西藏地区果多水电站机组运行稳定性分析

云南水力发电YUNNAN WATER POWER
第35卷第1 期125
1 工程概况
果多水电站[1]位于西藏自治区昌都市境内扎曲河段热曲交汇口上游4km 处，距昌都59km。

电站以发电为主，供电昌都地区。

果多水电站坝址集水面积33470km 2，水库正常蓄水位为3418m，相应库容7959×104m 3，设计坝顶高程3421m，最大坝高93m，电站装机容量160MW（4×40MW），保证出力33.54MW，年发电量8.319×108kW·h。

2015年12月31日首台机组正式投产，2016年12月4台机组全部投产。

果多水电站地处高海拔地区，河流汛期泥沙含量较大，机组运行水头范围46.35～61m。

综合考虑西藏地区的区域特点、昌都电网容量较小的状况、交通运输条件[2]等因素，装设4台单机额定功率40MW 的混流式水轮发电机组，由哈尔滨电机厂有限责任公司制造。

2 果多机组稳定运行的重要意义
1）机组稳定性概念。

在水电站的机电设备中，水轮机的工作条件最严酷，它不仅承担转换能量重任，而且在高速水流运动过程中形成的气蚀、压力脉动，以及在电磁力等因素的综合作用下，可能引起机组剧烈振动等不稳定现象。

不稳定运行危害巨大，轻者可以影响机组零、部件的使用寿命，重者会影响到机组的安全和电网的供电质量。

机组运行稳定性[3]是水轮发电机组安全、长期运行的重要指标，一直以来备受国内外有关专
家、学者、技术人员的关注。

水轮发电机组稳定性，通常通过机组运行中的振动、摆度、压力脉动、噪声等指标来反映；相比较润滑油或内部冷却水温度、压力、流量等参数，机组振动、摆度参数更能直接地反映机组的运行状态，所以一般以振、摆参数作为判别机组运行稳定性的主要依据。

2）昌都电网特性分析。

昌都地区电力系统尚未与西藏电网联接，是以小水电为主的发、供电的孤立系统，该系统现以昌都中心变为中心，向各负荷用户提供输配电。

2014年11月通过2回500kV 线路（降压至220kV 运行）与四川电网联网运行，主要是解决昌都电网近期缺电及水电开发施工用电需求，对昌都电网电力缺口进行补充，但连接薄弱，外送电量有限。

昌都电网结构薄弱、供电可靠性差，网内主要以小水电为主，但总规模较小、调节能力差，目前网内水电站有4个，分别是金河、昌都、沙贡和觉巴（投产1台），合计装机容量为81.2MW，在果多电站首台机组投产前网内装机容量92.12MW，其中水电81.2MW，燃机10.92MW。

果多电站投产后，总装机容量达250MW，果多电站单机容量40MW 是目前电网中最大的机组，在电网中占比较大，有明显的“大机小网”[1]特征，并且昌都电网电源结构单一，系统调节性能差，近期负荷缺口较大，水电丰期大发时，电网负荷较小，外送受限；枯期水电电源出力小的时候，电网负荷却最大。

西藏地区果多水电站机组运行稳定性分析
王安爱1，詹维勇1，李修树2
（1.华能澜沧江水电股份有限公司,昆明 650214；2.水电水力规划设计总院,北京 100120）
摘　要：本文阐明了昌都电网特性、电站特点，在分析果多水电站机组的稳定性基础上，提出了果多机组稳定性与昌都电网稳定运行的紧密联系。

关键词：昌都电网；机组；稳定性分析；大机小网
中图分类号：TV734.2+1 文献标识码：B 文章编号：1006-3951(2019)01-0125-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2019.01.032
收稿日期：2018-04-08
作者简介：王安爱（1975），男，云南会泽人，工程师，主要从事水电工程建设管理工作。

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3）果多机组稳定运行对昌都电网的积极作用。

水轮发电机组由于其运转灵活反应快速、稳定性好，是电力系统最可靠的负荷备用和事故备用，可以经济灵活地担负电力系统的尖峰负荷具有重要作用。

在国家“治国必治边，治边先稳藏”的方针下，国家将大力发展西藏，对电力的需求也将进一步加大。

昌都地区承担着西藏自治区最重要的维稳任务，但长期以来地区社会经济基础相对薄弱，而电力恰恰是昌都地区经济社会发展的最大瓶颈。

根据昌都地区水能资源、矿产资源丰富、特别是铜矿资源量大质好的特点，一方面规划着力开发昌都地区水能资源实施藏电东送，另一方面利用当地水电培育铜矿冶炼等产业并形成高附加值的产业链，将昌都地区的自然资源转化为经济优势，在保护生态环境的基础上，促进地区经济持续快速发展，促进昌都地区人民物质生活、文化教育水平不断提高，从而加强民族团结和社会稳定。

