水電站轉(zhuǎn)輪葉片定槳處理

李燕文

（廣西桂冠電力股份有限公司廣源分公司，南寧 530000）

1 概況

西津水電站位于廣西橫州市境內(nèi)的郁江上，上游由左江、右江匯流而成，電站共裝設(shè)4臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，總裝機(jī)容量為244.7 MW。2017 年7 月4 日機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)負(fù)荷不能調(diào)整、槳葉導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)開度異常現(xiàn)象，經(jīng)運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，機(jī)組甩油盆處有大量透平油溢出（見圖1），遂停機(jī)進(jìn)行詳細(xì)排查。

圖1 4號(hào)機(jī)組甩油盆溢油引起下方積油

2 原因分析

西津電廠4 號(hào)機(jī)水輪機(jī)基本參數(shù)：額定功率62.3 MW，最大水頭20.25 m，設(shè)計(jì)水頭14.3 m，最小水頭6.0 m，設(shè)計(jì)流量500 m/s，額定轉(zhuǎn)速62.5 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速87.5 r/min，轉(zhuǎn)輪直徑8.0 m，輪葉數(shù)量4片，輪葉角度34°（+24°～-20°），最大軸向力10 600 kN，吸出高程3 m。

經(jīng)組織專業(yè)人員研討，結(jié)合圖紙資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際現(xiàn)象，分析判斷甩油盆溢油原因是機(jī)組槳葉操作機(jī)構(gòu)故障引起內(nèi)部油路竄腔竄油[1]，開腔、關(guān)腔內(nèi)部的壓力油竄至無壓的回油腔，回油腔上方即為甩油盆，因此在機(jī)組負(fù)荷調(diào)整時(shí)槳葉與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動(dòng)作，調(diào)速器根據(jù)開關(guān)指令在槳葉開關(guān)腔內(nèi)充入壓力油，壓力油從故障點(diǎn)竄入回油腔，在甩油盆處大量溢出。

分析操作油管連接法蘭圖紙，機(jī)組槳葉操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部可能的故障點(diǎn)有3處[2]：一是操作油管連接法蘭處密封紫銅墊失效；二是操作油管管壁破裂；三是轉(zhuǎn)輪體內(nèi)部操作油管與轉(zhuǎn)輪蓋、活塞關(guān)腔與回油腔兩處磨損過大，間隙密封失效。

檢查處理以上可能存在問題的部位均需要結(jié)合機(jī)組大修方能進(jìn)行，因故障發(fā)生在汛期期間，為避免電站大量棄水，決定先行對(duì)機(jī)組進(jìn)行定槳處理，待枯水期時(shí)再徹底解決。

3 定槳角度選擇

選取定槳的槳葉角度，應(yīng)滿足機(jī)組常年運(yùn)行平均水頭下發(fā)電機(jī)發(fā)出額定出力（60 MW），保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，避開振動(dòng)區(qū)[3]。

查閱西津電廠2014—2016 年3 年機(jī)組運(yùn)行水頭情況，連續(xù)近3 年運(yùn)行平均水頭（毛水頭）分別為16.65、16.69、16.76 m，綜合考慮機(jī)組進(jìn)水口攔污柵堵塞壓差0.5 m水頭損失，故近3年機(jī)組平均凈水頭分別為16.15、16.19、16.26 m。查閱電站設(shè)計(jì)時(shí)的特性水頭H=6、8、10、12、14.3、16、17.7、20.25 m，選取與平均水頭接近的特性水頭作為機(jī)組定槳水頭分析，即取H=16 m。

根據(jù)電站技術(shù)設(shè)計(jì)書中機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線計(jì)算書資料，在16 m水頭下確保發(fā)電機(jī)發(fā)出額定出力（60 MW）對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)出力為62 216 kW，此時(shí)對(duì)應(yīng)的槳葉角度為+20°，因此，最終確定該角度為槳葉定槳角度。

4 槳葉定槳處理

4.1 原則

將槳葉開度調(diào)整至+20°，使用楔子板和L 型擋塊在槳葉與輪轂體之間的間隙處卡死槳葉，防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.2 動(dòng)作槳葉至規(guī)定開度

