水电站转轮叶片定桨处理

李燕文

（广西桂冠电力股份有限公司广源分公司，南宁 530000）

1 概况

西津水电站位于广西横州市境内的郁江上，上游由左江、右江汇流而成，电站共装设4台轴流转桨式机组，总装机容量为244.7 MW。2017 年7 月4 日机组在运行中出现负荷不能调整、桨叶导叶协联开度异常现象，经运维人员现场检查，机组甩油盆处有大量透平油溢出（见图1），遂停机进行详细排查。

图1 4号机组甩油盆溢油引起下方积油

2 原因分析

西津电厂4 号机水轮机基本参数：额定功率62.3 MW，最大水头20.25 m，设计水头14.3 m，最小水头6.0 m，设计流量500 m/s，额定转速62.5 r/min，飞逸转速87.5 r/min，转轮直径8.0 m，轮叶数量4片，轮叶角度34°（+24°～-20°），最大轴向力10 600 kN，吸出高程3 m。

经组织专业人员研讨，结合图纸资料和现场实际现象，分析判断甩油盆溢油原因是机组桨叶操作机构故障引起内部油路窜腔窜油[1]，开腔、关腔内部的压力油窜至无压的回油腔，回油腔上方即为甩油盆，因此在机组负荷调整时桨叶与导叶协联动作，调速器根据开关指令在桨叶开关腔内充入压力油，压力油从故障点窜入回油腔，在甩油盆处大量溢出。

分析操作油管连接法兰图纸，机组桨叶操作机构内部可能的故障点有3处[2]：一是操作油管连接法兰处密封紫铜垫失效；二是操作油管管壁破裂；三是转轮体内部操作油管与转轮盖、活塞关腔与回油腔两处磨损过大，间隙密封失效。

检查处理以上可能存在问题的部位均需要结合机组大修方能进行，因故障发生在汛期期间，为避免电站大量弃水，决定先行对机组进行定桨处理，待枯水期时再彻底解决。

3 定桨角度选择

选取定桨的桨叶角度，应满足机组常年运行平均水头下发电机发出额定出力（60 MW），保证机组稳定运行，避开振动区[3]。

查阅西津电厂2014—2016 年3 年机组运行水头情况，连续近3 年运行平均水头（毛水头）分别为16.65、16.69、16.76 m，综合考虑机组进水口拦污栅堵塞压差0.5 m水头损失，故近3年机组平均净水头分别为16.15、16.19、16.26 m。查阅电站设计时的特性水头H=6、8、10、12、14.3、16、17.7、20.25 m，选取与平均水头接近的特性水头作为机组定桨水头分析，即取H=16 m。

根据电站技术设计书中机组运转综合特性曲线计算书资料，在16 m水头下确保发电机发出额定出力（60 MW）对应的水轮机出力为62 216 kW，此时对应的桨叶角度为+20°，因此，最终确定该角度为桨叶定桨角度。

4 桨叶定桨处理

4.1 原则

将桨叶开度调整至+20°，使用楔子板和L 型挡块在桨叶与轮毂体之间的间隙处卡死桨叶，防止其转动。

4.2 动作桨叶至规定开度

由于桨叶操作机构故障，停机后桨叶开度在全开位置（+24°），无法使用调速器将桨叶关至定桨角度（+20°），需要人为动作桨叶至规定角度。根据现场实际条件，可采用手拉葫芦方法将桨叶往上拉（关方向）以到达关闭至规定角度的目的。

将桨叶使用手拉葫芦调整至定桨角度后，葫芦链条保持受力状态，在桨叶与轮毂、转轮室壁之间打入楔子板，防止在定桨焊接过程中桨叶转动。

4.3 焊接

根据桨叶与轮毂之间的间隙情况，配备各种规格的楔子板，现场测量尺寸后制作“L”型板和螺纹钢（Φ10），要求“L”型板与轮毂和桨叶的接触面长度大于200 mm，用螺纹钢（Φ10）将桨叶正面、背面“L”型板固定焊接。为避免定桨焊接的材料引起机组重量不平衡，每个叶片正面、背面焊接的材料规格必须一致，每个叶片打入的楔子板不少于12块楔子板，楔子板方向要一致，严禁以调整功能的方式叠加楔子板。焊接要求如下[4]：