昌都电网虽然与四川电网联网运行，但连接薄弱，特别在线路检修期间，昌都电网将处于孤网运行。

鉴于目前果多水电站机组容量在电网中占比大，果多水电站机组自身的安全稳定运行对昌都电网有着积极的不可替代的作用，只有机组自身稳定运行了，小网运行下的昌都电网才能可靠运行，才能保证电网的供电质量。

3 果多机组稳定性分析
鉴于1号、2号机组投产时间短，系统性数据少，本文重点分析果多水电站先期投运的2台（3号、4号）机组稳定性。

机组在额定水头51m时能发出额定功率40MW，发电机功率、各部位温升等技术参数满足机组合同文件要求。

[1]
机组各导轴承X、Y方向摆度一级报警值为300μm。

根据运行统计数据，机组负荷5～40MW 时，3号机组上导摆度X、Y方向最大值分别为187μm、140μm，下导摆度X、Y方向最大值分别为113μm、155μm，水导摆度X、Y方向最大值分别为216μm、209μm；4号机组上导摆度X、Y方向最大值分别为156μm、200μm，下导摆度X、Y方向最大值分别为267μm、261μm，水导摆度X、Y方向最大值分别为260μm、263μm。

运行数据表明，机组运行在5MW负荷以上时，3号、4号机组各导轴承摆度满足电站运行要求。

[2]机架X、Y方向振动一级报警值为62μm。

根据运行统计数据，机组负荷5～40MW时，3号机组上机架X、Y、Z方向振动最大值分别为36μm、58μm、32μm，下机架X、Y、Z方向振动最大值分别为11μm、15μm、10μm；4号机组上机架分别为36μm、31μm、45μm，下机架分别为31μm、34μm、36μm。

从机架振动分析，机组运行在5MW以上负荷时，3号、4号机组上机架振动满足运行要求。

顶盖X、Y方向水平振动一级报警值为62μm。

根据运行统计数据，机组负荷5～40MW 时，3号机组顶盖X、Y、Z方向振动最大值分别为90μm、14μm、96μm；4号机组分别为67μm、58μm、15μm。

机组负荷在15MW以上时，3号机组顶盖X、Y、Z方向振动最大值分别为58μm、11μm、18μm，从顶盖水平和垂直振动分析，3号机组须运行在负荷15MW以上；机组负荷在10MW以上时，4号机组顶盖X、Y、Z 方向振动最大值分别为54μm、47μm、15μm，4号机组须运行在负荷10MW以上。

3号、4号机组上导轴承瓦温、推力轴承瓦温、下导轴承瓦温、水导轴承瓦温、定子绕组温度、定子铁心温度的报警值分别为70℃、55℃、70℃、65℃、125℃、125℃。

运行统计数据反映，机组负荷在5～40MW时，各台机组上导轴承瓦温25.52～39.6℃、推力轴承瓦温27.78～40.78℃、下导轴承瓦温31.22～39.6℃、水导轴承瓦温25.31～46.58℃、定子绕组最高温度53.03℃、定子铁心最高温度54.64℃。

运行数据表明，机组推力轴承、各导轴承、发电机定子等运行温度稳定，机组各部位温度及温升满足合同文件及运行的要求。

综上，机组在额定水头51m时能发出额定功率40MW；机组各部位温度及温升满足合同文件及运行的要求。

机组设计制造单位提供的机组振动区为0～18MW，中国电力科学院稳定性试验结论机组振动区初定为为0～18MW，但从目前投运的两台机组实际运行数据初步分析判断机组振动区域为0～15MW。