由于槳葉操作機(jī)構(gòu)故障，停機(jī)后槳葉開度在全開位置（+24°），無法使用調(diào)速器將槳葉關(guān)至定槳角度（+20°），需要人為動(dòng)作槳葉至規(guī)定角度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，可采用手拉葫蘆方法將槳葉往上拉（關(guān)方向）以到達(dá)關(guān)閉至規(guī)定角度的目的。

將槳葉使用手拉葫蘆調(diào)整至定槳角度后，葫蘆鏈條保持受力狀態(tài)，在槳葉與輪轂、轉(zhuǎn)輪室壁之間打入楔子板，防止在定槳焊接過程中槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.3 焊接

根據(jù)槳葉與輪轂之間的間隙情況，配備各種規(guī)格的楔子板，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量尺寸后制作“L”型板和螺紋鋼（Φ10），要求“L”型板與輪轂和槳葉的接觸面長度大于200 mm，用螺紋鋼（Φ10）將槳葉正面、背面“L”型板固定焊接。為避免定槳焊接的材料引起機(jī)組重量不平衡，每個(gè)葉片正面、背面焊接的材料規(guī)格必須一致，每個(gè)葉片打入的楔子板不少于12塊楔子板，楔子板方向要一致，嚴(yán)禁以調(diào)整功能的方式疊加楔子板。焊接要求如下[4]：

（1）同時(shí)焊接兩個(gè)對(duì)稱的槳葉，嚴(yán)禁逐個(gè)槳葉焊接。

（2）焊接前使用氧乙炔火焰在楔子板、輪轂焊接處、槳葉焊接處進(jìn)行預(yù)熱處理。

（3）采用Φ4 mm 的A102 焊條，烘干焊條（經(jīng)180℃溫度干燥1 h），直流焊機(jī)電流控制在130～150A之間，焊接方法用手工電弧焊，采用多道焊。

（4）每段焊后應(yīng)清干凈焊渣，錘擊焊縫消除應(yīng)力。檢查焊縫是否存在裂紋，如有裂紋則必須刨開，重新焊接處理。

（5）現(xiàn)場(chǎng)焊接處理完畢后，所有焊縫必須進(jìn)行無損探傷檢查，要求探傷合格，否則重新處理焊縫，直至合格。

根據(jù)上述要求，開展焊接固定工作，焊接情況如圖2所示。

圖2 楔子板、"L"型板焊接情況

5 其他部分配合槳葉定槳的處理情況

5.1 機(jī)械方面

因機(jī)組已做定槳處理，槳葉操作機(jī)構(gòu)在定槳運(yùn)行中已失效，為防止定槳運(yùn)行后相關(guān)槳葉操作機(jī)構(gòu)發(fā)生異常，對(duì)有關(guān)操作機(jī)構(gòu)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)處理。

（1）拆除發(fā)電機(jī)層機(jī)組受油器大、小操作油管和受油器兩根壓力油管，制作4個(gè)法蘭堵板（厚度大于20 mm）封堵現(xiàn)場(chǎng)保留受油器壓力油管的法蘭，對(duì)拆除的設(shè)備做好防護(hù)保管。

（2）根據(jù)受油器大、小管與發(fā)電機(jī)短軸內(nèi)部操作油管連接法蘭位置情況，使用3 mm 的膠皮制作覆蓋面，利用原操作油管緊固螺栓位置緊固覆蓋面膠皮，膠皮對(duì)應(yīng)的開腔、關(guān)腔預(yù)留平壓孔洞，覆蓋面膠皮外部與發(fā)電機(jī)短軸內(nèi)部預(yù)留單邊5 mm 間隙，覆蓋面主要作用是防止在無大、小管情況下此處操作油管在運(yùn)行中擺動(dòng)幅度大磕碰主軸內(nèi)壁受損。

5.2 電氣方面

因4 號(hào)水輪機(jī)槳葉強(qiáng)制定槳運(yùn)行，定槳+20°。為防止電調(diào)裝置誤動(dòng)槳葉，4 號(hào)機(jī)電調(diào)裝置應(yīng)做以下配合措施：

（1）槳葉運(yùn)行方式放置“手動(dòng)”，即將4 號(hào)機(jī)調(diào)速機(jī)柜面板的槳葉手動(dòng)按鈕（&AN）按下。

（2）將4 號(hào)機(jī)上機(jī)架處的槳葉反饋裝置拆除，電調(diào)柜及監(jiān)控柜相應(yīng)端子的電纜線甩出并用絕緣膠包好標(biāo)記。

