定運行，繼電保護是否誤動。（由于雙機運行單機甩負荷時引水系統(tǒng)水力流向和水壓的變化，保持運行的機組會產(chǎn)生有功功率的波動，功率波動量一般為其額定功率的±10%～±20%,波動周期為2-3個）；后者驗證尾水系統(tǒng)的壓力上升是否符合調(diào)節(jié)保證計算要求。以上均屬于特種工況試驗，不在本標準規(guī)定的交接試驗范圍內(nèi)，可由設(shè)計提出后經(jīng)電站建設(shè)方商設(shè)備制造廠家同意后擇時進行。

2.6 關(guān)于可逆式機組水輪機工況試驗中的特殊性

如前所述，考慮到本標準內(nèi)容結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性、完整性和統(tǒng)一性，本次修訂補充了可逆式機組在水輪機工況下的試驗內(nèi)容，即增加了“水輪機工況啟動及空載試驗”、“水輪機工況并列及負荷試驗”兩章。在與DL/T507“水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程”統(tǒng)一的基礎(chǔ)上突出了可逆式抽水蓄能機組的特殊性：機組流道充水試驗要求、預開啟導水葉操作要求、機組過速試驗特點、可逆式機組動平衡試驗規(guī)定、水輪機工況甩負荷后機組調(diào)節(jié)方式等。并將電力系統(tǒng)對電站的首次受電、主變、高壓廠用變及SFC從電力系統(tǒng)首次受電作為單獨一章加以規(guī)定。解決了原與DL/T507互為采用的關(guān)系問題，也方便使用。

（1）預開啟導水葉操作要求。新標準規(guī)定：“具有預開啟導水葉（非同步導水葉）的水泵水輪機初次啟動時，預開啟導水葉在不同水頭下投入數(shù)量、投入切除規(guī)律應(yīng)滿足機組空載穩(wěn)定及并網(wǎng)運行的要求”。機組并網(wǎng)操作時，其預開啟導水葉的操作也應(yīng)按照上述原則的規(guī)定，并在試驗過程中根據(jù)空載水輪機的穩(wěn)定情況、同期并列特性加以調(diào)整。

此條針對一部分混流可逆式水泵水輪機的特殊性問題提出。具有明顯“s”特性的水泵水輪機組，在特定的低水頭下作水輪機工況空載啟動時，機組轉(zhuǎn)速在接近額定轉(zhuǎn)速時出現(xiàn)嚴重不穩(wěn)定現(xiàn)象，導致機組同期并網(wǎng)困難。從國內(nèi)天荒坪蓄能等電站開始，一些電站機組裝設(shè)了預開啟導水葉（即非同步導水葉），解決了該類水輪機空載不穩(wěn)定問題。但因機組型號、運用水頭等的不同，“s”特性的明顯程度不一樣，所設(shè)置的預開啟導水葉的數(shù)量、預開啟規(guī)律亦不同，標準對此作出規(guī)定，提示操作者注意。

有設(shè)計部門認為：“預開啟導水葉”不是抽水蓄能機組的特點，而是在空載不穩(wěn)定情況下，迫不得已而采取的補救措施，標準中不能作為一個“特點”來描述，“避免形成常態(tài)，今后反而將其視作一種正常的工程手段”。這個問題還可以討論，應(yīng)在水泵水輪機水力設(shè)計與模型試驗中加以解決，在不得已的情況下不排斥采用相應(yīng)的工程手段。

（2）機組過速試驗。具有明顯水泵水輪機“s”特性的機組，過速試驗時用常規(guī)手動操作無法將機組轉(zhuǎn)速上升至設(shè)計規(guī)定值的現(xiàn)象，已發(fā)生在幾個電站的過速試驗中。根據(jù)現(xiàn)場約定和國外一些廠商的規(guī)定：可以不作過速試驗，過速保護裝置的整定、校驗用其他方法進行；對機組轉(zhuǎn)動部分的考驗可用甩負荷試驗過程中的的升速替代。

對于此規(guī)定，各方爭論意見分歧較大，本標準目前暫按此采用，在今后執(zhí)行過程中再總結(jié)修正。

個別情況下，也有先在水泵工況下作機組微過速試驗的，即利用SFC拖動。由于受SFC容量及性能參數(shù)限制，機組過速試驗取決于SFC的工作頻率范圍，過速保護的校驗要到水輪機工況進行完成，意義并不大。

（3）可逆式機組動平衡?？赡媸綑C組動平衡應(yīng)分別在二種轉(zhuǎn)動方向下進行。并同時滿足以下要求：

1）機組運行擺度（雙幅值）應(yīng)不大于75%的軸承總間隙或符合機組合同的有關(guān)規(guī)定。

表1 可逆式抽水蓄能機組各部位振動允許值（雙幅值）單位：（mm）

2）額定轉(zhuǎn)速下機組各部位振動值不超過表1的規(guī)定。（表1已相對于DL/T507-2002作了修改）

動平衡是否良好對降低主軸擺度、減少機架振動、延長機組壽命起到重要作用，機組轉(zhuǎn)速越高動平衡難度越大。

試驗可先在水泵工況轉(zhuǎn)動方向下進行，再在水輪機工況轉(zhuǎn)動方向下校核，必要時可調(diào)整配重塊的重量或方位，直至機組在水泵和水輪機兩種轉(zhuǎn)向工況下，振動和擺度值均符合要求。

（4）水輪機工況甩負荷后機組調(diào)節(jié)方式.

