清遠抽水蓄能電站1號機組調(diào)試遇到的問題及分析

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)電公司清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠 511853；2.東芝水電設備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020；3.阿爾斯通水電設備（中國）有限公司，天津 300300）

清遠抽水蓄能電站1號機組調(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)電公司清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠 511853；2.東芝水電設備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020；3.阿爾斯通水電設備（中國）有限公司，天津 300300）

針對清遠抽水蓄能電站1號機組調(diào)試運行過程中發(fā)現(xiàn)并處理的主要問題進行分析和總結，為今后機組的運行及抽水蓄能新機組的設計與制造積累了經(jīng)驗。

蓄能電站；機組調(diào)試；分析；經(jīng)驗

1 前言

未來10年，我國抽水蓄能電站工程建設將進入高速發(fā)展期，新增裝機容量約5400萬kW?！笆濉逼陂g，國家將開工建設20余座百萬級抽水蓄能電站，蓄能機組邁向700m水頭和40萬kW級別，主輔機設備將全面實現(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、高轉速的可逆式蓄能機組，機組運行工況轉換頻繁，控制流程復雜，調(diào)試難度大和周期長，雙機甩負荷、多機甩負荷、球閥動水關閉等大型試驗項目風險高，大型抽水蓄能電站設計與調(diào)試越來越重要?？偨Y和研究大型抽水蓄能電站調(diào)試關鍵技術，可為國內(nèi)外同類電站提供有益的參考，具有重大的意義。

清遠抽水蓄能電站機組設備在制造和安裝期間對品控要求嚴格，調(diào)試進展順利，52d完成了首臺機組全部調(diào)試項目，但在調(diào)試過程中也發(fā)現(xiàn)一些缺陷和問題，首臺機組的調(diào)試也基本能暴露出設計上的缺陷和問題。本文針對機組調(diào)試運行過程中發(fā)現(xiàn)的主要問題進行分析，積累了寶貴的經(jīng)驗，希望能給在建或擬建蓄能電站機組調(diào)試提供有益的借鑒。

2 水泵水輪機調(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狀態(tài)自行退出的故障

2015年9月5日1號機組動態(tài)調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)壓水供氣液壓閥20DA2在機組停機狀態(tài)下自行開啟，造成壓水氣罐非工作狀態(tài)向尾水管供氣的異常現(xiàn)象；同時，進水閥下游密封鎖定也自動退出。經(jīng)分析和測試，這是由于調(diào)速器液壓系統(tǒng)在停機狀態(tài)下，油泵停止運行、隔離閥關閉，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，在消缺期間對其進行了改造，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，并在連接處設置一個常開的截止閥，確保大部分電磁閥在機組停機時也能一直保持油壓狀態(tài)，詳見圖1。

上述技術改造不但解決了機組停止時壓水供氣液壓閥20DA2自行開啟和進水閥密封鎖定自動退出的故障，還能根據(jù)需要進行水泵水輪機液壓排氣閥20EA1，20EA2的開閉操作。同時也確認，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，全方位達到了改造的預期效果。

（2）控制環(huán)導向塊銅沉頭螺栓剪斷

2015年10月9日1∶17做回水建壓試驗時，發(fā)現(xiàn)有一塊控制環(huán)內(nèi)側固定導向滑塊的銅沉頭螺栓全部被剪斷，導向塊滑出。經(jīng)研究分析，決定采取在導向滑動塊左右兩側加焊止動塊、螺釘設計優(yōu)化、安裝加強控制等處理措施，同時對更換后的銅沉頭螺栓做材料抗拉強度檢查，要求抗拉強度≥390MPa，詳見圖2和圖3，安裝時仔細清理控制環(huán)和導向滑塊摩擦面，要求滑動面無油漆，重新進行復核力矩的開關導葉試驗，證實控制環(huán)運行正常無卡阻現(xiàn)象。自1號機組投商運以來運行情況良好，其他機組也采取了同樣的方案，有效防范了因安裝、設計等原因造成過大的摩擦力傳遞到其固定的螺釘上導致螺釘斷裂的隱患。

