中国水利水电第五工程局有限公司机电制造安装分局
摘要：水电资源在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，水电站运行的稳定与否直接影响到人们的生活。水电站机组安装调试在一定程度上会影响到水电站的正常运行，这就需要在安装水电站机组时，对其进行合理调试，对出现的问题加以解决，同时还需要制定合理的调试方案。本文分析了水电站机组安装、调试过程中出现的问题，然后提出了相应的改进措施，从而维护水电站机组的正常运行，以供应稳定的电力资源。
关键词：调试问题机组安装水电站
水力发电和以往的热能发电站相比，他具有一定的优势，一方面对环境没有污染，有利于保护生态环境；另一方面，水资源还是一种可再生资源，在用水能进行发电时，不需要大量的矿产资源，减少了资金和人力的消耗。所以，优质的水电站是具有重大意义的，维持水电站的稳定运行就显得尤为重要。水电站机组安装调试会直接影响到水电站的性能，关系到水电站能否正常稳定运行，因此，重视水电站机组安装调试，积极采取有效措施解决这方面的问题，具有重要意义。
1.工程概括
苏布雷水电站目前是科特迪瓦最大的水电站，距离经济首都阿比让西北约350km，位于科特迪瓦西部sassandre河上，总装机容量275.31MW，其中主电站装设3台90MW立轴混流式机组；在大坝溢洪道附近设微型电站，装设1台5.31MW的灯泡贯流转浆式机组，以保证向大坝下游泄放50m3/s的生态流量。
2机组安装、调试问题
2.1定子定位筋调整测量数据变化大
该电站定位筋共116根圆周均布，为减少定位筋装焊的累积误差，定位筋装焊采用13分弦距法，前12份为等弦距布置（9根定位筋弦距），最后一份与前面不同弦距布置（8根定位筋弦距）。在安装之初，考虑到定位筋在调整过程中受温度影响，主要调整工作于夜间进行，其它时间可进行复测、打磨等其他辅助工作。根据设计要求，基准定位筋的轴向及周向倾斜不大于0.10mm/m；用中心测圆架测量基准定位筋在各托块处的内圆半径，其绝对半径偏差0～0.2mm以内。基准定位筋调整合格后，利用厂家所提供的专用工具将基准定位筋的托板固定在定子机座环板上。然后，按下图所示点焊顺序，将基准定位筋上每层定子机座托板点焊到环板上。
按照厂家技术要求，焊接方式采用手工电弧焊；焊接母材为：Q235钢板；焊条为J507。但在实际过程中，定位筋托块焊接前后测量定位筋轴向数据偏差较大。焊接前，周向倾斜小于0.10mm，焊接后轴向倾斜大于0.10mm，部分甚至大于0.20mm，经反复测量，仍不符合质量要求。
2.2国外大型机组受条件限制无法进行常规铁损试验
定子铁损是水轮发电机能量损失之一，对发电机效率、功率因数均有一定影响。发电机定子铁心是由薄硅钢片现场叠装而成，水轮发电机在机组运行过程中可能因铁心内部冲片短路导致产生局部过热点从而加速铁心绝缘盒定子线圈绝缘的老化，甚至造成铁心烧损及线圈击穿事故，进而威胁水轮发电机的安全运行。所以，为检查铁心制造、安装中的质量，在发电机定子完全叠片安装完成后，定子线棒下线前要进行定子铁损试验，从而综合判断定子铁心的制造、安装质量是否满足设计要求。对于大型水轮发电机组，是制造安装工序检查中必不可少的试验项目之一。然而，国内同类电站定子铁损试验大都采用工频技术，工频频率范围为40HZ-60HZ。但根据业主（科特迪瓦共和国矿产能源部）要求苏布雷电站定子铁损试验采用标准为（90min，50HZ/1.25T）。苏布雷水电站现场工业用电是33KV系统，试验电源已有条件只能采用400V系统。若采用常规办法，励磁电缆截面积需采用400A,试验电源功率需选用大于850KVA以上变压器。因试验电源偏大、电缆截面积偏大、试验过程中的振动较大无法控制、现场实施试验劳动强度大等因素困扰着该项试验的实施。
2.3机组无功闭环问题
通常情况下，水电站的出口电压是不稳定的，会受到多种因素的影响，有时其电压变高幅度可达20倍，通过相应的设备，把电能输送到电力网中，以供水电站发电。而无功闭环现象往往会在这一过程中产生，这会降低输送电压的安全性，同时也会对一些电力设备产生不良影响，尤其是水电站系统中的监控系统和励磁系统，会降低他们的无功闭环功能性能，从而对整个水电站发电系统带来安全隐患。
3改进措施
3.1定子定位筋焊接
经过30天的反复试验，从焊接顺序、焊材、焊接人员、焊接设备、焊接电流、焊接环境等原因入手，终于发现影响焊接质量的核心原因就是焊接环境。因为西非属热带雨林气候，早晚温差较大，最高可达20度温差。经过反复测量、试验发现，上午测量的数据到下午复测的时候，数据变化较大，变化范围为±0.20mm。为了克服环境影响，后期焊接过程中采取搭设防护棚，防止阳光直接照射。同时，原方案中采取的焊接设备为普通交直流焊机，后期修改焊接方式为二氧化碳气体保护焊。实践证明，修改后的焊接方法有效改善了自然环境的影响。基准定位筋的轴向斜率控制在0.10mm以内，符合质量标准要求。对于国外同类型机组、安装环境的定子定位筋调整，可以作为很好参考依据。具体焊接工艺参数如下：