對于蓄能機組，甩負荷后調(diào)速器調(diào)節(jié)可有二種方式；a）自動調(diào)節(jié)將機組關(guān)至空載；b）直接作用于機組停機。這是蓄能機組的又一特點，直接作用使機組停機對系統(tǒng)幾乎無影響，一般采用較多。只有對于經(jīng)調(diào)速器自動調(diào)節(jié)將機組關(guān)至空載的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機組甩負荷后調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)考核才有意義。

1）機組甩負荷后按設(shè)計規(guī)定直接作用于停機的調(diào)節(jié)方式，斷路器跳閘聯(lián)動滅磁,調(diào)速器關(guān)閉導水葉至零。

2）對于經(jīng)調(diào)速器自動調(diào)節(jié)將機組關(guān)至空載的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機組甩負荷后調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)仍應(yīng)按照GB/T8564和DL/T507的規(guī)定要求考核，因為該標準易于現(xiàn)場考核操作，且不太多的理論化。

對于抽水蓄能電站，甩負荷后將機組關(guān)至空載的調(diào)節(jié)方式，機組正式投運后應(yīng)考慮突甩負荷處理事故時段內(nèi)機組空轉(zhuǎn)對水庫水量的消耗，這是十分不經(jīng)濟的。一般宜直接作用機組停機，以節(jié)省上庫水量。

另外，為檢查勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)品質(zhì)，有條件時可進行機組甩無功負荷試驗。廣蓄I(lǐng)I期在甩+160MVAR無功時，其電壓上升率為7%,符合合同和規(guī)范要求。桐柏電站甩額定視在功率334MVA時，電壓上升率為4%。

2.7 關(guān)于15d考核試運行

本次修訂將最終檢驗可逆式抽水蓄能機組制造、安裝綜合質(zhì)量的30d試運行定名為“考核試運行”，以區(qū)別于“可靠性運行”（需要提出可靠性指標，與試運行屬不同的概念）等多種不確切或易混淆的稱謂；考核試運行時間從30d修改為15d,并對考核試運行合格標準進行了修訂，對試運行中的“中斷”、“啟動不成功”作出了界定。

（1）抽水蓄能機組因在電力系統(tǒng)中擔負“調(diào)峰”和“填谷”的作用，其發(fā)電和抽水的運行工況按電網(wǎng)的調(diào)度指令轉(zhuǎn)換，機組為間斷運行方式。有些電站發(fā)電和抽水運行小時數(shù)還受到上、下水庫水量的限制，因此抽水蓄能機組不可能如常規(guī)機組那樣要求作72h連續(xù)試運行。即使作間斷的72h試運行，因時間太短，還不足以綜合考核蓄能機組的的質(zhì)量和運行可靠性，即DL/T507中的關(guān)于72h連續(xù)試運行的內(nèi)容對可逆式抽水蓄能機組不適用。原標準用30d考核試運行作為這種機組綜合性能的考核驗收方式。這是當時參照國外蓄能機組和國內(nèi)幾個大型蓄能電站引進機組的合同技術(shù)條件而確定的。

多年來在標準的執(zhí)行中，無論是電網(wǎng)、電站建設(shè)方還是設(shè)計、施工單位，均認為30d考核試運行時間顯得過于長了一些。一方面在此期間的前一段時間，機組的綜合性能已經(jīng)得到考核，啟、停機成功率及可能的故障已經(jīng)充分暴露。根據(jù)近期投產(chǎn)的山東泰安、安徽瑯玡山、華東宜興、河北張河灣電站共計16臺抽水蓄能機組30d考核試運行期間的統(tǒng)計，機組試運行期間前15d的啟動成功率與30d的啟動成功率基本一致，15d考核試運行的指標能夠反映機組實際運行的指標。

另一方面，從建設(shè)方考慮，較長時間的試運行會造成一定的用電、用水消耗，建設(shè)工期延長，經(jīng)濟上不可取。若考核機組的目的已經(jīng)實現(xiàn)，則可以適當壓縮考核試運行的時間，在驗收后使機組盡早進入初期商業(yè)運行。討論認為這樣的修改是合理的、也符合節(jié)能原則。此修改得到了業(yè)內(nèi)各方的認可，是一項重大合理的改動。

（2）本次修訂，將考核試運行的合格標準修改為：“15d考核試運行期間，由于機組及其附屬設(shè)備的制造或安裝質(zhì)量原因引起中斷，應(yīng)及時檢查處理，合格后繼續(xù)進行15d試運行，中斷前后的運行時間可以累加計算。但出現(xiàn)以下情況之一者，中斷前后的運行時間不得累加計算，機組應(yīng)重新開始15d試運行：

a）一次中斷運行時間超過24h；

b）累計中斷次數(shù)超過3次；

c）啟動不成功次數(shù)超過3次。

即用“啟動不成功次數(shù)”替代原標準的“啟動成功率”。（原標準規(guī)定：機組啟動成功率：發(fā)電工況低于95%，水泵工況低于90%,則30d考核試運行不能通過。）

