沙河抽水蓄能電站轉(zhuǎn)輪改造后啟動試驗(yàn)

司紅建，楊海學(xué)

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 引言

江蘇沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）位于江蘇省溧陽市天目湖鎮(zhèn)境內(nèi)，裝機(jī)2×5萬kW，于2002年投產(chǎn)發(fā)電。電站以一回220 kV輸電線路接入江蘇電網(wǎng)，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用和黑啟動等功能。2021年，沙河電站開展投產(chǎn)以來的第二輪A級檢修，對設(shè)備進(jìn)行全面的解體檢查和修理，并結(jié)合檢修進(jìn)行轉(zhuǎn)輪國產(chǎn)化改造。修后，參照《抽水蓄能檢修導(dǎo)則》和《可逆式抽水蓄能機(jī)組啟動試驗(yàn)規(guī)程》制定修后試驗(yàn)項(xiàng)目。本文分析總結(jié)一些調(diào)試中遇到的問題，以期為其他抽水蓄能機(jī)組A修調(diào)試提供參考。

2 啟動前準(zhǔn)備

結(jié)合檢修項(xiàng)目制定針對性的調(diào)試計(jì)劃，制定詳細(xì)的分工表，明確試驗(yàn)時間、責(zé)任人和試驗(yàn)內(nèi)容。試驗(yàn)中充分考慮另一臺機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)對試驗(yàn)結(jié)果的影響，既保證試驗(yàn)效果又兼顧另一臺機(jī)組運(yùn)行，并做好人身傷害、設(shè)備運(yùn)行等方面的風(fēng)險(xiǎn)辨識和應(yīng)急預(yù)案。啟動前準(zhǔn)備從以下3個方面入手。

（1）試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃

檢修前，以導(dǎo)則為依據(jù)，制定機(jī)組A級檢修調(diào)試計(jì)劃表，并根據(jù)機(jī)組特點(diǎn)和檢修項(xiàng)目開展情況進(jìn)行增減，明確試驗(yàn)內(nèi)容和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。所有試驗(yàn)均制定工期控制表，張貼于調(diào)試現(xiàn)場，小試驗(yàn)有步驟，大試驗(yàn)有專題方案。根據(jù)現(xiàn)場安裝進(jìn)度和條件，安排調(diào)試項(xiàng)目時序，分系統(tǒng)試驗(yàn)與機(jī)組回裝相結(jié)合，縮短總工期。機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)，協(xié)調(diào)安排在廠房安靜的環(huán)境下進(jìn)行，以便于準(zhǔn)確判斷機(jī)械摩擦和撞擊聲。

（2）辨識風(fēng)險(xiǎn)并制定預(yù)案

機(jī)組A級檢修維修項(xiàng)目多，技術(shù)改造范圍大，涉及技改也多，在機(jī)組啟動試驗(yàn)階段存在很多不確定的危險(xiǎn)源。為提高應(yīng)急能力，將事故損失降到最低，必須事先辨識風(fēng)險(xiǎn)并制定應(yīng)急預(yù)案。試驗(yàn)方案中，按照每個試驗(yàn)方案的步驟和特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況做好人員傷害、火災(zāi)救援、水輪機(jī)超速、水淹廠房、全廠失電、機(jī)組甩負(fù)荷等事故的應(yīng)急預(yù)案。

（3）分系統(tǒng)驗(yàn)收

機(jī)組分系統(tǒng)調(diào)試是機(jī)組動態(tài)試驗(yàn)的基礎(chǔ)，沖轉(zhuǎn)前必須完成全部的分系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)收工作。內(nèi)容包括尾水管充水試驗(yàn)、導(dǎo)葉靜水開閉試驗(yàn)、冷卻水試驗(yàn)、高低壓氣試驗(yàn)、循環(huán)推力油壓試驗(yàn)、斷路器分合試驗(yàn)、勵磁靜態(tài)試驗(yàn)、繼電保護(hù)試驗(yàn)等。分系統(tǒng)試驗(yàn)開展的越深入細(xì)致，機(jī)組啟動將越順利，是修后安全穩(wěn)定運(yùn)行的良好基礎(chǔ)。

3 啟動試驗(yàn)流程

將機(jī)組調(diào)試階段劃分為3個階段。第1個階段為靜態(tài)分系統(tǒng)試驗(yàn)，安排2 d，機(jī)組不轉(zhuǎn)動，項(xiàng)目為機(jī)組各系統(tǒng)分步試驗(yàn)。第2個階段為動態(tài)試驗(yàn)，機(jī)組轉(zhuǎn)動不并網(wǎng)，安排4 d，主要項(xiàng)目有機(jī)組沖轉(zhuǎn)、動平衡配重、短路試驗(yàn)、調(diào)速器試驗(yàn)等。第3個階段為涉網(wǎng)試驗(yàn)，機(jī)組并網(wǎng)抽水、發(fā)電，安排4 d，主要項(xiàng)目有并網(wǎng)動平衡、勵磁涉網(wǎng)試驗(yàn)、甩負(fù)荷、黑啟動、效率試驗(yàn)等。

