机组启动试运行的步骤详解

10.2.4.1　SFC启动机组至水泵调相工况试验

(1)SFC 系统的构成。

宝泉电站SFC 静止变频启动装置为法国ALSTOm公司产品，SFC 是静止变频器(Static Frequency Converter)的简称，其系统构成包括:输入单元、变频单元、输出单元、控制和保护单元、冷却单元、控制保护和监测单元等。

SFC 通过启动封闭分相母线接至1#和4#主变低压18kV侧，SFC 电气原理单线图如图10-4所示，四台机组共用一套SFC，即SFC 在同一时间只能启动一台机组。

(2)SFC 技术特点。

静止变频装置(SFC)是短时工作制的设备，只在机组水泵工况启动的过程中投入，一旦机组并入系统则退出工作。SFC 作为发电电动机组水泵工况的主启动装置，是目前大型抽水蓄能电站的首选启动方式，具有启动速度快、启动容量大、工作可靠性高、维护工作量小等优点，SFC 技术特点主要如下:

1)静止变频器的调速范围可以从电机的静止状态到105%额定转速，在此调速范围内静止变频器工作效率不会降低;

2)静止变频器启动可使启动电流维持在同步电机要求的额定电流以下运行，对电网无任何冲击，具有软启动性能;

3)静止变频器满足抽水蓄能发电电动机组在电网电力调节频繁启动的要求。

(3)SFC 基本技术要求。

根据合同条款的要求，宝泉抽水蓄能电站SFC 装置的基本技术条件(部分)须满足如下:

1)SFC 的容量:满足机组在水泵/水轮轮机转轮室压水条件下启动的要求;机组加速时间不大于4min;同期并网时间不大于1min;满足机组频繁起停的要求，连续工作时间不小于6×(4+1)=30min，并具有30min 间隔时间。

2)SFC 的输出电压和频率:输出电压为0～19.8kV;输出频率为0～52.5Hz。

3)被启动机组的电压调整:加速过程中可通过增压和减压脉冲控制调整机端电压;同期过程调整由同期装置的增压和减压脉冲控制，或由机组励磁装置电压跟踪装置自动调整。

4)SFC 有系统频率跟踪功能，机组同期过程中SFC 能平稳跟踪系统频率，频率跟踪可以手动切除。

(4)主要工作内容。

水泵工况首次启动机组，机组的总体运转情况和转子动平衡的质量及轴承的温度性能都要在运行的过程中加以观察，其余相关系统也都要在启动过程中同时进行检验，在SFC 拖动机组至水泵调相工况过程中，将完成以下试验内容:检查SFC 启动参数合理性;检查励磁系统的工作性能;检查DCS 监控系统程序正确性;观测机组的总体运转情况;检查压水和维持程序;观察机组的振动、摆度情况(轴位移);观察机组的推力轴承与导轴承的温度变化情况;观察轴封的封气、封水情况。

(5)SFC 拖动机组的基本工作原理。

静止变频器(SFC)属自控式同步电机变频调速系统，它的基本原理是根据电机转速及位置信号，控制晶闸管变频装置产生从零到额定频率值的变频电源，逐步拖动机组转动，其工作过程有两大关键步骤:

1)首先判断转子的初始位置。

SFC 启动初始，首先投入励磁，建立转子磁通，在磁场由零变化至恒定磁场这一极短的时间内，SFC 通过从机端PT 取来的感应电势进行计算得到转子的初始位置，再根据转子位置，确定向定子的哪两相加入电流能产生较大的电磁转矩，以利于按规定方向拖动转子旋转。

2)拖动机组转动、加速至额定转速并网。

转子启动后，SFC 通过逐步改变加在定子绕组上的电流频率，使电动机在电磁转矩的作用下，逐步提高转速直至达到额定转速并网运行。

SFC 在拖动机组过程中，分为低速和高速两个阶段，在低速阶段，SFC 采用强迫换流方式，在高速运行阶段，SFC 采用自然换流方式，机组并入电网后，切除变频装置，完成SFC 拖运机组过程。

(6)SFC 拖动机组流程。

宝泉抽水蓄能电站SFC 系统的启动工作流程和目前国内其他电站的工作流程基本一致，SFC的控制方式有两种，既可以由计算机监控系统(CSCS)远方自动控制，也可以通过SFC 控制器上的按键手动控制。两种方式的选择由SFC 控制器上的现地/远方选择按键实现。宝泉电站SFC 启动机组的实际流程如图10-4所示。