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比

（3）1號機組調(diào)試過程中PC轉P時水輪機噪音偏大

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

圖3 止動塊焊接示意圖

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

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

3 電動發(fā)電機調(diào)試遇到的問題及處理

（1）高壓油頂起裝置壓力下降

1號機動態(tài)調(diào)試初始，機組啟動打開導葉的過程中，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（設計值為13.7MPa）下降至低于10.8MPa的跳機整定值，導致機組QSD動作，造成啟動失敗。

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，并檢測各推力瓦油膜厚度予以驗證。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的設計要求進行了調(diào)整，機組投入運行實測機組啟動運行后高壓注油泵壓力一直波動在12.97~13.56MPa，平均穩(wěn)定值為13.3 MPa＞跳機整定值10.8MPa，推力瓦頂起高度（相當于油膜厚度）為0.09mm，均符合設計要求。

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

（2）定子集電環(huán)側絕緣盒環(huán)氧滲出的現(xiàn)象

在1號機組調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)定子集電環(huán)側絕緣盒環(huán)氧有40多處滲出的現(xiàn)象，2015年10月23日G工況溫升結束后，點檢發(fā)現(xiàn)貼上的測溫條情況：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，并進行相關試驗分析。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)氧樹脂灌注時漏出的環(huán)氧膩子，絕緣盒內(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)氧膩子攪拌不均造成的，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行。

（3）上導磁翻板油位計故障

2015年，在9月18日20∶39啟機進行電氣制動試驗時，出現(xiàn)上導磁翻板油位計被磁化誤動和監(jiān)控顯示不穩(wěn)定，經(jīng)分析后采用上導油位計移出定子機座外的辦法，得到解決。

（4）機組定子線圈溫度變化跳變不穩(wěn)定

1號機組調(diào)試過程，當定子電流升高后，發(fā)現(xiàn)定子RTD溫度特別是線棒中部溫度測值上下波動達30多℃，定子電流降低后，測值又恢復穩(wěn)定，判斷為干擾因素影響。檢查發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機機坑端子箱和機坑外控制柜的電纜屏蔽線均兩頭接地，定子RTD有兩個接地點形成了干擾信號，解除機坑端子箱電纜屏蔽線接地，防止溫度跳變的措施有兩個：①將發(fā)電機中間層風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測量回路屏蔽層一端接地保證無共模電壓干擾。②由于會有一部分電磁干擾，因此在PLC測量模塊的軟件中設置channelhardwarefilter方式，信號強度選擇strong。并在軟件用梯度中位值平均濾波法處理，定子RTD溫度恢復正常。運行以來一直穩(wěn)定。

4 進水閥和調(diào)速器的問題

（1）進水閥完成開啟步驟無法關閉的故障

2015年8月29日1號機組在調(diào)試期間進行球閥啟閉試驗,當球閥完成開啟步驟進行關閉時出現(xiàn)無法關閉的現(xiàn)象，需要手動關閉操作水的手動閥,并將操作水手動泄壓后，球閥才能關閉。初步分析系主配壓閥關腔側彈簧作用力偏小，不足以克服水流壓力，造成進水閥機械控制柜主配壓閥無法動作，從而導致進水閥不能自動關閉。經(jīng)過疊加彈簧多次試驗，當疊加的彈簧壓縮至454mm高度時主配能正常動作而關閉進水閥，證實了之前的分析判斷正確。

最終，對球閥主配壓閥閥芯尺寸和彈簧進行了重新設計改造，使得閥芯在開啟狀態(tài)時保持開啟的力從原來的47262N減小至14982N。即使機組發(fā)生甩負荷時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；加上閥芯運動時密封條的摩擦力，閥芯保持開啟的最大力達到20438+4933=25371N。同時對彈簧進行了重新設計，使其復歸力增大到8214N。至此，球閥主配壓閥完全具備了自主關閉功能。

目前清蓄電站1號～4號機組主配壓閥芯、襯套及復歸彈簧已全部更換完成，其在機組運行過程中使用情況一切正常。

（2）導葉在慢關段出現(xiàn)快關異常

由于調(diào)節(jié)保證計算要求，導葉快關段關閉時間8.4s，慢關時間91s，拐點76%，快關段和慢關段關閉速度差別約10.8倍，調(diào)節(jié)器計算的開度受到慢關時間所決定的機械節(jié)流片的限制，當機組在80MW下甩負荷時，導葉開度從36.41%降到0的波形中明顯觀察到有一段快關之后才進入到慢關的異常狀態(tài)（圖4）。