3.2利用变频技术替代传统定子铁损试验
该变频技术，利用谐振原理，用较小的一次侧电压电流，获得较高的二次侧电流。由隶属于美国GE公司旗下的瑞士ALSTOM发电机总部的试验设备厂家代表进行，本次试验励磁绕组分2个区域对称缠绕，每个区域缠绕18圈；测量绕组分3个区域，每个区域缠绕12圈。其中励磁电缆截面积为65MM²，试验总电源为275KW。试验方法如下：
（1）定子铁芯轭部截面A(mm2)的计算
A=L*h=1.0896×0.1985=0.2163(m2)
L=K(L1-nb)=0.96×(1.24-21×0.005)=1.0896(m)
h=(Da-Di)/2-hs=0.325-0.1265=0.1985(m)
≈738(A)
Dav=Da－h=11.27-0.1985=11.0715(m)
励磁线圈(电缆绕制的)的功率(Pr)
Pr=1.1×IU2×10-3=1.1×738×400×10-3=324(kVA)
(2)同理按照上述公式计算不同B的相关值并见表2
不同B值对应频率、匝数、电缆截面等的相关值
(3)试验布置
变频器采用ABB生产的ACS变频器，电压1200V，电流2250A，电容6×1.0mF，补偿功率2700KVA，频率50HZ，电流互感器6000A/5A，电压互感器1200V/100V。
（4)试验过程数据采集
(5)试验结果分析
由试验数据可以看出，最大铁心损耗小于1.43W/kg，即单片硅钢片损耗的1.3倍，铁心齿部和轭部最大温升均小于25℃，铁心齿部和轭部最大温差均小于15℃。均满足相关标准规定指标，发电机定子铁损试验合格。试验过程中无局部过热，铁心片间绝缘良好。定子铁损试验合格，铁芯叠装的质量合格。本次采用变频技术来进行该项铁损试验，证明了利用谐振原理，与常规定子铁损试验相比，大大减少试验总电源要求以及励磁电缆的截面积。同时，减弱了试验过程中的振动，减轻现场试验劳动强度，大大提高了试验效率，降低危险因素。各项试验数据准确可靠，对今后其它电站定子铁损试验不具备电源条件时采用变频技术提供很好的参考。
3.3无功闭环方面
（1）就其原因进行分析。由于电线中电流等因素影响，电压会发生变化，为降低对监控系统接受传送装置电压产生的影响，需要通过一些电器设备调节和控制电压，其方法是调节器设备设定一个值，然后调节机端的电压，让其保持稳定。但是，有部分装置对机端传送的电压值控制变化不稳定，这会影响调节器的功能，不能有效的控制机端电压，引起LCU功率值与机组的无功功率误差较大，这会影响无功闭环功能，从而让电压的调节功能大不到预期的效果。除此之外，母线电压值的提升促使励磁调节器的性能下降，最终导致电压不稳，这会给机组的运行带来安全隐患。
（2）通过试验加以分析。试验分析时，可以利用电容器来试验，分析电压变化和调节。监控系统的慢速控制，在发现电压降低时，会对增次调节进行控制，但由于作用速度较慢，会造成母线电压增高，进而影响无功率，致使机组运行问题较大。在电压增高时，利用闭环状态的调节器进行减磁调节，从而造成机组功率降低。
（3）改进措施。减少在调节功率时与LCU功率出现的误差，LCU指现地控制单元，这在一定程度上有利于水电站机组的安全运行。当LCU投入时，对无功闭环功能进行改善，具体如下。第一，当机端电压值偏高时，为有效避免运行过程中出现的问题，需要对无功功率闭环的设置进行控制，从而保证水电站运行效益。第二，现地控制单元电压过低时，首先，高于标准电压值时（标准值10.5KV），解除闭锁装置；其次，低于标准电压值时，无功闭环开始工作，利用励磁系统进行调节，减少励磁缓冲调节效果；最后，机端电压在标准值10kv时，停止无功功率闭环调节工作。第三，点现地控制单元电压过高时，对不同电压进行调节，同时还要保证现地控制单元的无功闭环工作投入的状态下。首先机端电压达到标准电压时，无功功率的闭环调节停止运行。若高于标准电压值时，无功闭环开始工作，利用励磁系统进行调节；若低于标准电压值时，解除闭锁装置。
4结语
综上所述，为了保证水电站稳定运行，加强对水电站机组安装、调试的管理是很有必要的，这要求我们高度重视水电站机组安装、调试问题，并且快速的采取相应措施加以解决。本文分析了国外水电站机组安装、调试问题，列举了定位筋调整、定子铁损试验、无功功率闭环等常见问题，然后针对相关的问题找出了一些解决措施，确保水电站机组的稳定运行，从而有效将水电站的功能充分发挥。
参考文献：
[1]胡相应.分析水电站机组安装调试问题及改进措施[J].建材与装饰，2017（42）：196-197.
[2]鲍威，陶玲.水电站施工现场人员安全管理水平的系统动力学分析[J].水力发电，2016，42（06）：77-79.
作者简介：
郭林伟（1985.02），男，湖北赤壁，中国水利水电第五工程局有限公司机电制造安装分局科特迪瓦苏布雷安装项目部。工程师，大学本科，主要从事水利水电机电安装及金属结构安装工程设备安装、调试、运行工作。