GB/T 41369-2022 小型水电站机组运行综合性能质量评定

　　ICS 27 . 140 CCS P 59

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41369—2022

　　小型水电站机组运行综合性能

　　质量评定

　　Qualityevaluationofcomprehensiveperformanceofunits

　　operationofsmallhydropowerstations

　　2022-03-09 发布 2022-10-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41369—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 评定内容及要求 2

　　4 . 1 基本要求 2

　　4 . 2 水轮机运行性能质量 2

　　4 . 3 水轮发电机运行性能质量 4

　　4 . 4 励磁系统运行性能质量 6

　　4 . 5 调速系统运行性能质量 7

　　4 . 6 水轮机进水阀门运行性能质量 8

　　4 . 7 其他设备运行性能质量 9

　　5 综合评定 9

　　5 . 1 评定基本条件 9

　　5 . 2 评分原则及评分方法 9

　　5 . 3 评定结论 10

　　附录 A(规范性) 评定项目评分方法 11

　　附录 B(资料性) 综合性能质量评分表 15

　　Ⅰ

　　GB/T 41369—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中华人民共和国水利部提出并归口 。

　　本文件起草单位：中国水利水电科学研究院。

　　本文件主要起草人：徐洪泉、李铁友、王万鹏、廖翠林、陈锐、王开、瞿军。

　　Ⅲ

　　GB/T 41369—2022

　　小型水电站机组运行综合性能

　　质量评定

　　1 范围

　　本文件规定了小型水电站所用机组运行综合性能质量评定的内容、要求及方法。

　　本文件适用于机组功率在 0 . 5 MW~25 MW 之间，且水轮机转轮直径不大于 3 . 3 m 的水轮发电机组运行综合性能质量的评定。 功率在 0 . 1 MW~0 . 5 MW 之间的机组，可参照执行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 7894 水轮发电机基本技术条件

　　GB/T 8564 水轮发电机组安装技术规范

　　GB/T 9652 . 1 水轮机调速系统技术条件

　　GB/T 9652 . 2 水轮机调速系统试验

　　GB/T 10585—1989 中小型同步电机励磁系统基本技术要求

　　GB/T 14478 大中型水轮机进水阀门基本技术条件

　　GB/T 15469 . 1 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定 第 1 部分：反击式水轮机的空蚀评定GB/T 17189 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

　　GB/T 19184 水斗式水轮机空蚀评定

　　GB/T 20043 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程

　　GB/T 21717 小型水轮机型式参数及性能技术规定

　　GB/T 21718 小型水轮机基本技术条件

　　GB/T 22140 小型水轮机现场验收试验规程

　　GB/T 27989 小型水轮发电机基本技术条件

　　GB/T 29403 反击式水轮机泥沙磨损技术导则

　　GB/T 50964 小型水电站运行维护技术规范

　　JB/T 7072 水轮机调速器及油压装置系列型谱

　　SL 229 小型水力发电站自动化设计规范

　　SL 555 小型水电站现场效率试验规程

　　SL 696 小型水轮机进水阀门基本技术条件

　　3 术语和定义

　　本文件没有需要界定的术语和定义。

　　1

　　GB/T 41369—2022

　　4 评定内容及要求

　　4 . 1 基本要求

　　4 . 1 . 1 水轮发电机组图纸资料应符合下列规定：

　　a) 电站应根据其功率范围按 GB/T 21718、GB/T 21717、GB/T 27989 或 GB/T 9652.1 规定提供机组图纸资料，并保存完好;

　　b) 机组的运行、维护、检修、试验等应有详细的记录。

　　4 . 1 . 2 机组应设置防飞逸设施;立轴轴流式水轮机应有可靠的防抬机措施。

　　4 . 1 . 3 机组可靠性保证率 犓 在水轮机和水轮发电机没有改造前按公式(1)计算：

　　犓 ……………………( 1 )

　　式中：

　　犖1 — 机组已使用年数;

　　犖max — 机组规定使用年数，见表 1 。

　　表 1 机组规定使用年数

　　机组额定功率 犘r / MW

　　0 . 5≤犘r<1

　　1≤犘r<5

　　5≤犘r≤25

　　机组规定使用年数

　　25

　　30

　　35

　　在对水轮机和水轮发电机进行技术改造后，机组可靠性保证率 犓 按公式(2)、公式(3)计算：

　　犓 ……………………( 2 )

　　犖2 =犠t(犖1 - 犖t ) +犠g(犖1 - 犖g ) ……………………( 3 )

　　式中：

　　犖1 — 机组已使用年数;

　　犖2 — 改造后寿命恢复年数;

　　犖max — 机组规定使用年数，机组增容改造后，其原来的规定使用年数不变;

