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呼和浩特抽水蓄能电站双机甩负荷试验刘永红　 边举朋　 甘福珍

东方电气东方电机有限公司, 四川 德阳 618000

摘要: 以内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站 1#机组和 2#机组双机甩负荷试验为例, 从试验目的、 技术标准、 测试参数、 试验要

求、 试验工况的选择及试验程序和安全控制等方面对抽水蓄能双机甩负荷试验过程进行了详细论述, 并分析了双机甩负荷

及干扰试验的有关技术问题, 对其他同类型的抽水蓄能电站进行双机甩负荷试验具有一定的借鉴作用和参考价值。

关键词: 抽水蓄能机组; 甩负荷试验; 干扰试验; 压力上升; 转速上升

中图分类号: TV743; TM312　 　 　 　 　 文献标识码: A　 　 　 　 　 文章编号: 1001-9006(2016)02-0044-06

Simultaneous Load Rejection Test for Both Generator Unitsof Hohhot Pumped-storage Power Station

LIU Yonghong, BIAN Jupeng, GAN Fuzhen( Dongfang Electric Machinery Co．, Ltd．, 618000, Deyang, Sichuan, China)

Abstract: Based on the practice of simultaneous load rejection test of both the generator units of the Hohhot pumped-storage power

station, this paper makes a detailed presentation of proposal for carrying out the test of the subject units, including purpose of the test,

technical standards followed, parameters used, conditions set and procedures and safety control during the test. Technical discussions

on certain issues of the test are also provided. The proposal may give reference for the load rejection tests of other pumped-storage

power stations.

Key words: pumped-storage power generator; load rejection test; interference test; water-pressure rising; rotating speed increase

　 收稿日期: 2016-01-06　 作者简介: 刘永红(1962-), 男, 1984 年毕业陕西机械学院水动专业, 工学学士, 高级工程师。 现在东方电气东方电机有限公司从事水电

站机组安装调试及项目管理工作。边举朋(1977-), 男, 2000 年毕业于西北农业大学水动专业, 工程硕士, 高级工程师。 现在东方电气东方电机有限公司从事水

