浅谈轴流转桨式水轮机组增容改造启动试验

陈志刚

摘要：在“双碳”的目标和愿景之下，福建某水电站机组将承担各自区域电网内更重的调峰、调频任务。该类水电机组应适时进行大修并对满足条件的相关机组进行增容改造，在提升水电机组调频能力的同时，提高水能利用率，改善机组运行工况。启动试验是水电机组增容改造的最后环节，本文将从轴流转桨式水电机组增容改造启动试验方案的机械部分、电气部分和综合试验等三个方面进行研究探讨，为各类水电机组增容改造后的启动试验提供参考。

关键词：双碳;增容改造;启动试验;水电机组

第一章 轴流转桨式水电机组增容改造后启动试验方案机械部分

1.1调速器静态试验

进行该实验之前应收回相关工作票，进行压油装置充油建压，将调速器系统由检修转运行，进行导桨叶全关全开试验并配合检修班组完成机组顺控、事故低油压等试验。在调速器静态试验期间，还要进行调速器建模试验，主要要验证增容改造后的调速器性能。

1.2充水试验

充水试验前应查检修渗漏排水系统正常，确认进水口闸门、尾水闸门处于关闭状态，蜗壳、尾水盘型阀关闭;做好机组防转动措施，将调速器系统、导水机构关闭，导叶接力器锁锭投入。

尾水管充水：将导叶开度开至3%-5%作为排气通道后，打开尾水冲水阀对尾水管进行充水，在充水过程中随时观察机组顶盖、主轴密封、测压系统管路、尾水进人孔等各部滲漏水情况并记录相关测压标计读数。当充水至与尾水位平压时，才能提尾水门，在静水状态下完成机组导桨叶全开全关试验。

压力钢管和蜗壳充水：打开进水口闸门充水阀，对压力钢管和蜗壳进行充水，观察蜗壳进人孔、蜗壳盘型阀渗漏水情况，待压力钢管平压后，记录压力钢管及蜗壳充水时间和静水压力值。

在完成机组导叶漏水量测试后，检查射流泵排水是否正常并恢复机组技术供水。

1.3机组以手动方式开机及空转试验

在检查机组进水口快闸全开后，查机组处于冷备用状态，自用电各负荷开关和机组开关、刀闸、地刀位置正确。检查各油槽油位和压力油系统正常、技术供水各部水压正常、推力高压油装置投入正常、风闸全落且检修空气围带无压。在记录机组各部原始温度后，现地手动开导叶，当机组开始转动后，立即将导叶全关，重点确认机组转动与静止部件之间是否存在硬摩擦或碰撞。

确认机组各部正常后，手动缓慢增大导叶开度，使转速升至额定值，校验电气转速表指示正常，并记录机组的空转开度作为后续运行参考。

测量并记录机组空转运行摆度及各部振动值在合格范围后，进行机组空转下调速系统的参数测试、调整。

1.4机组过速试验及相关检查

机组以手动方式开机，使其转速达到额定转速。待机组运转正常后，继续手动打开导叶，平稳升速，使机组转速达上升到额定转速的 115%，观察测速装置速触点的动作情况。过速试验过程中应密切监视并记录各部位振动和摆度值，记录各部轴承的温升情况及发电机空气间隙的变化，监视是否有异常响声。[1]

过速试验停机后除常规检查外，还应全面检查发电机转动部分，如转子磁轭键、磁极键、阻尼环及磁极引线、磁轭压紧螺杆等有无松动或移位;检查发电机定子基础及上、下机架的状态有无异常。

第二章 轴流转桨式水电机组增容改造后启动试验方案电气部分

2.1机组升流升压试验

增容改造后机组升流升流试验主要是检验机组保护电流回路向量的正确性、机组故障录波及仪表测量电流回路的正确性、机组一次回路的正确性及完整性;检验机组绝缘是否完好。

增容改造后的升流升压试验应采用公用厂用电提供励磁他励电源。机组升流试验时，在发电机出口开关与发电机出口封闭母线之间装设一组三相短路点 K1，断开供电公用电母线上的非必要负荷开关。由于增容改造后机组需要做120%额定定子电流试验，应由继保人员更改相关保护定值。在查发电机出口开关、刀闸断开，中性点消弧线圈刀闸已合上后，投入水机保护电源，解除一切与电流量有关的发电机保护功能压板，避免诸如差动保护等因为短路点另一侧的CT采集不到相应的电流而动作。

监控远方开机至空转，手动起励（他励），当升流至 20%额定电流并检查机组电流回路无开路现象后才能继续逐步升流至 40%额定电流，在 40%额定电流时读取电枢电流和励磁电流并测量发电机保护、开关在线监测装置、调速器、励磁、测量及计量等电流回路及励磁变向量，并测量各组 CT 中性线的不平衡电流;核相正常后，继续升流至 50%、75%、100%、120%额定电流，检查 CT 及 机组有无异常;检查记录发电机横差保护 CT 二次不平衡电流，并分别读取电枢电流和励磁电流。试验完成后，手动减励磁至最小值，切除励磁后，将机组停机转检修，拆除出口开关与发电机出口封闭母线之间装设的一组三相短路点K1。

