刘远雄

(广东粤电青溪发电有限责任公司,广东大埔 514200)

1 机组概况

青溪水电站位于闽、粤、赣三省交界处的广东省大埔县青溪镇境内,与福建省永定县毗邻,横跨在韩江流域的汀江河道上,为汀江干流梯级电站的第2级。坝址以上集雨面积9157km2,多年平均径流量为87.4亿m3。青溪水电站为低水头河床式径流电站,装有4台武汉汽轮机厂制造的轴流式水轮发电机组,单机容量为36MW,电站设计单级运行年均发电量为3.73亿kW·h,梯级运行年均发电量为4.33亿kW·h。水库为日调节水库,正常蓄水位为73.0m,相应正常库容为5941万m3。

水轮机型号,ZZ500-LH-500;最大水头,25 m;最小水头,10m;设计水头,20.5m;额定转速,125 r/min;额定流量,209.1m3/s;额定出力,37.3MW;额定效率,88.7%;桨叶开度,-14°～+20°;吸出高度,-6.9m。

发电机型号,SF36-48/8540;额定容量,42353 kV·A;额定出力,36MW;额定功率因数,0.85;效率,97.6%;额定电压,13.8kV;飞逸转速,247 r/min。

2 试验目的

青溪水电站#2机组于2007年年底完成了机组大修工作,2007年12月23日至30日,对该机组进行了一次稳定性试验、超出力试验以及水轮机相对效率试验。此次效率试验的目的是:

(1)测试机组在超出力工况下的振动、摆度、水压力脉动、发电机定子线圈温度、轴瓦温度等数据。

(2)全面了解该机组在超出力工况下的运行稳定性。

(3)为青溪水电站提供在洪水期机组超出力运行时稳定性的资料。

3 试验工况要求及控制值

3.1 试验工况要求

(1)定桨试验。每隔5°变化1次角度,试验桨叶角度为-14°,-10°,-5°,0°,5°,10°,15°,18°。

(2)协联工况试验。机组在协联工况下,负荷由小到大台阶式调整,每调整1次待机组运行稳定后,进行效率点采集,以求取正在使用的协联关系。

3.2 试验工况控制值

在试验中,要求每个工况点的波动范围应满足IEC60041—1991《测定水轮机、蓄能泵和水泵-水轮机水力性能的现场验收试验》的要求,其控制值如下:

(1)在试验过程中,每一工况功率变化不得超过平均值的±1.5%;

(2)在试验过程中,每一工况水头变化不得超过平均值的±1.0%;

(3)在试验过程中,下游水位应保证相应的尾水管吸出高度;

(4)蜗壳差压、水头、功率传感器输出信号若波动过大,应采取相应的稳压措施(如加装稳压桶等)。

4 试验步骤

首先,对该机组在正常运行情况下的稳定性进行测试和分析,确认机组各部位的摆度和振动均在规程合格范围内;同时,确认在试验水头导叶和桨叶开度均有足够裕量的情况下进行超出力试验。

(1)机组带36MW额定有功负荷稳定运行5 min,记录机组各部位振动、摆度、水压脉动的波形,一切正常即可进行下一步试验。

(2)机组超出力试验。机组带有功功率36,37,38,39,40MW;发电机功率因数保持在0.94±0.01(定子电流基本保持原额定值),每一工况稳定30 min;记录机组各部位振动、摆度、水压脉动的波形;记录机组有功功率、无功功率、功率因数、接力器行程、桨叶角度(行程)、定子电流、定子电压、转子电流及上/下游水位等运行参数;测量、记录轴承温度和定子线圈温度等应在规程要求范围内。

(3)机组保持40MW负荷连续运行直至轴承温度和定子线圈温度稳定为止。

5 测量参数

5.1 水轮机出力

水轮机出力Pt可通过测取发电机三相有功功率Pg,计入发电机效率ηg间接求得,即Pt=Pg/ηg(Pg采用三相有功功率变送器测量)。

5.2 水轮机工作水头

水轮机工作水头按下式计算

5.3 流量

蜗壳流量计内、外侧2点压差Δp与流量qV的关系为

式中:K为蜗壳流量计率定系数;Δp为蜗壳流量计内、外侧2点的压差,用差压传感器测量,其精度为±0.1%;n=0.5。

机组带额定负荷及超出力下各工况参数见表1。

6 试验及建议

6.1 试验

此次超出力运行试验主要是看水轮机是否有增加4MW出力的潜力,通过此次试验得出如下结论:

(1)在毛水头22.23m及以上,该机组可以超发4MW,有能力带40MW负荷运行。此次现场测试数据显示:机组振动、摆度、水压脉动在超负荷运行情况虽略有增加但不明显,均运行在规程允许范围内,各部分轴承温度也基本无变化;线圈温升略有增加,但变化不大。

(2)由于该机组投产以来实际运行的功率因数都在0.95左右,故此次发电机超出力试验运行的主要参数是以发电机设计容量不变,按电站真实运行的功率因数0.95来确定,该机组的最大增容量应为4MW。

6.2 建议

(1)该机组在安装、投产初期暴露了一些设计、制造上的薄弱环节,经处理后,目前运行比较稳定。鉴于此原因,应了解制造厂在机组强度和结构设计(包括发电机)方面可能存在的问题和需要引起重点监督的部位,以确保机组安全超发和长期稳定运行。

(2)增加出力后,原设计的导叶关闭时间和关闭规律也会发生相应的改变,由于所增负荷数值不多,变化不会太大,但也应由相关部门对超出力运行甩负荷过程中的导叶关闭时间及规律、转速上升和水压上升量以及抬机量进行复核,然后进行现场实测验证。

(3)在此次试验过程中发现,因测量装置的安装位置不同,下游水位中控室与水调班的指示数值不一样,应校核两者准确的差异数值,以确保试验测量数据的准确性。

(4)试验时发现,当该机组导叶指示开度达到82%(接力器行程达到650mm)时,如再加大导叶开度,出力不但不增加反而有所减少,将导叶开度再调回82%,出力也升回原数值。查生产厂家提供的转轮、导叶接力器行程在各种水头的曲线可知,设计水头为20.5m时桨叶已全开,相应的接力器行程只有650mm,如净水头为21.8m,估计接力器行程约为640mm。在桨叶角度为+16°(尚未达到全开)、导叶开度为82%时,现场测得导叶接力器行程已经是650mm,即实际导叶行程大于设计要求。这种情况应及早告知运行人员,让运行人员在洪水期开机时经常巡检观察机组运行数据的变化。

表1 机组带额定负荷及超出力下各工况参数

7 机组超发电的作用

在洪水期,上游棉花滩水电站4台机组如果都带额定出力运行,以额定工况计算,其下放流量为792m3/s,青溪水电站4台机组在额定工况的发电流量为836.4m3/s。区间永定河的流量只要补充44.4m3/s,即能满足4台机组发足额定出力的要求。青溪水电站水库库容很小,如果棉花滩水电站的下放流量和区间永定河的径流量超出836.4 m3/s,就会产生弃水,而青溪水电站每年约有1个月时间产生弃水。试验证明,现机组不用增加机电设备投资,若按每台机组增发1MW、4台机组每年超发1个月计,增发电量为288万kW·h,若按每台机组超发4MW计,全厂超发电量可达1152万kW·h,所以,青溪水电站在洪水期超发具有极其重要的意义

(1)青溪水电站4台机组改造增容后,机组既增加发电量,又减少汛期弃水,增发洪水电能。

(2)青溪水电站改造增容后,在丰水期电网以其增加的近16MW的调峰容量,代替系统等容量的火电调峰,可减少火电调峰损失。

青溪水电站在#2机组增容试验成功的基础上,将着手完成后续3台机组的增容改造试验工作,使青溪水电站既增加发电量和调峰容量,又有显著的经济和社会效益。

[1]沈祖诒.水轮机调节[M].2版.北京:水利电力出版社,1988.

[2]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册[M].北京:水利电力出版社,1983.

[3]黄强.水能利用[M].北京:水利水电出版社,2004.