电机组安装服务工作。甘福珍(1976-), 女, 1999 年毕业于南昌航空工业学院机械电子专业, 学士学位, 高级工程师。 现在东方电气东方电机有限公

司从事电站工程技术工作。

　 　 呼和浩特抽水蓄能电站项目位于内蒙古自治

区呼和浩特市, 项目主设备方为东方电机有限公

司。 电站安装 4 台单机容量 300 MW 的立式可逆混

流式蓄能机组, 毛水头 503． 0 ~ 585． 0 m, 年平均

年 发 电 量 20． 075 亿 kWh, 年 抽 水 需 电 量

26． 767 亿 kWh, 年发电利用小时数为 1 673 h, 抽水

利用小时数为 2 174 h。 电站按一回 500 kV 线路接

入呼东 500 kV 变电站, 再并入蒙西电网。 电站 4台机组启动共用一套 SFC 装置, 在系统中承担调

峰、 填谷及紧急事故备用的任务, 同时兼有调频、调相作用。

2015 年 3 月 29 日, 呼和浩特抽水蓄能电站 1#

机组和 2#机组顺利完成双机甩负荷及 100%额定负

荷一台机组甩负荷一台机组满负荷运行抗干扰试

验。 2015 年 8 月 18 日, 3#机组和 4#机组顺利完成

双机甩负荷及 100%额定负荷一台机组甩负荷一台

机组满负荷运行抗干扰试验。 呼和浩特抽水蓄能

电站双机甩负荷试验数据采集正常、 可靠, 试验

期间机组和电站水工建筑物均运行安全无隐患,

双机甩负荷试验是成功的。 下面对呼和浩特抽水

蓄能电站双机甩负荷试验技术作简要介绍。

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1　 试验目的

呼和浩特抽水蓄能电站引水系统采用一洞二

机的布置方式, 尾水系统采用一洞一机的布置方

式, 一台机组的运行工况的改变都会对另一台机

组的运行产生影响。 所以为确保电站各台机组的

安全、 稳定运行, 需对共用一个压力钢管的 2 台机

组同时甩 100%额定负荷试验和 100% 额定负荷一

台甩一台运行抗干扰试验。双机甩负荷试验的目的主要是检验水轮机调

速系统的动态调节性能, 校核导叶接力器紧急关

闭时间, 蜗壳水压上升率, 机组转速上升率, 尾

水管压力等参数是否符合设计规定; 校验调节参

数的整定值是否满足调节保证计算的要求; 检验

双机甩负荷后的各项指标是否满足合同及规范要

求, 以保证机组安全运行。一甩一抗干扰试验目的主要是检验同一流道 2

台机组同时发电运行时, 单台机组甩负荷, 相邻

机组水力干扰情况下发电机、 GCB、 主变过负荷能

力以及机组振摆、 各部位压力及自动化元器件运

行情况。

2　 试验条件及测试参数

2． 1　 试验条件

(1)1#机组和 2#机组已分别完成单机甩负荷试

验, 试验数据符合设计及规范要求。(2)上水库进、 出口闸门, 1#机组和 2#机组尾

水闸门, 1#机组和 2#机组球阀及导水机构等处于正

常状态。(3)1#机组和 2#机组所有的电气保护、 机械保

护和后备保护均已正常投入。(4)1#机组和 2#机组辅助设备控制回路正常,

机组开 /停机控制回路和紧急停机控制回路正常,1#机组和 2#机组满足启动条件。

(5)1#机组和 2#机组各监测仪器仪表处于正常

工作状态, 试验仪器、 仪表已调试准确。(6)试验前, 测试 1#机组和 2#机组临时按钮能

同时跳开 1#机组和 2#机组 GCB; 临时按钮同时触

发 2 台机的继电保护, 确保 2 台机 GCB 同时跳开。如果 2 台机 GCB 跳开时间有差异, 应立即汇报给

指挥部, 进行风险评估判断。(7)试验前应确认 1#机组和 2#机组电调柜参数

(死区、 PID 等)已按要求进行设置。(8)试验前应重新校核导叶关闭规律及导叶关

闭时间。(9)试验前应重新测试飞摆动作电气事故流

程, 检查球阀、 导叶、 11 s 延时停机电磁阀动作规

律和时间。(10)试验前应重新对防水淹厂房系统与上库

闸门及尾水闸门联动功能进行校验。(11)1#机组和 2#机组并网带负荷, 并经系统

调度允许方可进行甩负荷试验。(12)工业电视系统已投入运行, 甩负荷试验

时摄像头对准机组各主要部位。(13)机组各部位螺栓、 销钉已紧固并锁死,

试验前对机组进行联合检查。(14)明确紧急逃生路线, 做好紧急逃生演练。(15)试验前应安排好专职人员在上库闸门及

尾水闸门处值守, 保持通讯畅通, 以便甩负荷过

程中导叶及球阀关闭失灵时紧急关闭上库及尾水

闸门。2． 2　 测试参数

为确保机组甩负荷试验测试准确, 在机组甩