　　犖t — 水轮机改造后运行年数;

　　犠t —水轮机改造权重系数，犠t =0.65 ;

　　犠g —水轮发电机改造权重系数，犠g =0.35 ;

　　犖g —水轮发电机改造后运行年数。

　　4 . 1 . 4 电站应有必要的备品备件，并按要求放置。 机组应按 GB/T 50964 要求进行定期维护检修，发现缺陷和故障及时处理，记录产生缺陷、事故的原因和处理情况，不得带故障运行。 所有连接件都应连接牢固，无螺栓松动或脱落。 设备(包括盘柜)表面应保持清洁，无锈蚀，无油污。

　　4 . 2 水轮机运行性能质量

　　4 . 2 . 1 水轮机以额定转速运行，在额定水头下的额定功率以及在最大、最小水头范围内连续输出的功率应达到设计值。

　　4 . 2 . 2 水轮机在额定水头以额定转速和额定功率运行时，效率应达到设计值。 水轮机效率的测试应根据其功率范围分别按 GB/T 22140、SL 555 或 GB/T 20043 的相关规定执行。

　　4 . 2 . 3 在一般水质条件下，反击式水轮机的空蚀损坏应符合 GB/T 15469 . 1 最大允许值的规定，水斗式

　　2

　　GB/T 41369—2022

　　水轮机的空蚀损坏应符合 GB/T 19184 最大允许值的规定。

　　4 . 2 . 4 水轮机运行应符合下列规定：

　　a) 水轮机在空载工况应稳定运行;

　　b ) 在最大水头和最小水头范围内，水轮机在表 2 所列功率范围内应稳定运行。

　　4 . 2 . 5 水轮机在 4 . 2 . 4 所规定的运行范围内，尾水管内的压力脉动混频峰峰值不应大于相应水头的3%~11%,低比转速水轮机取小值，高比转速水轮机取大值;在任何情况下，尾水管压力脉动峰峰值不应大于 0 . 1 MPa。 水轮机压力脉动及振动的测试方法应按 GB/T 17189 的规定执行。

　　表 2 水轮机在工作水头范围内稳定运行的功率范围

　　水轮机机型

　　运行功率与对应水头下机组最大保证功率的比值

　　混流式

　　45%~100%

　　轴流定桨式、贯流定桨式

　　75%~100%

　　轴流转桨式、贯流转桨式

　　35%~100%

　　水斗式、斜击式、双击式

　　25%~100%

　　4 . 2 . 6 水轮机振动应符合下列规定：

　　a) 在各种工况下，包括开停机过程及甩负荷，水轮机各部件不得产生共振和有害变形;

　　b ) 在各种正常运行工况下，立式水轮机顶盖在垂直方向和水平方向允许的振动峰峰值，以及卧式水轮机轴承在垂直方向允许的振动峰峰值，不应大于表 3 规定的允许值;

　　c) 主轴摆度不应大于 GB/T 8564 中规定的允许值。

　　表 3 水轮机振动允许值

　　项 目

　　额定转速 n/(r/ min)

　　n<100

　　100≤n<250

　　250≤n<375

　　375≤n≤750

　　n= 1 000

　　n= 1 500

　　振动允许值(峰峰值)/μm

　　立式

　　水轮机顶盖

　　水平振动

　　90

　　70

　　50

　　30

　　25

　　—

　　垂直振动

　　110

　　90

　　60

　　30

　　25

　　—

　　卧式水轮机轴承垂直振动

　　110

　　90

　　70

　　50

　　30

　　25

　　4 . 2 . 7 水轮机噪声不应大于表 4 规定的允许值。

　　表 4 水轮机噪声允许值

　　测量部位

　　机组转速 n /(r/ min)

　　n≤750

　　n>750

　　立式水轮机在距机坑地板上方 1 m 处

　　85 dB( A)

　　90 dB( A)

　　立式水轮机在距尾水管进人门 1 m 处

　　90 dB( A)

　　95 dB( A)

　　卧式水轮机在距主轴和尾水管 1 m 处

　　85 dB( A)

　　90 dB( A)

　　4 . 2 . 8 水轮机导叶和水轮机喷嘴的漏水量应符合下列规定：

　　a) 在额定水头下，反击式水轮机圆柱形导水机构新导叶在全关时漏水量不应大于水轮机额定流

　　3

　　GB/T 41369—2022

　　量的 0 . 3%,非圆柱形导水机构新导叶在全关时漏水量不应大于水轮机额定流量的 0 . 4% ;

　　b ) 水斗式和斜击式水轮机新喷嘴在全关时不应漏水。

　　4.2.9 在任何工况机组甩负荷时，水轮机蜗壳(贯流式水轮机导叶前)最大压力上升率 ξ不应大于表 5的规定;当不符合上述要求时，水轮机蜗壳(贯流式水轮机导叶前)最大压力应小于设计规定的控制值。

