大黑汀水利樞紐渠首電站水輪發電機組轉槳改定槳搶修改造方案

員會超 陳敬亮

(水利部海委引灤工程管理局，天津 300380)

大黑汀水利樞紐工程位于河北省遷西縣城北灤河干流上，是引灤入津供水工程群的大型骨干工程之一。渠首電站安裝4臺水輪發電機組，其中1號機組為軸流轉槳式機組，水輪機型號ZZ560-LH-250，發電機型號TS425/32-32，調速器型號WDST-100-2.5，機組容量3.2MW，轉輪槳葉轉動由調速器經受油器油路控制。

2019年4月12日，向天津供水期間，1號機組運行過程中出現甩油故障。停機后拆除永磁機、受油器、端罩等部件檢查發現，故障是由于水輪機槳葉控制油路出現了串腔，將油液甩出所致。為使機組盡快恢復運行，創造盡量多的發電效益，同時避免機組漏油造成水源污染，提出在轉輪室內將水輪機槳葉與轉輪體焊接固定的搶修處理方案，將水輪機轉槳轉輪改造成為定槳轉輪，順利完成了機組搶修任務。

1 水輪機轉槳改定槳可行性分析

根據統計資料，春、秋兩季供水期，電站上游大黑汀水庫水位在130.00～132.50m，機組毛水頭在10.9～13.4m。目前，2號機組和4號機組已通過更換水輪機轉輪方式完成了轉槳改定槳，改造后這兩臺機組的額定水頭12.5m，最大水頭14.5m。根據《大黑汀渠首電站4號水輪機轉槳改定槳技術可行性論證與設計報告》試驗數據，當取工作水頭Hg=11m，機組帶負荷至3.2MW，槳葉開度βr≈14°，水輪機定槳運行，導葉開度在55%～60%時，機組運行工況穩定，示波圖見圖1。因為2號機組和4號機組改造前同1號、3號機組采用的是同樣的轉槳轉輪，機組運行條件、性能參數完全相同，在11m水頭下，如果設定1號機組水輪機槳葉固定角度，與2號、3號、4號機組組成不同的運行模式，可滿足電站4臺機組在不同水頭下的調度運行要求。

圖1 水輪機槳葉角度固定為14°時機組示波圖

在11m水頭下，依據1號機組協聯曲線和日常運行記錄，參考2011年12月13日2號機組轉槳改定槳真機試驗結果和《大黑汀渠首電站4號水輪機轉槳改定槳技術可行性論證與設計報告》，如果確定水輪機槳葉角度為14°，轉輪改為定槳運行后，機組啟動開度會相應增大2%～3%。

考慮到大黑汀渠首電站1～4號機組的發電尾水主要供應天津、唐山兩市生產和生活用水，對水質要求較高。而軸流轉槳式水輪機常因槳葉密封機構磨損或其他故障而漏油，易造成水源污染，對水輪機進行轉槳改定槳可解決機組漏油問題，避免水源污染。

由于正處供水高峰期，為使機組盡快恢復運行，創造盡量多的發電效益，采用將1號機組水輪機槳葉角度調整為14°后，把槳葉與轉輪焊為一體的方法，將轉槳轉輪改造為定槳轉輪。經分析論證，對1號機組進行轉槳改定槳搶修是可行的，也是合理的。

2 水輪機轉槳改定槳實施

2.1 槳葉角度調整

蝸殼排水、檢修平臺搭設等施工準備工作完成后，調整轉輪槳葉傾角至14°，槳葉與轉輪縫隙處用楔板固定，見圖2。

圖2 調整轉輪槳葉角度

2.2 槳葉與轉輪體焊接固定

2.2.1 制作U形焊件

在轉輪室現場量測，制作焊件模板，并做好編號。根據模板尺寸，用80mm厚Q235A鋼板為原料，加工制成U形焊件，見圖3。

圖3 U形焊件

2.2.2 焊接U形焊件

先試裝U形焊件，試裝合適后，對焊件修型。參照1號機組水機轉輪以往的動平衡實驗數據，為確保轉槳改定槳后轉輪動平衡不超過標準差，確定修型后U形焊件重量為：1號槳葉焊件9.4kg、2號槳葉焊件9.3kg、3號槳葉焊件9.3kg、4號槳葉焊件9.4kg。在槳葉與轉輪結合縫隙處焊接圓鋼。焊接時先點焊，隨時量測槳葉傾角，使其保持在14°的設定位置，見圖4。