前、 甩中、 甩后分别对水力测量部分以及机组振

动摆度测量部分通过专用测试仪器进行监控测量。2． 2． 1　 水力测试

试验采用电测法进行。 机组转速信号、 导叶

开度信号、 机组有功功率信号取自调速器盘柜,各部位压力信号取自经过现场校正的压力变送器,输出的电流信号经光隔离、 I / V 变换、 滤波处理后

接入数据采集系统进行实时数据采集处理。 试验

用的压力传感器在安装时尽量选择距测点较短的

管道, 且排除含有较长三通管路的管道, 对悬臂

方式安装的传感器以及其它可能振动的测压管路

必须进行加固固定处理, 排除管路自身振动对压

力测量的影响。 在试验前必须对测量管道进行排

气处理。 水力主要测点布置包括: 机组转速、 导

叶开度、 机组有功功率、 尾水管进口压力、 蜗壳

进口压力、 顶盖压力、 球阀前压力。2． 2． 2　 振动摆动测试

摆度测量采用高精度电涡流位移传感器进行

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相对值测量, 振动测量采用超低频速度传感器进

行绝对值测量。 通过大量程电涡流位移传感器获

取转速和键相信号。 动态信号分析仪基于快速傅

立叶变换原理和数字信号处理技术, 对输入的模

拟信号进行抗混滤波及防泄漏处理后, 再经采样

保持和模数转换, 按不同要求对信号进行时域分

析、 频域分析。 主要测点布置包括: 上导、 下导

和水导摆度; 上、 下机架, 顶盖水平; 尾水进入

门、 机座振动; 球阀本体垂直和水平振动; 球阀

轴向和径向位移。

3　 试验要求和安全风险控制

3． 1　 试验要求

(1)1# 机组和 2# 机组发电工况并网稳定运行

30 min后, 在各部位人员到位并征得电网调度同意

后, 模拟机组分闸信号, 确认 1#、 2#机组均进入电

气紧急停机状态, 同时甩 1#、 2#机组负荷。(2)在甩负荷过程瞬间时, 机组水压上升、 转

速的上升值均不得超过调节保证设计值。(3)机组各部的摆度、 振动、 声响以及压力钢

管水压、 尾水管水压脉动等均不得影响机组的安

全稳定运行。(4)导叶与球阀联动关闭规律及导叶关闭时间

满足设计调保计算要求。(5)双甩试验应先做双机同时甩负荷试验, 再

做单机甩负荷对相邻机组干扰试验。 对于双机同

时抽水断电试验, 由于单机断电试验已能真实反

映机组断电时的情况, 所以没有必要再进行双机

断电试验。(6)每甩一次负荷后, 应严格检查发电机风洞

及转动部件, 机组的振动摆度变化和各部位轴承

温度、 轴瓦温度以及油温, 分析过渡过程试验数

据, 确定继续甩下一次负荷对电站、 机组安全运

行没有影响后再进行下一工况试验。(7)以上各甩负荷试验应尽可能在高水头下进

行, 或根据现场试验条件进行。3． 2　 安全风险控制

由于引水系统采用一洞二机、 尾水系统采用

一洞一机的布置方式, 所以 2 台机组同时甩负荷时

引水系统压力钢管所承受的压力变化及双机甩负

荷时机组的振动、 过速以及 2 台机组相互之间的影

响, 与单机甩负荷均有所不同, 很有可能出现水

工建筑物受损或机组设备部件因振动大而出现松

动、 脱落等事故, 故双机甩负荷试验是抽水蓄能

项目调试过程中最具危险性的项目之一。 鉴于双

机甩负荷为破坏性试验, 国内其它抽水蓄能电站

进行该项试验时, 不乏人身伤亡、 设备损坏的前

例, 因此, 呼和浩特抽水蓄能电站对此项试验高

度重视, 并对试验过程中可能出现的各危险点进

行仔细分析, 并编写了详细的安全措施及试验注

意事项, 成立了应急组织机构, 明确了调试组、检查组、 通讯组及应急组的各项职能。 试验的主

要风险有以下几点。(1)双机在甩负荷时, 压力钢管、 蜗壳压力会

瞬间急剧上升, 可能会导致流道、 调压井以及相

关机组管路出项受损故障。(2)双机在甩负荷时, 尾水管锥管压力会瞬间

降低, 有可能出现负压, 导致机组振动摆度增大

甚至机组锥管受损故障。(3)双机在甩负荷时, 机组各部振动、 摆度会

突然急剧增大, 可能会导致机组转动部分、 管路

及阀门松动开裂。(4) 电气设备中的 500 kV 出线设备、 GIS、

500 kV 电缆等均是首次带大负荷运行, 可能会出

现保护误动以及部分设备过热现象, 甚至可能导

致 500 kV 和 10 kV 二段停电。针对上述几种存在的可能风险, 应分别制定

相应的应急措施, 建立双机甩负荷应急预案及试

验安全措施。(1)在双机组甩负荷试验前, 所有人员均应熟