　　4 . 2 . 10 机组甩负荷时的最大转速升高率保证值：不宜大于 60%。 贯流式机组不宜大于 65%,冲击式机组不宜大于 30% 。

　　4 . 2 . 1 1 运行经济性应符合下列规定：

　　a) 水轮机的运转特性应与电站实际条件(水头、流量)相符，通过优化调度使水轮机经常运行在高效区;

　　b ) 转桨式水轮机及多喷嘴冲击式水轮机应在协联工况下运行;

　　c) 不应超水轮机出力限制线运行。

　　表 5 水轮机蜗壳最大压力上升率

　　电站额定水头 Hr / m

　　最大压力上升率 ξ

　　Hr<20

　　1

　　20≤Hr<40

　　0.7

　　40≤Hr<100

　　0.5

　　100≤Hr≤300

　　0.3

　　Hr>300

　　0 .25

　　4 . 2 . 12

　　油润滑导轴承瓦温应符合设计规定值;水润滑导轴承的供水应可靠，水质清洁，无固体颗粒等

　　杂质。

　　4 . 2 . 13

　　水轮机转轮叶片和其他部件不应有变形、裂纹或断裂。

　　4 . 2 . 14

　　在多泥沙河流的电站，水轮机应采取抗磨措施，反击式水轮机的磨损应不大于 GB/T 29403 规

　　定的磨蚀保证值。

　　4 . 2 . 15 转桨式水轮机转轮叶片应转动灵活，转轮体无超标漏油、进水现象。

　　4 . 3 水轮发电机运行性能质量

　　4 . 3 . 1 水轮发电机在下列使用条件下应能连续额定负荷运行。 当不符合下列使用条件时，应按技术协议或产品说明书执行。

　　a) 海拔高程不超过 1 000 m(以黄海高程为准);

　　b ) 主厂房内最高温度不高于 40 ℃ ,最低温度不低于 5 ℃;冷却器进水温度不高于 28 ℃ ;

　　c) 厂房内相对湿度不超过 85%。

　　4 . 3 . 2 在下列情况下，水轮发电机应能输出额定功率：

　　a) 在额定转速及额定功率因数下，电压与其额定值偏差不超过 ±5% ;

　　b ) 在额定转速及额定功率因数下，频率与其额定值偏差不超过 ±1% ;

　　c) 在额定功率因数下，当电压与频率同时发生偏差( 电压偏差不超过 ±5%, 频率偏差不超过±1%),若两者偏差均为正偏差时，两者偏差之和不超过 6%;若两者偏差均为负偏差，或为正与负偏差，两者偏差的绝对值之和不超过 5%。 当电压与频率偏差超过上述规定值时应能连续运行，此时输出功率以励磁电流不超过额定值、定子电流不超过额定值的 105%为限。

　　4 . 3 . 3 空气冷却的水轮发电机，在规定的使用环境条件及额定工况下，定子绕组、转子绕组和定子铁心

　　4

　　GB/T 41369—2022

　　等部件温升限值不应超过表 6 的规定。

　　表 6 转子绕组、定子铁心等部件允许温升限值

　　序号

　　水轮发电机部件

　　测量方法

　　不同耐热绝缘等级材料的最高允许温升/K

　　B级

　　F级

　　1

　　定子绕组

　　电阻法或埋入检温计法

　　80

　　100

　　2

　　定子铁心

　　埋入检温计法或温度计法

　　80

　　100

　　3

　　转子绕组

　　电阻法

　　85

　　105

　　4

　　不与绕组接触的其他部件

　　部件的温升不应损坏该部件本身或任何与其相邻部件的绝缘

　　5

　　集电环

　　温度计法

　　80

　　90

　　4 . 3 . 4 水轮发电机在额定运行工况下，其轴承的最高温度采用埋入检温计法测量不应超过表 7 的规定。

　　表 7 轴承不允许超过的温度

　　轴承类型

　　推力轴承巴氏合金瓦

　　推力轴承

　　塑料瓦体

　　导轴承

　　巴氏合金瓦

　　座式滑动轴承巴氏合金瓦

　　不允许超过的温度/℃

　　75

　　55

　　75

　　80

　　4 . 3 . 5 水轮发电机在事故条件下允许短时过电流。 定子绕组过电流倍数与相应的允许持续时间按表 8确定，但达到该表中允许持续时间的过电流次数平均每年不应超过 2 次 。

　　表 8 空气冷却定子绕组允许过电流倍数与持续时间

　　定子过电流倍数(定子电流/定子额定电流)