圖4 焊接固定葉片U形鐵

按照事先制定好并經過評定的焊接工藝規程，焊接U形焊件。

2.3 調速器槳葉協聯退出

水輪機轉槳改定槳后，水機槳葉不再需要調整，所以要把調速器槳葉協聯退出，并拆除受油器銅套，油口用絲堵封堵住。

3 改造后機組試運行

槳葉與轉輪體焊接完畢，機組試運轉前準備工作全部完成以后，根據《水輪發電機組啟動試驗規程》(DL/T 507—2014)要求，進行了1號機組投入運行前的試運轉試驗。

3.1 機組充水試驗

導葉全關，打開旁通閥，緩慢向蝸殼充水35min后，壓力表示值0.7MPa，蝸殼平壓，快速閘門靜水啟閉正常。

3.2 手動開停機試驗

機組啟動開度10%，空載開度46%，蝸殼壓力0.115MPa，頂蓋上水正常。監測上導擺度小于0.15mm，水導擺度小于0.20mm，垂直振動小于0.08mm，擺度及振動數據符合規程要求，見表1。

表1 機組空載運行擺度及振動數據 單位：mm

3.3 空轉試驗

機組于2019年4月25日進行空轉試驗，9時40分開機，至17時40分停機。運轉穩定后各部瓦溫低于65℃，6h空轉試驗正常，監測數據見表2。

表2 6h空載試驗水輪機各部位瓦溫 單位：℃

3.4 調速器空載擾動試驗

調速器空載擾動試驗結果符合規程要求，試驗數據見表3。

表3 調速器空載擾動試驗數據

3.5 過速試驗

以手動開機方式使機組達到額定轉速，待機組運轉正常后，將導水葉開度繼續加大，使機組轉速升至130%，監測各部位擺度值和振動值符合規程要求，見表4。

表4 機組過速試驗擺度及振動數據 單位：mm

3.6 帶負荷試驗

機組帶負荷2200kW，約為額定負荷的69%，監測瓦溫小于65℃，見表5。

表5 負荷試驗水輪機各部位瓦溫 單位：℃

3.7 甩負荷試驗

2200kW進行甩負荷試驗，最高轉速為53Hz，轉速上升率最大為6%；蝸殼最高壓力0.16MPa，蝸殼水壓上升率為39%，符合規程要求。

3.8 72h試運行

大黑汀電站1號機組于2019年4月26日18時開機帶負荷運行，至4月29日18時停機。72h試運行數據未見異常。由于篇幅所限，72h試運行數據本文不再列出。

4 搶修效果分析

2019年4月12日，發現1號機組出現油路串腔故障，經過三天技術準備，4月16日開始水輪機轉槳改定槳施工，4月24日施工完畢并具備啟動試驗條件，到4月29日完成機組72h試運行，前后共歷時18天。U形焊件制作、焊接及其他費用合計3.5萬元。結合向天津供水情況，在72h試運行合格后，1號機組即投入正式運行，至2019年5月26日供水結束后停機，累計安全穩定運行27天，累計發電158萬kW·h。按0.41元/(kW·h)計算，本次引灤入津供水期間，1號機組搶修后創造發電收益64.78萬元，經濟效益顯著。

5 結 語

結合大黑汀水利樞紐渠首電站上游水庫水位變化情況，通過采取在轉輪室內把槳葉與轉輪體焊接固定的處理方法，將1號水輪發電機組轉槳式轉輪改造為定槳式轉輪，完成了水輪機油路串腔故障的搶修任務，效果好、工期短、投資小，經濟效益顯著，可為水輪發電機組類似故障搶修提供參考。