(7)SFC 拖动机组过程。

1)1#机组水泵工况启动试验过程简述。

宝泉抽水蓄能电站SFC 系统拖动机组至额定转速的整组调试2008年7月21日开始，历时22d，于8月2日首次并网成功。调试过程中机组共启动28 次，其间，因SFC 系统故障的原因停机12 次。由于机组没有进行水轮机工况调试，机组的动平衡校验及配重工作穿插在此阶段进行，调试过程中进一步修正了SFC 的启动流程，优化启动参数，完善启动性能，最终实现了SFC 拖动机组启动平稳、并网顺利、解列正常的要求。

2)SFC 启动机组过程中录制的启动特性曲线及分析。

水泵工况SFC 启动机组转速从0%～90%转速时，现场录制了各项特性曲线，其中:

转速特性曲线n=f(t)见图10-5(纵坐标单位为%);

定子电流特性曲线Im=f(t)见图10-6(纵坐标单位为kA);

定子升压特性曲线Um=f(t)见图10-7(纵坐标单位为kV);

励磁电流特性曲线Ir=f(t)见图10-8(纵坐标单位为A);

图10-4　宝泉电站SFC拖动机组流程图

低频时电压特性曲线参见图10-9;各图中的横坐标均为时间坐标。

①从转速特性曲线(红色)可以看出:机组转速从0 升到99.5%额定转速时间约为3 分59 秒。

图10-5　SFC启动机组转速特性曲线

②从定子电流特性曲线可以看出:SFC 拖动机组升速、升压过程中定子电流可达450A～550A，最大可达730A，达到额定转速后，定子电流下降到190A～220A。

③从励磁电流特性曲线可以看出:SFC 启动时加入960A 的初始励磁电流时，发电机电压只升到17kV左右，当转速达到98%额定转速时，励磁调节器进行电压调节，将励磁电流增加到970A 左右，定子电压才升到18kV以上。

图10-6　SFC启动机组定子电流特性曲线

图10-7　SFC启动机组升压特性曲线

④从升压特性曲线可以看出:初始励磁电流为960A 时电压只能升到17kV，增加励磁电流到970A 左右，电压才能上升到18kV以上。

⑤在低频阶段电压曲线上升是有波动的。

现场录制了SFC 启动初期低频时的电压特性曲线，见图10-10，同时将低频阶段电压波形放大，初步分析如下:电压发生波动均在低频段转速200r/min 以下，波动间隔一般在3s～5s，波动电压幅值还是有规律的，与转速仍成比例;发电电动机本身的特性应该没有问题，转子通入初始励磁电流后，建立磁场，SFC 输入定子三相电流建立旋转磁场拖动转子旋转，电枢反应定子机端电压应与转速成比例。因此，低频时出现的电压波动初步分析可能是电压互感器的低频测量失真引起的。

图10-8　SFC启动机组励磁电流特性曲线

图10-9　SFC启动机组低频时电压特性曲线

(8)试验问题及原因分析。

在SFC 拖动机组启动至额定转速调试的过程中，归纳起来主要遇到三类问题，其现象及原因分析如下:

1)SFC 多次启动失败。

从7月21日至26日机组进行了多次启动试验均告失败，主要表现为机组启动不成功或是机组加速过程中跳闸。其原因主要有以下几点:一是SFC 未能正确判别转子的初始位置致使启动失败;二是机组启动程序流程不尽合理，造成机组启动不起来或是加速过程中跳闸，主要是前期的分部调试工作完成得不是十分彻底，流程核对不充分所引起;

2)机组正常运转及并网过程中多次跳闸。

7月28日机组首次启动成功，但是在其后的运转过程中多次出现跳闸，究其原因分别为:SFC差动保护动作，输入变压器瓦斯继电器动作，网桥过流动作跳闸，输入变油流故障，SFC 输出DL 跳闸等等，主要是一些监控、保护参数或测点调整还不完善以及干扰，需要在启动机组调整过程中进一步完善或考虑适当适时躲过干扰实现正常工作。

图10-10　水泵工况和水轮机工况下导叶和球阀开度与关闭时间曲线图

3)机组启动品质不理想。

机组启动品质不理想主要表现在以下几个方面;一是机组启动时间时过长，同时伴有机组拖动声音异常，二是启动瞬间机组来回摆动，其原因主要是SFC 启动参数调整优化不当，启动频率的设定不合适，启动转矩偏小或偏大，加速功率偏小，在流程修正的过程中进一步调整优化参数之后这些问题都得到了解决。

(9)SFC 最终参数设定。

经过现场调试实际，SFC 最终确定的启动参数见表10-14。(www.xing528.com)

表10-14　SFC启动参数

10.2.4.2　机组首次水泵工况抽水试验

在完成SFC 拖动机组启动至额定转速并同期并网进入水泵调相稳定运行之后，机组便开始转入水泵工况抽水调试阶段。本节主要介绍:球阀及导叶关闭规律;水泵抽水流程;水泵抽水过程分析;水泵运行时的相关数据。