　　允许持续时间 / min

　　1 .10

　　60

　　1 .15

　　15

　　1 .20

　　6

　　1 .25

　　5

　　1 .30

　　4

　　1 .40

　　3

　　1 .50

　　2

　　4 . 3 . 6 水轮发电机定子绕组对机壳或绕组间的绝缘电阻值在换算至 100 ℃时，不应低于按公式(4)计算的数值：

　　犚 ……………………( 4 )

　　式中：

　　犚 — 绝缘电阻，单位为兆欧(MΩ) ;

　　犝N — 水轮发电机的额定线电压，单位为伏(V) ;

　　犛N —水轮发电机的额定容量，单位为千伏安(kVA) 。

　　5

　　GB/T 41369—2022

　　对干燥清洁的水轮发电机，室温 狋(℃)下的定子绕组绝缘电阻值 犚t (MΩ),可按公式(5)修正：

　　100-狋

　　犚狋=犚 × 1.6 10 ……………………( 5 )

　　式中：

　　犚狋 — 定子绕组绝缘电阻值，单位为兆欧(MΩ) ;

　　犚 —对应温度为 100 ℃绕组热态绝缘电阻计算值，单位为兆欧(MΩ) ;

　　狋 —室温，单位为摄氏度(℃) 。

　　4 . 3 . 7 水轮发电机振动应符合下列规定：

　　a) 在各种工况下，各部件不应产生共振和有害变形;

　　b ) 在各种正常运行工况下，水轮发电机在垂直方向和水平方向允许的振动峰峰值，不应大于表 9规定的允许值;

　　c) 主轴摆度不应大于 GB/T 8564 中规定的允许值。

　　表 9 水轮发电机振动允许值

　　项 目

　　额定转速 狀/ ( r/ min)

　　狀≤100

　　100<狀≤250

　　250<狀≤375

　　375<狀≤750

　　狀>750

　　振动允许值(峰峰值)/ μm

　　推 力 轴 承 支 架 的 垂 直振动

　　100

　　80

　　70

　　60

　　50

　　导轴承支架的水平振动

　　140

　　120

　　100

　　70

　　50

　　定子 铁 心 部 位 机 架 水 平振动

　　40

　　30

　　20

　　20

　　20

　　定子铁心振动(100Hz)

　　30

　　30

　　30

　　30

　　30

　　卧式 机 组 各 部 分 轴 承 垂直振动

　　140

　　120

　　100

　　70

　　50

　　注：振动值系指机组处在各种正常运行工况下测得以位移峰-峰值表示的最大振动峰峰值。

　　4 . 3 . 8 水轮发电机的噪声水平不应大于表 10 规定的允许值。

　　表 10 水轮发电机噪声允许值

　　测量部位

　　额定转速 狀/(r/ min)

　　狀≤250

　　狀>250

　　立式水轮发电机在水轮发电机盖板外缘上方垂直距离 1 m 处

　　80 dB( A)

　　85 dB( A)

　　卧式水轮发电机在水轮发电机非驱动端距离机组 1 m 处

　　85 dB( A)

　　4 . 3 . 9 水轮发电机应装设制动装置。 制动系统应保持设备完好，并应根据其功率范围按 GB/T 27989或 GB/T 7894 的有关规定实现可靠、有效的制动。

　　4 . 3 . 10 水轮发电机转子不应有接地或匝间短路发生。

　　4 . 3 . 1 1 水轮发电机母线和封闭母线外壳(含中性点)不应有局部过热现象发生。

　　4 . 4 励磁系统运行性能质量

　　4 . 4 . 1 当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的 110%时，励磁系统应保证长

　　6

　　GB/T 41369—2022

　　期运行。

　　4 . 4 . 2 励磁系统在输出顶值电流情况下，允许强励时间不应小于 10 s,但不应大于 50 s。

　　4 . 4 . 3 当励磁电流达到额定励磁电流的 110%时，加到励磁绕组两端的整流电压的最大瞬时值，不应大于 GB/T 10585—1989 中 7.18 所规定试验电压峰值的 30%。

　　4 . 4 . 4 励磁系统应保证在任何工况下，磁场绕组出线端的电压瞬时值不大于 GB/T 10585—1989 中

　　7 . 18所规定试验电压峰值的 65%。

　　4 . 4 . 5 当励磁系统控制用的直流和交流电压偏差不超过额定电压的 +10%~-15%,交流频率偏差不超过额定频率的 +2 Hz~-3 Hz 时，励磁系统应保证同步发电机正常运行。

　　4 . 4 . 6 空载电压整定范围应符合下列规定：

　　a) 需并联运行的水轮发电机的励磁系统，应保证在 80%~110%空载电压范围内稳定平滑调节;