大黑汀水利枢纽渠首电站水轮发电机组转桨改定桨抢修改造方案

员会超 陈敬亮

(水利部海委引滦工程管理局，天津 300380)

大黑汀水利枢纽工程位于河北省迁西县城北滦河干流上，是引滦入津供水工程群的大型骨干工程之一。渠首电站安装4台水轮发电机组，其中1号机组为轴流转桨式机组，水轮机型号ZZ560-LH-250，发电机型号TS425/32-32，调速器型号WDST-100-2.5，机组容量3.2MW，转轮桨叶转动由调速器经受油器油路控制。

2019年4月12日，向天津供水期间，1号机组运行过程中出现甩油故障。停机后拆除永磁机、受油器、端罩等部件检查发现，故障是由于水轮机桨叶控制油路出现了串腔，将油液甩出所致。为使机组尽快恢复运行，创造尽量多的发电效益，同时避免机组漏油造成水源污染，提出在转轮室内将水轮机桨叶与转轮体焊接固定的抢修处理方案，将水轮机转桨转轮改造成为定桨转轮，顺利完成了机组抢修任务。

1 水轮机转桨改定桨可行性分析

根据统计资料，春、秋两季供水期，电站上游大黑汀水库水位在130.00～132.50m，机组毛水头在10.9～13.4m。目前，2号机组和4号机组已通过更换水轮机转轮方式完成了转桨改定桨，改造后这两台机组的额定水头12.5m，最大水头14.5m。根据《大黑汀渠首电站4号水轮机转桨改定桨技术可行性论证与设计报告》试验数据，当取工作水头Hg=11m，机组带负荷至3.2MW，桨叶开度βr≈14°，水轮机定桨运行，导叶开度在55%～60%时，机组运行工况稳定，示波图见图1。因为2号机组和4号机组改造前同1号、3号机组采用的是同样的转桨转轮，机组运行条件、性能参数完全相同，在11m水头下，如果设定1号机组水轮机桨叶固定角度，与2号、3号、4号机组组成不同的运行模式，可满足电站4台机组在不同水头下的调度运行要求。

图1 水轮机桨叶角度固定为14°时机组示波图

在11m水头下，依据1号机组协联曲线和日常运行记录，参考2011年12月13日2号机组转桨改定桨真机试验结果和《大黑汀渠首电站4号水轮机转桨改定桨技术可行性论证与设计报告》，如果确定水轮机桨叶角度为14°，转轮改为定桨运行后，机组启动开度会相应增大2%～3%。

考虑到大黑汀渠首电站1～4号机组的发电尾水主要供应天津、唐山两市生产和生活用水，对水质要求较高。而轴流转桨式水轮机常因桨叶密封机构磨损或其他故障而漏油，易造成水源污染，对水轮机进行转桨改定桨可解决机组漏油问题，避免水源污染。

由于正处供水高峰期，为使机组尽快恢复运行，创造尽量多的发电效益，采用将1号机组水轮机桨叶角度调整为14°后，把桨叶与转轮焊为一体的方法，将转桨转轮改造为定桨转轮。经分析论证，对1号机组进行转桨改定桨抢修是可行的，也是合理的。

2 水轮机转桨改定桨实施

2.1 桨叶角度调整

蜗壳排水、检修平台搭设等施工准备工作完成后，调整转轮桨叶倾角至14°，桨叶与转轮缝隙处用楔板固定，见图2。

图2 调整转轮桨叶角度

2.2 桨叶与转轮体焊接固定

2.2.1 制作U形焊件

在转轮室现场量测，制作焊件模板，并做好编号。根据模板尺寸，用80mm厚Q235A钢板为原料，加工制成U形焊件，见图3。

图3 U形焊件

2.2.2 焊接U形焊件

先试装U形焊件，试装合适后，对焊件修型。参照1号机组水机转轮以往的动平衡实验数据，为确保转桨改定桨后转轮动平衡不超过标准差，确定修型后U形焊件重量为：1号桨叶焊件9.4kg、2号桨叶焊件9.3kg、3号桨叶焊件9.3kg、4号桨叶焊件9.4kg。在桨叶与转轮结合缝隙处焊接圆钢。焊接时先点焊，随时量测桨叶倾角，使其保持在14°的设定位置，见图4。

图4 焊接固定叶片U形铁

按照事先制定好并经过评定的焊接工艺规程，焊接U形焊件。

2.3 调速器桨叶协联退出

水轮机转桨改定桨后，水机桨叶不再需要调整，所以要把调速器桨叶协联退出，并拆除受油器铜套，油口用丝堵封堵住。

3 改造后机组试运行

桨叶与转轮体焊接完毕，机组试运转前准备工作全部完成以后，根据《水轮发电机组启动试验规程》(DL/T 507—2014)要求，进行了1号机组投入运行前的试运转试验。

3.1 机组充水试验

导叶全关，打开旁通阀，缓慢向蜗壳充水35min后，压力表示值0.7MPa，蜗壳平压，快速闸门静水启闭正常。

3.2 手动开停机试验

机组启动开度10%，空载开度46%，蜗壳压力0.115MPa，顶盖上水正常。监测上导摆度小于0.15mm，水导摆度小于0.20mm，垂直振动小于0.08mm，摆度及振动数据符合规程要求，见表1。

表1 机组空载运行摆度及振动数据 单位：mm

3.3 空转试验

机组于2019年4月25日进行空转试验，9时40分开机，至17时40分停机。运转稳定后各部瓦温低于65℃，6h空转试验正常，监测数据见表2。

表2 6h空载试验水轮机各部位瓦温 单位：℃

3.4 调速器空载扰动试验

调速器空载扰动试验结果符合规程要求，试验数据见表3。

表3 调速器空载扰动试验数据

3.5 过速试验

以手动开机方式使机组达到额定转速，待机组运转正常后，将导水叶开度继续加大，使机组转速升至130%，监测各部位摆度值和振动值符合规程要求，见表4。

表4 机组过速试验摆度及振动数据 单位：mm

3.6 带负荷试验

机组带负荷2200kW，约为额定负荷的69%，监测瓦温小于65℃，见表5。

表5 负荷试验水轮机各部位瓦温 单位：℃

3.7 甩负荷试验

2200kW进行甩负荷试验，最高转速为53Hz，转速上升率最大为6%；蜗壳最高压力0.16MPa，蜗壳水压上升率为39%，符合规程要求。

3.8 72h试运行

大黑汀电站1号机组于2019年4月26日18时开机带负荷运行，至4月29日18时停机。72h试运行数据未见异常。由于篇幅所限，72h试运行数据本文不再列出。

4 抢修效果分析

2019年4月12日，发现1号机组出现油路串腔故障，经过三天技术准备，4月16日开始水轮机转桨改定桨施工，4月24日施工完毕并具备启动试验条件，到4月29日完成机组72h试运行，前后共历时18天。U形焊件制作、焊接及其他费用合计3.5万元。结合向天津供水情况，在72h试运行合格后，1号机组即投入正式运行，至2019年5月26日供水结束后停机，累计安全稳定运行27天，累计发电158万kW·h。按0.41元/(kW·h)计算，本次引滦入津供水期间，1号机组抢修后创造发电收益64.78万元，经济效益显著。

5 结 语

结合大黑汀水利枢纽渠首电站上游水库水位变化情况，通过采取在转轮室内把桨叶与转轮体焊接固定的处理方法，将1号水轮发电机组转桨式转轮改造为定桨式转轮，完成了水轮机油路串腔故障的抢修任务，效果好、工期短、投资小，经济效益显著，可为水轮发电机组类似故障抢修提供参考。