(1)球阀及导叶关闭规律。

宝泉电站水泵工况和水轮机工况下的导叶和球阀关闭曲线如图10-10所示。

1)球阀关闭规律:球阀采取两段直线关闭规律，第一段关阀从90%满开度关至20%拐点开度，历时24.8s;第二段关阀从20%拐点开度关至0 开度(球阀全关闭)，历时37.2s，两段关闭总时间62s，见表10-15。

表10-15　所有运行工况下的进水球阀关闭规律

2)导叶关闭规律:水轮机工况下导叶采用一段直线关闭规律，即在球阀开始关闭，而导叶开启状态下延时9s，再以15s 的斜率关闭导叶全行程;水泵工况下导叶采用一段直线关闭规律，即以15s的斜率关闭导叶全行程。

(2)水泵抽水流程。

1)1#机组水泵工况启动至抽水全过程，主要包括如下流程:

充气压水→SFC 拖动机组→机组空载状态→机组并网→切除SFC 回路→水泵调相→退球阀工作密封→排气回水→零流量造压→水泵抽水。

2)水泵工况启动流程如图10-11所示。

图10-11　水泵工况启动流程框图

(3)机组启动至抽水过程介绍。

机组自静止开始启动至水泵工况抽水，共分为三个阶段，即:SFC 拖动机组至额定转速阶段，机组并网进入水泵调相工况PC 阶段，机组由水泵调相转水泵抽水阶段。图10-12 为宝泉电站1#机组从静止(SS)至抽水(P)实际运行全过程曲线。

1)SFC 拖动机组。

压水时间为8min;机组转速从0→90%，共200s;SFC 运行数据见表10-16。

表10-16　SFC启动机组数据表

续表

图10-12　水泵工况开机录波曲线

2)机组并网进入水泵调相工况PC。

SFC 拖动机组加速成功后，当转速达到80%额定值时，励磁切换为自动电压调节AVR 模式。当速度高于88%额定转速时，“SFC 速度＞88%”信息通过通讯系统被送至后台监控系统，此时，SFC 开始接受来自同期设备的“快”和“慢”的频率调节命令。当发电机电压与电网侧电压的频差、角差、压差满足并网要求时，同期装置发出合闸令，断路器GCB 合闸，同时“GCB 合闸”信息立即被送至SFC 装置，以封锁SFC 变频装置脉冲，以避免在电网和机组之间形成环路，由CSCS 断开VCB2断路器，切断电气轴。至此，机组进入水泵调相工况。图中上方的黑色功率线抖动部位，即为机组并网时刻，机组从90%转速→并网，共25s。

3)机组由调相PC 转抽水P 过程。

①退工作密封，退球阀工作密封时间为4s，密封退出后，机组吸收功率变大。

②一级功率，开球阀及排气回水(P=-21MW)。密封退出14s 后，蜗壳压力上升至平稳值，有功为-21MW，达到一级功率，具备开球阀条件;关闭循环平压阀，转轮室开始排气并同时开球阀;在排气回水过程中，只要水面不触及转轮下表面，则机组有功不变，保持为-21MW。

③二级功率，开导叶(P=-48MW)。在转轮室回水水面开始触及转轮时，有功开始变大，逐步达到二级功率-48MW具备开导叶条件;开导叶抽水:在球阀全开，并关闭排气阀完成后，开导叶抽水，机组有功从-48MW→-300MW。满负荷抽水时的导叶开度为71.3%。

(4)水泵运行相关数据

1)在水泵工况开机至抽水过程中，球阀及导叶运行数据见表10-17。

表10-17　球阀与导叶运行数据

2)电气量数据，在励磁柜记录机组运行数据见表10-18。

表10-18　机组水泵启动过程运行数据

3)机组瓦温。

①机组水泵工况运行起始温度如图10-13所示。

②机组水泵抽水稳定运行时的瓦温见表10-19。

根据瓦温定值:上导、下导、推力瓦温报警值为75℃，跳闸值为80℃，水导报警位为65℃，跳闸为70℃，得出结论为机组瓦温正常。

图10-13　水泵工况运行初始温度

表10-19　机组水泵抽水稳定运行时的瓦温数据表

4)机组振摆度。

1#机组水泵工况稳定运行时，各部位振摆度数据见表10-20，振摆度监测见图10-14所示。

表10-20　机组水泵工况稳定运行时振摆度数据表

图10-14　水泵工况运行时的振摆度监测图

5)压力脉动。

1#机组水泵工况运行时各点压力脉动见表10-21，各部位压力见表10-22。

表10-21　机组水泵运行时压力脉动数据表

表10-22　机组水泵工况运行时各点压力表

6)机组各部位流量及压力见表10-23。

表10-23　机组水泵运行时流量数据表

7)机组淹没深度见表10-24。

表10-24　机组水泵运行时的淹没深度表