4 啟動關(guān)鍵試驗(yàn)介紹分析

4.1 機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)

機(jī)組靜態(tài)試驗(yàn)完成后，進(jìn)行水輪機(jī)工況首次沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)，此時機(jī)組處于全手動狀態(tài)。啟動機(jī)組冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)油系統(tǒng)，投入推力軸承高壓油頂起裝置，投入調(diào)速器和主閥的油壓裝置，打開進(jìn)水閥，退出水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器鎖錠。操作解除調(diào)速器導(dǎo)葉開度限制，點(diǎn)動打開導(dǎo)葉，機(jī)組轉(zhuǎn)動后，立即關(guān)閉導(dǎo)葉，檢查機(jī)組轉(zhuǎn)動部分和靜止部分之間無摩擦和碰撞情況。確認(rèn)無異常后，再次開導(dǎo)葉升速，在5%、20%、50%和100%轉(zhuǎn)速停留5 min，檢查機(jī)組振擺情況和各部瓦溫度變化情況。調(diào)速器空載試驗(yàn)時，手自動通道切換時，機(jī)組轉(zhuǎn)速異常上升至381 r/min，達(dá)到127%額定轉(zhuǎn)速，電氣過速保護(hù)（115%）動作，機(jī)組停機(jī)。檢查分析故障原因，調(diào)速器手自動切換時，頻差過大，切換后跟蹤目標(biāo)頻率超調(diào)導(dǎo)致機(jī)組過速。建議在調(diào)速器初次試驗(yàn)前，檢查手自動通道頻差，限制頻差在0.2 Hz以內(nèi)，同時根據(jù)試驗(yàn)水頭下空載開度值調(diào)整開度限制值，留有適當(dāng)裕度，發(fā)揮開度限制作用。試驗(yàn)過程中，在安全閥現(xiàn)地操作柜派專人值守，及時操作關(guān)閉安全閥，切斷主配壓閥調(diào)節(jié)油壓回路，及時關(guān)閉導(dǎo)葉，防止水輪機(jī)飛逸事故。

圖1 機(jī)組過速曲線

4.2 轉(zhuǎn)輪更換后動平衡配重試驗(yàn)

轉(zhuǎn)輪改造更換后，轉(zhuǎn)子軸系動平衡發(fā)生變化，可能造成轉(zhuǎn)子重量失衡，需重新開展動平衡配重。動平衡配重基于轉(zhuǎn)子徑向振動幅值與不平衡離心力成正比的原理，通過測量轉(zhuǎn)子徑向擺度和相位計(jì)算并確定轉(zhuǎn)子不平衡離心力的大小和相位，依此對轉(zhuǎn)子立筋進(jìn)行配重[1]。現(xiàn)場動平衡計(jì)算方法采用影響系數(shù)法，該方法思想基于轉(zhuǎn)子激勵與響應(yīng)在一定范圍是呈線性的，其激勵和響應(yīng)是純數(shù)學(xué)關(guān)系。機(jī)組動平衡試驗(yàn)，選擇在空轉(zhuǎn)、空載工況下進(jìn)行，機(jī)組沖轉(zhuǎn)升速過程中將在25%轉(zhuǎn)速、50%轉(zhuǎn)速、75%轉(zhuǎn)速和100%轉(zhuǎn)速各運(yùn)行5 min，然后停機(jī)。期間對機(jī)組進(jìn)行振動擺度數(shù)據(jù)采集，根據(jù)各振動數(shù)據(jù)分析機(jī)組振動原因，確定在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上端試加平衡塊重量和位置。現(xiàn)場經(jīng)過2次試配，上導(dǎo)擺度一倍頻幅值有大幅度降低，綜合判斷機(jī)組結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子上下呈力偶不平衡現(xiàn)狀和配重后上導(dǎo)和下導(dǎo)一倍頻幅值大小，配重達(dá)到預(yù)期效果。動平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 動平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.3 電制動開關(guān)短路電流試驗(yàn)

抽水蓄能電氣制動開關(guān)是安裝在發(fā)電機(jī)出口母線側(cè)的三相短路開關(guān)，在機(jī)組停機(jī)時，合閘電氣制動開關(guān)，在轉(zhuǎn)子繞組中通以勵磁電流，將機(jī)組剩余電能轉(zhuǎn)換為熱能加速停機(jī)。在機(jī)組A級檢修啟動調(diào)試，可利用電氣制動開關(guān)作為機(jī)端三相短路點(diǎn)，開展機(jī)組短路電流試驗(yàn)。

