水電站轉輪葉片定槳處理

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的郁江上，上游由左江、右江匯流而成，電站共裝設4臺軸流轉槳式機組，總裝機容量為244.7 MW。2017 年7 月4 日機組在運行中出現負荷不能調整、槳葉導葉協聯開度異?，F象，經運維人員現場檢查，機組甩油盆處有大量透平油溢出（見圖1），遂停機進行詳細排查。

圖1 4號機組甩油盆溢油引起下方積油

2 原因分析

西津電廠4 號機水輪機基本參數：額定功率62.3 MW，最大水頭20.25 m，設計水頭14.3 m，最小水頭6.0 m，設計流量500 m/s，額定轉速62.5 r/min，飛逸轉速87.5 r/min，轉輪直徑8.0 m，輪葉數量4片，輪葉角度34°（+24°～-20°），最大軸向力10 600 kN，吸出高程3 m。

經組織專業人員研討，結合圖紙資料和現場實際現象，分析判斷甩油盆溢油原因是機組槳葉操作機構故障引起內部油路竄腔竄油[1]，開腔、關腔內部的壓力油竄至無壓的回油腔，回油腔上方即為甩油盆，因此在機組負荷調整時槳葉與導葉協聯動作，調速器根據開關指令在槳葉開關腔內充入壓力油，壓力油從故障點竄入回油腔，在甩油盆處大量溢出。

分析操作油管連接法蘭圖紙，機組槳葉操作機構內部可能的故障點有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；三是轉輪體內部操作油管與轉輪蓋、活塞關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合機組大修方能進行，因故障發生在汛期期間，為避免電站大量棄水，決定先行對機組進行定槳處理，待枯水期時再徹底解決。

3 定槳角度選擇

選取定槳的槳葉角度，應滿足機組常年運行平均水頭下發電機發出額定出力（60 MW），保證機組穩定運行，避開振動區[3]。

查閱西津電廠2014—2016 年3 年機組運行水頭情況，連續近3 年運行平均水頭（毛水頭）分別為16.65、16.69、16.76 m，綜合考慮機組進水口攔污柵堵塞壓差0.5 m水頭損失，故近3年機組平均凈水頭分別為16.15、16.19、16.26 m。查閱電站設計時的特性水頭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組定槳水頭分析，即取H=16 m。

根據電站技術設計書中機組運轉綜合特性曲線計算書資料，在16 m水頭下確保發電機發出額定出力（60 MW）對應的水輪機出力為62 216 kW，此時對應的槳葉角度為+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，防止其轉動。

4.2 動作槳葉至規定開度

由于槳葉操作機構故障，停機后槳葉開度在全開位置（+24°），無法使用調速器將槳葉關至定槳角度（+20°），需要人為動作槳葉至規定角度。根據現場實際條件，可采用手拉葫蘆方法將槳葉往上拉（關方向）以到達關閉至規定角度的目的。

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

4.3 焊接

根據槳葉與輪轂之間的間隙情況，配備各種規格的楔子板，現場測量尺寸后制作“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組重量不平衡，每個葉片正面、背面焊接的材料規格必須一致，每個葉片打入的楔子板不少于12塊楔子板，楔子板方向要一致，嚴禁以調整功能的方式疊加楔子板。焊接要求如下[4]：

（1）同時焊接兩個對稱的槳葉，嚴禁逐個槳葉焊接。

（2）焊接前使用氧乙炔火焰在楔子板、輪轂焊接處、槳葉焊接處進行預熱處理。

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

（4）每段焊后應清干凈焊渣，錘擊焊縫消除應力。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）現場焊接處理完畢后，所有焊縫必須進行無損探傷檢查，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 機械方面

因機組已做定槳處理，槳葉操作機構在定槳運行中已失效，為防止定槳運行后相關槳葉操作機構發生異常，對有關操作機構設備進行相應處理。

（1）拆除發電機層機組受油器大、小操作油管和受油器兩根壓力油管，制作4個法蘭堵板（厚度大于20 mm）封堵現場保留受油器壓力油管的法蘭，對拆除的設備做好防護保管。

（2）根據受油器大、小管與發電機短軸內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，膠皮對應的開腔、關腔預留平壓孔洞，覆蓋面膠皮外部與發電機短軸內部預留單邊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行中擺動幅度大磕碰主軸內壁受損。

5.2 電氣方面

因4 號水輪機槳葉強制定槳運行，定槳+20°。為防止電調裝置誤動槳葉，4 號機電調裝置應做以下配合措施：

（1）槳葉運行方式放置“手動”，即將4 號機調速機柜面板的槳葉手動按鈕（&AN）按下。

（2）將4 號機上機架處的槳葉反饋裝置拆除，電調柜及監控柜相應端子的電纜線甩出并用絕緣膠包好標記。

（3）在電調柜左側端子DP-26、DP-27 及反饋最大值調整板FKB-4，并入一臨時電位器（見圖3），總阻值1 kΩ左右，并入前先檢測中間抽頭對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、公共端要對應接入FKB-4、DP-26、DP-27 端子，緩慢調整電位器改變反饋輸入電壓（9.0～9.2 V），電調工控機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，放置穩固，防止振動脫落。

圖3 槳葉反饋臨時電位器接線圖

（4）將電調柜的槳葉切手動繼電器JQSDJ 拔出，放置穩固。

（5）修改電調裝置一次調頻PID 參數及大網PID 參數中的一次調頻死區，分別由原來的0.03、0.20 Hz統一改為0.3 Hz。

6 機組定槳處理后運行情況

完成4 號機定槳處理后開機試運行，監測各部位參數與故障前基本一致，機組自動開停機正常。經過一段時間的跟蹤監測，得到各部軸承擺度數據（見表1）。

表1 機組定槳后運行各部軸承擺度監測結果

從表1 可以看出，西津4 號機組定槳后運行情況良好，下導、水導軸承擺度值與定槳前無明顯突變現象，均在電站設計規范和國家標準[5]允許的范圍內，機組運行平穩。

7 機組定槳運行注意事項

（1）盡可能保持4 號機組帶固定負荷運行，漿葉角度定槳+20°，在各種水頭下機組的導葉開度值不得小于表2 的規定，機組最高負荷不得超過額定出力60 MW。

表2 4號機在各種水頭下對應導葉開度值

（2）如需要調整負荷或水頭變化較大時，運行值班人員必須到現場監視機組是否出現異常振動和擺動，如出現異常運行值班人員應及時調整負荷，若處理不了或威脅機組安全時，應立即申請停機處理。

（3）機組停機方式可采用正常自動停機方式，停機前需先將有功負荷減至5 MW 以下，無功負荷減至5 MWar以下，再下停機令。

（4）運行期間每2 h 對4 號機組頂蓋的振動情況、各軸承擺度和溫度等進行一次巡回檢查，發現異常情況時立即匯報；現場臨時放置巡回檢查記錄本，便于巡回檢查人員記錄。

（5）設備部責任班組每天上午和下午對4號機組頂蓋的振動情況、各軸承擺度和溫度等進行一次巡回檢查，發現異常情況時立即匯報。

8 結語

本文針對西津電廠4號機組運行中槳葉操作機構故障，結合實際情況進行了槳葉定槳處理，定槳后機組運行正常，有效避免了汛期大量棄水風險，提高電站的發電效益。定槳處理經驗可為類似機組故障提供參考。