总体而言，果多水电站机组表现
王安爱，詹维勇，李修树 西藏地区果多水电站机组运行稳定性分析127
出良好的运行稳定性[3-5]。

4 果多机组稳定运行与昌都电网稳定运行紧密相关
4.1 “孤网运行”模式分析
昌都电网在“孤网运行”时，由于容量较小、电网频率波动较大，频率波动造成机组频繁调节、转速大幅波动、超速或停机，降低了机组运行的可靠性和稳定性；果多机组单机容量40MW，电网内总装机容量在果多机组投产前仅为92.12MW，单机容量在电网中占比较大，为典型的“大机小网”，在“大机小网”中机组的频率调节对电网频率影响较大，两者相互影响可能使频率振荡发散，引起机组事故低油压停机，造成电网运行异常、甚至使电网瓦解等情况。

就目前类似于昌都电网在孤网运行（小网运行）模式下，电网稳定运行的基础是机组能否稳定运行，在孤网运行期间确保电网稳定运行的关键是维持网频稳定，而维持网频稳定的关键是解决机组一次调频能力，机组一次调频能力的关键是保证调速系统的稳定性和响应性。

为了确保孤网运行下电网和机组的稳定性、防止电网崩溃，机网之间需综合考虑、加强沟通和协调。

对于电站侧，机组良好的稳定性能和合理的运行方式是保证电网安全稳定运行的关键，整定合适的调速系统调节参数，加强设备维护、充分了解机组特性、挖掘机组潜能、提升机组性能和稳定运行区域，积极配合和支持电网调度。

[6]
川藏联网“塘澜双线”2016年检修期间，昌都电网转入孤网运行。

依据中国电科院提供的3、4号机组稳定性测试报告，结合联网运行和孤网方式下机组振摆实测值，果多水电站向昌都电网调度建议在昌都孤网运行期间，对果多电站3、4号机组运行方式作以下调整：4号机组出力固定带18MW；将3号机组出力控制在14～20MW之间，低于14MW时机组解列停机。

运行方式调整后至孤网运行期结束近1个月，果多电站机组运行稳定，各部位参数满足要求，没有超标报警；昌都电网运行稳定，未发生电网频率大幅波动和振荡。

果多电站未投产前昌都电网孤网下的频率波动50±0.5Hz，与之相比，2016年孤网下的频率波动最大为50±0.2Hz，充分发挥了果多电站在昌都电网中的基石作用、调节和稳电网的作用[7-8]。

4.2 “联网运行”模式分析
在昌都电网与四川电网联网运行的时，果多水电站机组并网、解列、负荷调节、电压调节以及甩负荷等运行操作与在大电网中并无明显区别，在联网稳定运行模式下，果多水电站在保证昌都本地用电负荷外，可通过川藏联网可靠向外输送电量。

但在联网运行模式下，若出现电网故障引起机组停机，则川藏联网将返向送电，造成昌都电网波动，此时，昌都电网对果多电站的依赖度较高，要求机组必须快速响应，并保证稳定运行。

试验结果及运行表明，果多水电站在当前设置的参数下运行，其稳定性能满足电网调度的需要。

因此，果多机组稳定运行与昌都电网稳定运行相互依存，密切相关，联系紧密，需做到协调运行。

5 小结与展望
在分析昌都电网特点、果多电站特点、机组稳定性基础上，提出了果多机组稳定运行对昌都电网的重要作用；强调了电站侧与电网侧的相互依存关系；提出了厂网需紧密配合、协调调度，方能保证电站安全稳定运行和电网供电质量。

为整定出较优的运行参数和运行方式，并对孤网运行模式和参数整定尚需跟随运行经验的积累不断摸索和调整。

参考文献：
[1]李修树.西藏地区水轮机选型设计的几个主要问题探讨[J].水力发电，2011，37(4)：82-84.
[2]王玲花.水轮发电机组振动及分析[M].郑州：黄河水利出版社，2011.
[3]陶星明，刘光宁.关于混流式水轮机水力稳定性的几点建议[J].大电机技术,2002,(2)：40-44.
[4]刘光宇，陶星明，钟苏.混流式水轮机的水力稳定性问题[J].水电站机电技术，2003,(z1):2-9.
[5]王贵清,刘鹏让.多段结构水轮发电机组轴系调整研究及应用[J].水力发电，2011,37(5):67-68.
[6]詹维勇，王安爱，李修树.“大机小网”模式下调速器系统研究[J].水力发电，2017，43(9)：70-72.
[7]姚大坤.水轮发电机组稳定性研究.哈尔滨工业大学[D]，2006.
[8]DL-T751-2014 水轮发电机组运行规程[S].。