悉试验方案及双机甩负荷应急预案。 试验过程中,所有参加试验人员必须服从统一指挥, 所有运行

操作由运行值班人员执行。(2)在双机甩负荷试验前, 应完成水淹厂房应

急演练。 试验时, 试验现场必须保证道路畅通,照明充足, 应有明确的逃生通道指示, 当发生水

淹厂房等意外事故时, 生产现场的各单位的各级

领导及安全人员, 应就近指挥现场人员向 2 个逃生

通道迅速撤离。(3)在双机甩负荷试验前, 应确认机组振动、

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摆度、 蜗壳压力、 机组转速、 接力器行程、 定转

子气隙等测试仪表工作正常, 确认调速器参数及

励磁调节器参数正确。(4)在双机甩负荷试验前, 应做好安全技术交

底, 并清理地下厂房内所有无关人员, 限制与试

验无关人员在地下厂房内工作。(5)在双机甩负荷试验过程中, 应加强对上下

水库进水口的监测, 限制人员进入上下水库进出水

口闸门附近, 同时对整个压力管道系统、 蜗壳进口

压力、 尾水管压力以及机组转速上升、 压力脉动等

进行实时监控, 发现异常, 应立即停止试验。(6)在每次甩负荷试验后, 应及时收集整理甩

负荷过程记录数据, 对数据进行仔细分析, 只有

在分析判断数据正确且确认甩负荷数据没有超过

规程和合同规范要求后, 方可进行下步试验。(7)在每次甩负荷试验后, 应严格对双机进行

检查, 只有在检查确认无误后, 方能进行下步试验。

4　 1#机组 2#机组双机甩负荷试验结果

4． 1　 1#机组和 2#机组同甩 100%额定负荷试验

呼和浩特抽水蓄能电站 1#机组和 2#机组双甩

试验各测点极值出现在双机同甩 100% 负荷工况,其中 1#机: 转速最大 704． 12 r / min, 球阀前压力最

大值 843． 42 m(备注: 此文中水压力的单位均用

“m” 表示), 蜗壳进口压力最大值 837． 01 m, 尾

水管压力最小值 21． 16 m; 2#机: 转速最大 698． 77r / min, 球阀前压力最大值 831． 27 m, 蜗壳进口压

力最大值 828． 73 m, 尾水管压力最小值 25． 61 m。2 台机组甩负荷瞬间机组摆度、 振动增加较大, 下

导和水导增加的较多, 增加主要是转频分量; 上、下机架振动、 机座和顶盖振动都增加较大, 振动

增加的主要是水力分量。 以上试验结果全部优于

合同保证值。 双机甩 100%额定负荷试验数据见表

1, 甩负荷试验曲线见图 1。

表 1　 双机甩负荷试验数据

测点1#机组

甩前值 甩中值 合同保证值

2#机组

甩前值 甩中值 合同保证值

转速 / ( r·min - 1) 499 704． 12 < 725 499 698． 77 < 725功率 / MW 302． 47 0 无规定 305． 99 0 无规定

球阀前 / m 629． 12 843． 42 无规定 628． 02 831． 27 无规定

蜗壳进口压力 / m 624． 76 837． 01 < 883 624． 14 828． 73 < 883尾水管进口压力 / m 74． 09 21． 16 > 0 75． 51 25． 61 > 0

　 　 注: 上游水位 1 930． 2 m, 下游 1 367． 98 m, 毛水头 562． 22 m

图 1　 1#机组双机甩 100%负荷试验曲线

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4． 2　 1#机组甩 100%额定负荷, 2#机组带 100%负荷运行试验

　 　 呼和浩特抽水蓄能电站 1#机组甩 100%额定负

荷和 2#机组带 100%额定负荷运行试验各测点数据

变化情况如下: 1#机组各测点极值出现在甩 100%负荷瞬间工况, 转速最大 690． 3 r / min, 球阀前压

力最大值 776． 64 m, 蜗壳进口最大值 784． 16 m,尾水管压力最小值 26． 04 m; 2#机组转速499 r / min

基本没有变化, 功率增加到 345 MW, 球阀前压力

最大值 742． 12 m, 蜗壳进口压力最大值 734． 59 m,尾水管进口最小值 60． 18 m。 2#机负荷从 305 MW波动到 345 MW, 最低负荷到238 MW。 2#机在最高

负荷时振动、 摆度幅值变化不大。 1#机组甩 100%额定负荷, 2# 机组带 100% 负荷试验数据见表 2。1#机组甩 100% 负荷, 2#机组带 100% 负荷试验曲