隨著機組及相關(guān)設(shè)備、裝置、自動化元件等的制造、安裝質(zhì)量的不斷提高，機組啟動、停機成功率均也已逐年提高。但考慮到在執(zhí)行本條規(guī)定時，機組啟動成功率的計算與考核期內(nèi)不同工況下的啟動次數(shù)有關(guān)，若機組啟動次數(shù)不足，則統(tǒng)計計算精度不高。本次修訂改為按啟動不成功次數(shù)來考核，比較符合實際情況。但為達到考核目的，同時規(guī)定15d考核期內(nèi)，機組平均每天啟動次數(shù)不宜少于2次。

（3）關(guān)于“中斷”、“啟動不成功”的界定。

參照《發(fā)電設(shè)備可靠性評價過程》中的非計劃停運概念，本標準所指的“中斷”可界定為：“因機組及其附屬設(shè)備的制造或安裝質(zhì)量原因引起故障，導致機組被迫停止運行?！?/p>

本標準所指的“啟動不成功”，系指因機組及與其啟動操作有關(guān)的系統(tǒng)中所有的硬、軟件設(shè)備故障，造成機組按照規(guī)定程序的啟動過程無法正常完成的稱為“啟動不成功”。

作出以上定義的目的在于統(tǒng)一現(xiàn)場考核評價尺度，可在實踐中進一步運用并完善。

根據(jù)此，今后在相關(guān)的蓄能電站或水電機組試驗驗收的規(guī)程、規(guī)范修編時，如對GB/T 8564、GB/T22581、GB/T 20834、DL/T 507、DL/T 5123的修訂，將上述對于蓄能機組“考核試運行”的規(guī)定進行統(tǒng)一。

3 結(jié)論和建議

（1）抽水蓄能機組啟動試運行遠比常規(guī)機組的啟動試驗過程復雜得多，所占用的工期也長得多。本標準制、修訂的根本目的就在于將這一復雜過程條理化、規(guī)范化，并且與相關(guān)標準取得一致。通過合理的程序安排和科學的試驗操作將蓄能機組啟動試運行試驗順利、有效地完成，使之盡早具備投入商業(yè)運行的條件。標準頒發(fā)10年來，正值我國抽水蓄能電站建設(shè)發(fā)展時期，經(jīng)使用對推動可逆式機組啟動試驗技術(shù)的進步起到了積極的作用。當前我國還有惠州、蒲石河、呼和浩特、響水澗、仙游、清原、仙居、深圳、溧陽、洪屏等一大批蓄能電站在建設(shè)中，而新標準的修訂出臺必將為包括上述電站在內(nèi)的我國抽水蓄能電站機組啟動試運行創(chuàng)造良好的技術(shù)環(huán)境，進一步將該技術(shù)提高至世界的先進水平。

（2）蓄能機組屬于高速旋轉(zhuǎn)的水力機械，一臺轉(zhuǎn)子直徑為5.5m、轉(zhuǎn)速為500r/min的發(fā)電電動機，在過速時，其轉(zhuǎn)子外緣單位質(zhì)量（1kg）的離心力達1700kg之巨，大大超過三峽機組的數(shù)值。所以，轉(zhuǎn)動部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝質(zhì)量十分重要，在機組啟動試運行和進行各項試驗過程中，切記加強對機組轉(zhuǎn)動部分的檢查，試驗中注意電氣、機械保護的信號與動作情況，隨時注意停機，避免因試驗而引發(fā)機組的重大惡性事故。

（3）任何一個水電站機組的啟動試運行都是水力、機械、電氣各方設(shè)備和軟件聯(lián)動的過程，蓄能電站更是如此。將水泵水輪機、發(fā)電電動機、電站相關(guān)機電設(shè)備和電網(wǎng)作為一個整體來考慮是從事此項工作技術(shù)人員的必備條件。建議有關(guān)各方根據(jù)需要注意培養(yǎng)具有綜合技術(shù)方面的人才，多進行關(guān)于可逆式機組啟動試驗的全面性研究，并使成果更具有可使用性和可操作性。

Research on major issues with revision of GB /T 18482: Start-up test running code for reversible pumped-storage units

FU Yuan-chu

（Sinohydro Corporation, Beijing 100044, China）

This paper analyzes and introduces the main substance and major issues with the revision of GB /T 18482: Start-up test code for reversible pump-storage units. The aim is at to bring the revised national standard into guiding role.

reversible pumped-storage unit; pump start-up; test; code

TK734

A

1672-5387（2010）02-0001-07

2010-02-21

付元初（1944-），男，教授級高級工程師,中國水利水電建設(shè)集團公司原副總經(jīng)理，現(xiàn)顧問。