機(jī)組啟動前，解除電制動開關(guān)分合閘閉鎖，修改勵磁過電壓限制、電流限制和退出部分保護(hù)功能，具體見表2。

表2 機(jī)組保護(hù)投退表

首先將機(jī)組啟動至空轉(zhuǎn)態(tài)，合閘投入電氣電制開關(guān)，手動投入勵磁，調(diào)節(jié)勵磁電流，使定子電流勻速上升至額定電流，上升過程中記錄相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流和電壓。測取定子電流上升曲線見圖2，調(diào)整時轉(zhuǎn)子電流不可有回滯現(xiàn)象。

圖2 發(fā)電機(jī)空載特性曲線

4.4 抽水工況水頭和導(dǎo)葉開度協(xié)聯(lián)曲線試驗(yàn)

機(jī)組更換轉(zhuǎn)輪后，揚(yáng)程與導(dǎo)葉開度協(xié)聯(lián)曲線按主機(jī)廠給定預(yù)設(shè)。首次抽水運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)泵工況電機(jī)入力增大0.5～1 MW，相應(yīng)抽水總時間未有縮短跡象。比較新舊轉(zhuǎn)輪協(xié)聯(lián)曲線，新轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉開度增加9～11%，可能存在導(dǎo)葉開度給定偏大，取值較為保守問題。泵工況導(dǎo)葉開度偏大，故障斷水時導(dǎo)葉關(guān)閉時間增長，可能造成機(jī)組停機(jī)反轉(zhuǎn)，影響穩(wěn)定運(yùn)行。同時，導(dǎo)葉開度偏大，水泵工況入力增大，但流量未必增大，水泵效率有所降低。試驗(yàn)人員根據(jù)新舊轉(zhuǎn)輪運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合電機(jī)功率、振動、壓力脈動等因素，編制各頻率下導(dǎo)葉開度的優(yōu)化協(xié)聯(lián)曲線，具體見圖3。最低揚(yáng)程下優(yōu)化減少4%導(dǎo)葉開度，最高揚(yáng)程下優(yōu)化減少6.2%導(dǎo)葉開度，中間相應(yīng)減少。優(yōu)化后，水泵電機(jī)入力相應(yīng)減少0.3 MW，抽水流速未有改變，相應(yīng)抽水時間不變，機(jī)組振動、壓力脈動未有劣化，抽水效率有所提升。

圖3 協(xié)聯(lián)曲線優(yōu)化

4.5 發(fā)電工況甩負(fù)荷試驗(yàn)

抽水蓄能機(jī)組在發(fā)電態(tài)或抽水態(tài)運(yùn)行時都存在甩負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)組和引水系統(tǒng)在甩負(fù)荷時都處于最惡劣的運(yùn)行狀態(tài)[2]。甩負(fù)荷試驗(yàn)的目的是檢查機(jī)組甩負(fù)荷時，水輪機(jī)調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性和檢驗(yàn)蝸殼壓力上升率與轉(zhuǎn)速上升率是否符合設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)輪改造更換后，轉(zhuǎn)輪重量增加約1.5 t。合同技術(shù)條款規(guī)定：甩負(fù)荷機(jī)組瞬態(tài)轉(zhuǎn)速＜165%，蝸殼進(jìn)口中心線處的最大壓力≤1.805 MPa，尾水管進(jìn)口最低壓力＞0.03 MPa。

根據(jù)《抽水蓄能檢修導(dǎo)則》，機(jī)組分別在25%、50%、75%、100%額定負(fù)荷下，進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)。按規(guī)程要求記錄甩前、甩中、甩后的機(jī)組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度、導(dǎo)葉關(guān)閉時間、接力器往返次數(shù)、調(diào)速器調(diào)節(jié)時間、蝸殼實(shí)際壓力、機(jī)組的擺度、振動值、瓦溫變化情況等數(shù)據(jù)，并錄制相關(guān)的過程曲線[2]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，機(jī)組甩負(fù)荷狀況下最大轉(zhuǎn)速、蝸殼壓力、尾水管壓力均滿足合同技術(shù)條款。

表3 發(fā)電工況甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

沙河電站此次擴(kuò)大性A級檢修，調(diào)試、試驗(yàn)階段時間安排10 d，較上輪A修調(diào)試時間大幅增加。試驗(yàn)項(xiàng)目依據(jù)《抽水蓄能檢修導(dǎo)則》編制，共35類、122項(xiàng)具體試驗(yàn)，明確項(xiàng)目內(nèi)容、責(zé)任人和時間節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)中，所有項(xiàng)目編制試驗(yàn)步驟和方法，重要項(xiàng)目編制專項(xiàng)技術(shù)方案和應(yīng)急預(yù)案，合理籌劃試驗(yàn)時間，既保證試驗(yàn)項(xiàng)目順利開展，又不影響其他機(jī)組正常運(yùn)行。每天工作完成及時整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，編寫試驗(yàn)日報(bào)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為其他機(jī)組調(diào)試和技術(shù)培訓(xùn)留下寶貴的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)資料。檢修后，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行良好，未發(fā)生因調(diào)試質(zhì)量原因的異常事件，機(jī)組穩(wěn)定性較上輪A修有大幅提升，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。