（3）在電調(diào)柜左側(cè)端子DP-26、DP-27 及反饋?zhàn)畲笾嫡{(diào)整板FKB-4，并入一臨時(shí)電位器（見圖3），總阻值1 kΩ左右，并入前先檢測(cè)中間抽頭對(duì)公共端的電阻變化是否均勻，然后電位器的電源端、中間抽頭、公共端要對(duì)應(yīng)接入FKB-4、DP-26、DP-27 端子，緩慢調(diào)整電位器改變反饋輸入電壓（9.0～9.2 V），電調(diào)工控機(jī)主畫面槳葉角度顯示（20°～21°），即可鎖緊電位器，用絕緣膠封包好各裸露部分，放置穩(wěn)固，防止振動(dòng)脫落。

圖3 槳葉反饋臨時(shí)電位器接線圖

（4）將電調(diào)柜的槳葉切手動(dòng)繼電器JQSDJ 拔出，放置穩(wěn)固。

（5）修改電調(diào)裝置一次調(diào)頻PID 參數(shù)及大網(wǎng)PID 參數(shù)中的一次調(diào)頻死區(qū)，分別由原來的0.03、0.20 Hz統(tǒng)一改為0.3 Hz。

6 機(jī)組定槳處理后運(yùn)行情況

完成4 號(hào)機(jī)定槳處理后開機(jī)試運(yùn)行，監(jiān)測(cè)各部位參數(shù)與故障前基本一致，機(jī)組自動(dòng)開停機(jī)正常。經(jīng)過一段時(shí)間的跟蹤監(jiān)測(cè)，得到各部軸承擺度數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 機(jī)組定槳后運(yùn)行各部軸承擺度監(jiān)測(cè)結(jié)果

從表1 可以看出，西津4 號(hào)機(jī)組定槳后運(yùn)行情況良好，下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承擺度值與定槳前無明顯突變現(xiàn)象，均在電站設(shè)計(jì)規(guī)范和國家標(biāo)準(zhǔn)[5]允許的范圍內(nèi)，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。

7 機(jī)組定槳運(yùn)行注意事項(xiàng)

（1）盡可能保持4 號(hào)機(jī)組帶固定負(fù)荷運(yùn)行，漿葉角度定槳+20°，在各種水頭下機(jī)組的導(dǎo)葉開度值不得小于表2 的規(guī)定，機(jī)組最高負(fù)荷不得超過額定出力60 MW。

表2 4號(hào)機(jī)在各種水頭下對(duì)應(yīng)導(dǎo)葉開度值

（2）如需要調(diào)整負(fù)荷或水頭變化較大時(shí)，運(yùn)行值班人員必須到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視機(jī)組是否出現(xiàn)異常振動(dòng)和擺動(dòng)，如出現(xiàn)異常運(yùn)行值班人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，若處理不了或威脅機(jī)組安全時(shí)，應(yīng)立即申請(qǐng)停機(jī)處理。

（3）機(jī)組停機(jī)方式可采用正常自動(dòng)停機(jī)方式，停機(jī)前需先將有功負(fù)荷減至5 MW 以下，無功負(fù)荷減至5 MWar以下，再下停機(jī)令。

（4）運(yùn)行期間每2 h 對(duì)4 號(hào)機(jī)組頂蓋的振動(dòng)情況、各軸承擺度和溫度等進(jìn)行一次巡回檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)立即匯報(bào)；現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)放置巡回檢查記錄本，便于巡回檢查人員記錄。

（5）設(shè)備部責(zé)任班組每天上午和下午對(duì)4號(hào)機(jī)組頂蓋的振動(dòng)情況、各軸承擺度和溫度等進(jìn)行一次巡回檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)立即匯報(bào)。

8 結(jié)語

本文針對(duì)西津電廠4號(hào)機(jī)組運(yùn)行中槳葉操作機(jī)構(gòu)故障，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了槳葉定槳處理，定槳后機(jī)組運(yùn)行正常，有效避免了汛期大量棄水風(fēng)險(xiǎn)，提高電站的發(fā)電效益。定槳處理經(jīng)驗(yàn)可為類似機(jī)組故障提供參考。