机组升压试验时方法与升流试验类似，但应投入复压过流保护、失磁保护外的发电机其他保护，升压至 25%额定机端电压时，检查发电机及引出母线、发电机断路器、励磁变及分支回路等设备带电是否正常;机组运行中各部振动及摆度是否正常。[2]继续升压，分别在 50%、75%、100%、125%额定机端电压（励磁电流不能超过额定值）时，停留一段时间，读取三相线电压、励磁电流、频率（或转速）。当一切检查正常后，切除励磁，用电压表测量发电机机端三相线电压（定子残压）。机组空载状态下励磁建模试验可以在升流升压试验中同时进行。

2.2机变升流升压试验

机变升流升压试验方法与机组升流升压试验方法类似，机变升流试验主要为确认包含断路器控制柜电流回路、主变端子箱测量回路、主变冷却器控制柜过负荷启动冷却器电流回路等6号机变电流回路无开路现象并测量含主变中性点零序CT在内各组CT中性线的不平衡电流。

机变升压试验主要为检查主变高压套管等设备带电是否正常，PT二次电压向量是否正确、出口开关同期电压回路是否正确。

2.3主变全电压下空载冲击合闸试验

通过电网系统电压对增容改造后的主变进行全电压下空载冲击合闸试验，在全电压、全保护状态下空载冲击合闸验证新主变的相间绝缘、匝间绝缘，检验新主变各部零件的装配质量，检查变压器无异常声音、无渗漏油现象、无闪络放电现象，核查监控、保护等无异常告警信号。主变冲击合闸试验结束后应将主变重瓦斯保护投“信号”，经一段时间检查确认新主变瓦斯继电器内无气体再申请投“跳闸”。

2.4假同期并网及带负荷测向量

在查自动准同期装置参数已正确设置，确认出口开关刀闸在分后，先进行假同期并网（若为新出口开关设备应真合出口开关），再次检查同期回路的正确性、同期参数合理性。新机组开机并网带一定负荷后，全面测量机组失磁保护、录波器、监控及仪表计量等二次回路的向量。

2.5机组甩负荷试验

机组经监控远方开机至并网运行，逐步增加机组负荷至额定值，检查并记录电压与电流、导桨叶开度、机组振动及摆度、各轴承油瓦温等数据。将机组负荷降至25%额定负荷后，断开出口开关进行机组甩负荷，测量并记录甩前、甩中与甩后的各种参数，甩负荷后应对发电机层、水轮机层及水车室内设备进行全面检查。应分别在50%、75%和100%额定负荷情况下各进行一次甩负荷试验。[3]

第三章 轴流转桨式水电机组增容改造后功能性及试运行试验

3.1机组增容改造后功能性试验

轴流转桨式水电机组增容改造后的功能性试验同一般水電机组相似，主要包括机组空载状态下进行励磁建模测试及励磁调节器试验、发电机中性点位移电压测量、发电机单相接地及消弧线圈补偿试验和调速器空载试验;在机组并网带负荷后，应进行机组负载状态下的励磁系统建模及调节器性能试验、励磁系统PSS参数整定试验;针对机组进相能力和中性点电压偏移应进行进相试验及带负荷下的中性点不对称电压与中性点位移电压测试;为分析机组的效率与调频性能，应进行机组一次调频试验与调速器建模试验和增容改造后出力效率试验。

在测量分析机组稳定性方面，应在50%、75%、100%额定负荷下进行变负荷工况下的动平衡试验与稳定性试验。

3.2机组带额定负荷连续试运行

增容改造启动试验的最后一项为带额定负荷连续试运行72小时（或96小时），在试运行期间应按时记录发电机运行电气量，包括有功、无功、电枢电压电流、励磁电流等;温度量则包括定子绕组铁芯温度、各轴承油瓦温、冷却器进出风温度等。对于增容改造更换的新主变，在试运行期间应加强主变温度监视，确认主变本体油温、绕温与监控系统中的数据相吻合。

试运行期间应定期对发电机与主变进行红外测温，测量发电机滑环、碳刷、主引线、定子端部以及主变本体、高压套管、封闭母线的温度。应对各轴承瓦温、油温、冷却器进出水温等进行分析，判断冷却效果是否满足相关设计的要求。

结语

机组启动试验是任何机组检修工程的最后一项，针对A、B、C等不同等级的检修，有相应充分且必须的各项启动试验与之相对应，通过研究、细致、完善的启动试验，不但可以收集改造后水轮机组运行的关键数据，还可以验证一次设备性能和二次回路是否完好、可靠。各水电站应结合各型机组需要，编制相应的水轮机组启动试验方案，通过试验验证检修改造的可靠性，保证水轮机组安全稳定运行，助力“双碳”目标实现。

参考文献

[1]韩伶俐，王腊芬. 抽水蓄能电站一洞多机同时甩负荷试验探讨[J]. 水电与抽水蓄能，2017，（01）：6.

[2]庄克军. 大型水电机组启动试验分析研究 [D]. 华北电力大学，2016，（03）：47.

[3]白巴拉，贾文明. 红山水电站机组启动试验分析 [J]. 内蒙古水利，2013，（07）：2.