（1）同时焊接两个对称的桨叶，严禁逐个桨叶焊接。

（2）焊接前使用氧乙炔火焰在楔子板、轮毂焊接处、桨叶焊接处进行预热处理。

（3）采用Φ4 mm 的A102 焊条，烘干焊条（经180℃温度干燥1 h），直流焊机电流控制在130～150A之间，焊接方法用手工电弧焊，采用多道焊。

（4）每段焊后应清干净焊渣，锤击焊缝消除应力。检查焊缝是否存在裂纹，如有裂纹则必须刨开，重新焊接处理。

（5）现场焊接处理完毕后，所有焊缝必须进行无损探伤检查，要求探伤合格，否则重新处理焊缝，直至合格。

根据上述要求，开展焊接固定工作，焊接情况如图2所示。

图2 楔子板、"L"型板焊接情况

5 其他部分配合桨叶定桨的处理情况

5.1 机械方面

因机组已做定桨处理，桨叶操作机构在定桨运行中已失效，为防止定桨运行后相关桨叶操作机构发生异常，对有关操作机构设备进行相应处理。

（1）拆除发电机层机组受油器大、小操作油管和受油器两根压力油管，制作4个法兰堵板（厚度大于20 mm）封堵现场保留受油器压力油管的法兰，对拆除的设备做好防护保管。

（2）根据受油器大、小管与发电机短轴内部操作油管连接法兰位置情况，使用3 mm 的胶皮制作覆盖面，利用原操作油管紧固螺栓位置紧固覆盖面胶皮，胶皮对应的开腔、关腔预留平压孔洞，覆盖面胶皮外部与发电机短轴内部预留单边5 mm 间隙，覆盖面主要作用是防止在无大、小管情况下此处操作油管在运行中摆动幅度大磕碰主轴内壁受损。

5.2 电气方面

因4 号水轮机桨叶强制定桨运行，定桨+20°。为防止电调装置误动桨叶，4 号机电调装置应做以下配合措施：

（1）桨叶运行方式放置“手动”，即将4 号机调速机柜面板的桨叶手动按钮（&AN）按下。

（2）将4 号机上机架处的桨叶反馈装置拆除，电调柜及监控柜相应端子的电缆线甩出并用绝缘胶包好标记。

（3）在电调柜左侧端子DP-26、DP-27 及反馈最大值调整板FKB-4，并入一临时电位器（见图3），总阻值1 kΩ左右，并入前先检测中间抽头对公共端的电阻变化是否均匀，然后电位器的电源端、中间抽头、公共端要对应接入FKB-4、DP-26、DP-27 端子，缓慢调整电位器改变反馈输入电压（9.0～9.2 V），电调工控机主画面桨叶角度显示（20°～21°），即可锁紧电位器，用绝缘胶封包好各裸露部分，放置稳固，防止振动脱落。

图3 桨叶反馈临时电位器接线图

（4）将电调柜的桨叶切手动继电器JQSDJ 拔出，放置稳固。

（5）修改电调装置一次调频PID 参数及大网PID 参数中的一次调频死区，分别由原来的0.03、0.20 Hz统一改为0.3 Hz。

6 机组定桨处理后运行情况

完成4 号机定桨处理后开机试运行，监测各部位参数与故障前基本一致，机组自动开停机正常。经过一段时间的跟踪监测，得到各部轴承摆度数据（见表1）。

表1 机组定桨后运行各部轴承摆度监测结果

从表1 可以看出，西津4 号机组定桨后运行情况良好，下导、水导轴承摆度值与定桨前无明显突变现象，均在电站设计规范和国家标准[5]允许的范围内，机组运行平稳。

7 机组定桨运行注意事项

（1）尽可能保持4 号机组带固定负荷运行，浆叶角度定桨+20°，在各种水头下机组的导叶开度值不得小于表2 的规定，机组最高负荷不得超过额定出力60 MW。

表2 4号机在各种水头下对应导叶开度值

（2）如需要调整负荷或水头变化较大时，运行值班人员必须到现场监视机组是否出现异常振动和摆动，如出现异常运行值班人员应及时调整负荷，若处理不了或威胁机组安全时，应立即申请停机处理。

（3）机组停机方式可采用正常自动停机方式，停机前需先将有功负荷减至5 MW 以下，无功负荷减至5 MWar以下，再下停机令。

（4）运行期间每2 h 对4 号机组顶盖的振动情况、各轴承摆度和温度等进行一次巡回检查，发现异常情况时立即汇报；现场临时放置巡回检查记录本，便于巡回检查人员记录。

（5）设备部责任班组每天上午和下午对4号机组顶盖的振动情况、各轴承摆度和温度等进行一次巡回检查，发现异常情况时立即汇报。

8 结语

本文针对西津电厂4号机组运行中桨叶操作机构故障，结合实际情况进行了桨叶定桨处理，定桨后机组运行正常，有效避免了汛期大量弃水风险，提高电站的发电效益。定桨处理经验可为类似机组故障提供参考。