圖4 回油管未加單向閥前甩1/4負荷

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

圖5 回油管加單向閥后甩1/4負荷

同時，我們還注意到，機組在76%開度以下調(diào)節(jié)負荷時，由于機組具有慣性，在升負荷過程中負荷容易超調(diào)。這可通過增加接力器的開機時間,即使開機時間和慢關段時間達到一個合適的比例予以解決。這個經(jīng)驗對于高水頭，多機一管的引水系統(tǒng)慢關相對較慢的機組的調(diào)速器設計具有很強的借鑒意義。

5 其他輔助設備調(diào)試遇到的問題及處理

（1）SFC變壓器保護勵磁涌流誤動

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

（2）SFC拖動PC工況首轉反轉

2015年9月29日12∶20進行SFC拖動PC工況首轉，結果發(fā)現(xiàn)反轉，方向與發(fā)電工況一致；由于啟動硬母線設計時未考慮換向，如重新?lián)Q向工程量大，且耽誤時間；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、11∶01SFC啟動完成，機組旋轉方向正確。

（3）高壓頂起油泵交流開關異常脫扣

處理方法：由于西門子交流電機啟動電流實測值偏高，超出設計手冊啟動倍數(shù)，按啟動電流實測值調(diào)整開關型號。

（4）當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，出口發(fā)出“斷開換相刀閘命令”（Q1.4）：①機組停機流程相關步命令（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拖動刀閘在斷開位置；⑤啟動刀閘在斷開位置；⑥換相刀閘不在斷開位置。

6 結束語

本文匯集了清遠抽水蓄能電站調(diào)試過程中遇到的主要問題和解決辦法，經(jīng)1~4號機組投產(chǎn)運行情況證明解決辦法是成功的，為今后機組的運行及抽水蓄能新機組的設計與制造積累了經(jīng)驗：

（1）蓄能機組啟動調(diào)試涉及專業(yè)面廣、安全風險高、技術復雜、組織難度大。做好啟動組織、技術措施研究，制定詳細、操作性強的啟動調(diào)試大綱和技術措施方案并嚴密組織實施是確保機組啟動調(diào)試安全質(zhì)量的關鍵。

（2）大型抽水蓄能機組輔助設備，包括自動化零件的可靠性對機組整體調(diào)試有著重要影響，在招標階段就應對這部分設備嚴格控制。同時，機組靜態(tài)調(diào)試，特別是首臺機組涉及相關公用設備調(diào)試，應盡可能提前規(guī)劃開展。

（3）新機調(diào)試是一項工作量巨大、系統(tǒng)復雜、現(xiàn)場不安全及不可控因素眾多的工作，為了保證新機調(diào)試的有序開展，應對設備調(diào)試過程各方職責、調(diào)試各階段主要工作內(nèi)容和流程進行系統(tǒng)思考及梳理。

（4）由于清蓄電站為單回路出線設計，需要進行多機甩負荷試驗，安全風險較高,要特別采取相應的安全防范應急措施。尤其是水力調(diào)保計算擬請第三方復核，并制定詳細試驗方案，試驗結果經(jīng)復核沒有問題后才能進行下一步。

（5）大型抽水蓄能機組主機設備一般很難兼顧機組效率和無葉區(qū)脈動要求，目前調(diào)研三十多個抽水蓄能電站，極少能完全滿足合同要求。而清遠抽水蓄能4臺機組經(jīng)試驗表明在額定工況和水頭下無葉區(qū)脈動試驗5.8%，小于合同7%，模型試驗最高效率水輪機91.7%，水泵91.56%，均滿足合同要求，也為后續(xù)蓄能電站機組關鍵技術提供了樣板。

[1]白延年.水輪發(fā)電機設計與計算[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[2]何少潤，陳泓宇.清遠抽水蓄能電站主機設備結構設計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.清遠抽水蓄能電站三臺機組同甩負荷試驗關鍵技術研究[J].水電與抽水蓄能，2016(5).

[4]杜榮幸，陳梁年，德宮健男，等.清遠抽水蓄能電站長短葉片轉輪水泵水輪機研究及模型試驗 [J].水電站機電技術，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)運行檢修和基建工作。