海南琼中抽水蓄能电站机组发电机性能试验

符彦青，孙立群

(海南蓄能发电有限公司，海南海口570100)

0 引 言

海南琼中抽水蓄能电站(以下简称海蓄电站)是海南省首座抽水蓄能电站，电站有3台单机容量200 MW的可逆式水泵水轮发电机组，主要承担海南电网调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务。海蓄电站上库总库容925.33万m3，下库总库容843.75万m3，设计水头308 m。海蓄电站发电机(以3号机组为例)主要设计参数为：发电电动机为立轴半伞、空冷、同步、可逆式电动机，型号SFD200/220-16/6550；发电工况额定容量222.22(P.F.=0.9)MV·A；电动工况额定输出功率220(P.F.=0.975)MW；额定电压13.8kV；额定电流9 297 A(发电机)、9 581 A(电动机)；发电工况额定功率因数(滞后)为0.9；电动工况额定功率因数(滞后)为0.975；额定频率50 Hz；额定转速为375 r/min；飞逸转速为544 r/min；额定负载时励磁电压(115 ℃)231 V(发电机)、211 V(电动机)；额定负载时励磁电流(115 ℃)1 532 A(发电机)、1 395 A(电动机)。

1 发电机性能试验

发电机性能试验是指按照试验标准及合同中规定性能要求确定的实际运行性能，以作为考核、验收机组是否达到合同规定性能的意见，并作为指导机组运行的主要依据。海蓄电站发电机性能试验主要按照GB/T 1029—2005《三相同步电机试验方法》、JB/T 8445—1996《三相同步发电机负序电流承受能力试验方法》、DL/T 1523—2016《同步发电机进相试验导则》、GB/T17189—2007《水力机械(水轮机、蓄能泵和水泵水轮机)振动和脉动现场测试规程》、《琼中发电电动机合同技术规范》中对应的要求进行试验。

试验内容主要包括：发电机效率试验；发电电动机参数试验；温升试验；GD2测量试验；短时过电流试验(定子和转子)；调相能力试验；负序电流承受能力试验。

表4 3号机组发电运行试验数据

2 发电机性能试验内容

2.1 发电机效率试验

海蓄电站采用量热法推算电机的损耗，从而计算电机的效率。表1和表2分别是3号机组发电机工况效率及电动机工况效率实测结果。

表1 3号机组发电机工况效率实测

发电机及电动机合同约定工况点试验结果与合同保证值对比如表3所示。由表3可知，各类效率的试验值和合同值偏差较小，表明试验数据一致性较好。总体来看，发电电动机效率试验结果满足合同保证值要求。

2.2 电动机参数试验

2.2.1 交轴同步电抗Xq

由负载功角测定试验法测定交轴同步电抗Xq，即

表2 3号机组电动机工况效率计算

表3 3号机组发电机效率保证及试验值对照 %

(1)

式中，U为试验时定子线电压；I为试验时定子线电流；φ为试验时的功率因数角；δ为试验时的功角。

试验在发电机并网运行时进行，在负荷稳定情况下，测量记录定电流、电压、功率因数、功角，记录如表4所示，可以求得Xq的不饱和值为0.514 Ω。

2.2.2 负序电抗X2

对于电压和电流谐波可以忽略不计时，由两相对中性点稳态短路试验测量负序电抗X2，即

(2)

式中，P为测量功率；IBC为两相稳态短路电流。

按照图1所示进行试验接线，使机组在额定转速运行；励磁装置输出位于最小位置后切励磁至手动，投他励电源开关；手动调节励磁电流，使短路线与中性点间连接线电流为750～1 100 A若干个点，量取开路相与短路相电压，短路相与中性点之间的电流，测量有功功率和无功功率。试验时间不超过5 min。

图1 两相稳态短路接线示意

电机负序电抗的设计值为0.200 9(p.u.)，其有名值为0.172 2 Ω。负序电抗的实测值为0.182 7 Ω，其标幺值为0.213 1(p.u.)，因此测量的相对误差为6.11%。

2.2.3 零序电抗X0

采用两相对中性点稳态短路测量零序电抗X0，即

(3)

式中，U0为开路相对中性点间的电压；I0为短路相线端与中线点连线所通过的电流；P0为对于零序电压与电流的功率。

电机零序电抗的X0设计值为0.098 1(p.u.)，其有名值为0.084 1 Ω。负序电抗的实测值为0.095 9 Ω，其标幺值为0.111(p.u.)，因此测量的相对误差为13.14%。

2.2.4 数据结论

参数测定试验测定交轴同步电抗、负序电抗和零序电抗共3个参数，测量结果及误差如表5所示。由表5可知，试验测量的3个参数均具有较高的精确度，相对误差均小于15%。

表5 发电机参数汇总

2.3 温升试验

发电机在稳态工况运行，各部位温度在最后1 h内温升不超过2 K，发电机各部件已达到稳定状态。表6为3号发电机温升试验数据，试验结果表明发电机各部件的温升均满足合同保证值要求。

表6 3号发电机温升试验数据 K

2.4 转动惯量GD2测量

通过甩小负荷试验确定机组转动惯量。发电机并网带20%额定负荷甩负荷停机，在加速曲线上对应额定转速处确定转速上升率。转动惯量为

(4)

式中，ωN为额定角速度；P1为额定有功功率；Δω为角速度变化率。

3号发电机转动惯量GD2实测为5 893 tm2，优于合同保证值5 300 tm2。

2.5 短时过电流试验

短时过电流试验包括定子短时过流试验和转子短时过电流试验。定子短时过电流试验是发电电动机在热状态下，在规定的调压范围内，应能承受150%额定电流历时2 min不发生有害变形及线圈铜焊接头开焊等情况，试验曲线见图2。转子短时过电流试验是发电电动机转子绕组应能承受2倍额定励磁电流，持续时间不小于50 s，试验曲线见图3。2个试验结束后，分别停机检查了定子铁心绕组和励磁绕组，均没有发现变形及焊点开焊等情况。

图2 3号发电机定子短时过载1.5倍额定电流试验曲线

图3 3号发电机转子过载2倍额定励磁电流试验曲线

2.6 调相能力试验

由于设备在线运行限制原因，试验没有达到本机组设计深度，触发限值为机端电压达到电厂设定的高压限值(105%UN=14.5 kV)。

2.7 负序电流试验

发电电动机在不对称电力系统中运行时，如任一电流不超过电流I2且其负序电流分量I2与额定电流之比(标幺值)不超过9%，应能长期运行。为安全起见，只做稳态负序电流温升试验，试验采用两相稳态短路试验。机组进入额定转速，分别在5%、7%、9%IN做温升试验，测量定子、转子各部位温度，均未超过报警温度。

表8 3号机组调相能力试验数据

3 结 语

由于试验条件受到限制，发电机参数试验和进相能力试验并未按照试验标准全部开展。从整体看，海南琼中抽水蓄能电站3号发电机效率为98.10%～98.90%，其他性能指标都达到设计要求，证明该发电机的设计科学合理。