线见图 2、 图 3。

表 2　 1#机组甩 100%额定负荷, 2#机组带 100%负荷试验数据

测点1#机组

甩前值 甩中值 合同保证值

2#机组

甩前值 甩中值 合同保证值

转速 / ( r·min - 1) 498 690． 3 < 725 499 499 转速基本不变化

功率 / MW 303． 43 0 无规定 304． 39 345 无规定

球阀前 / m 627． 4 776． 64 无规定 627． 47 742． 12 无规定

蜗壳进口压力 / m 626． 07 784． 16 < 883 623． 35 734． 59 < 883

尾水管进口压力 / m 75． 05 26． 04 > 0 77． 90 60． 18 > 0

　 　 注: 上游水位 1 929． 82 m, 下游 1 368． 52 m, 毛水头 561． 30 m

图 2　 1#机组甩 100%负荷试验曲线

4． 3　 球阀的振动和轴向位移

在呼和浩特抽水蓄能电站 1#机组和 2#机组同

甩 100%负荷试验的所有工况试验中, 球阀本体在

带负荷工况下振动很小, 在甩负荷过度过程时振

动均出现了较大增加, 增加量主要为水力分量。

球阀轴向位移在开机前后变化较大, 但在甩负荷

时轴向位移变化不大。

5　 试验结果分析

呼和浩特抽水蓄能电站 1#机组和 2#机组双机

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图 3　 2#机组带 100%负荷试验曲线

甩负荷试验是在电站当时水头, 机组最大负荷情

况下完成的, 共进行了 5 种工况, 依次分别是 1#

机带 50%负荷 2#机甩 100%负荷、 1#机组与 2#机组

同甩 75%负荷; 1#机带 75% 负荷 2#机甩 100% 负

荷; 1# 机组与 2# 机组同甩 100% 负荷; 1# 机甩

100%负荷 2#机带 100% 负荷。 上述 5 种负荷试验

数据表明, 各测点数据极值出现在双机同甩 100%

负荷工况。

5． 1　 试验结果与调保计算对比分析

在双机甩负荷试验前, 东方电机公司根据单

机甩负荷试验数据对双机甩负荷试验过程过程进

行了复核计算, 并提交了计算报告。 通过对计算

报告的数据与试验测试数据进行对比可知, 现场

测试的蜗壳最大压力、 尾水管进口压力、 机组转

速上升率与调节保证计算数值基本一致, 满足合

同文件规定的性能要求。 各测点最大极值出现在

100%额定负荷双机同甩工况, 其中蜗壳最大压力

计算值 842． 68 m, 实测值 837． 01 m; 尾水管进口

计算最小压力为 7． 16 m, 实测值 21． 16; 转速计算

最大值为 697． 36 r / min,, 实际为 698． 77 r / min,

转速上升率 40% 。

5． 2　 一台机组甩负荷对另一台机组运行的影响

分析

　 　 同一压力钢管的 2 台机组带负荷运行, 出现一

台机组甩负荷时, 另一台机组可以保持正常运行。甩负荷的机组测试数据与双机甩负荷的数据进行

对比可知, 甩负荷机组的蜗壳进口压力, 尾水管

进口最小压力、 机组转速上升等值均小于双机甩

同等负荷时的测试值。 正常运行的机组在甩前后

机组蜗壳进口最大压力上升 17% 、 尾水管进口最

小压力下降 22% , 最大负荷上升率为 13% 。 上升

数据变化均满足规程标准要求。

6　 结语

抽水蓄能双机甩负荷试验是抽水蓄能机组调

试过程中最重要和最具危险性的试验项目之一。呼和浩特抽水蓄能电站在试验前, 针对试验过程

中可能出现的各风险点进行仔细分析, 东方电机

编制了完善的试验程序和安全措施, 特别是对单

机甩负荷的实验结果, 对调保计算结果多次复核,并在此基础上对双机甩负荷进行重新计算并预估

和反演计算结果, 做到每一步试验都有序进行,确保了呼蓄电站试验安全、 可靠和顺利完成。