時志能

（大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，廣西 南寧530007）

1 故障概述

某水電站主要由左岸土壩、左岸船閘、左岸發(fā)電廠房、溢流壩、左右岸接頭壩和開關(guān)站等組成。廠房內(nèi)裝設(shè)有4臺150 MW軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組；水輪機(jī)型號ZZA814a-LH-1040，額定水頭19.5 m，最低水頭8.65 m，最高水頭41.5 m，額定轉(zhuǎn)速62.5 r/min，額定流量864.9 m3/s。調(diào)速器型號YZ-40/2-6.3-GK-1-04，其工作油壓 6.3 MPa。

主汛期，全廠機(jī)組均處于自動狀態(tài)運(yùn)行，運(yùn)行人員監(jiān)測到2號機(jī)組油壓裝置供油泵頻繁啟動，其啟動頻率約為正常運(yùn)行的4～6倍；調(diào)速系統(tǒng)液壓油油溫升高且保持在54℃左右，比正常運(yùn)行油溫增長約35%；同時，槳葉還存在約15 s的抽動間隔。經(jīng)電廠核查，調(diào)速器在自動方式下，通過受油器上油箱觀察孔觀測到箱內(nèi)有較大油液外涌；將槳葉和導(dǎo)葉均切機(jī)手動后，導(dǎo)葉開度保持不變，槳葉徑直往大開度方向漂移，至滿開度后槳葉未再發(fā)生抽動。經(jīng)查看下游尾水水面及液壓油管路，其總油量未發(fā)生泄漏。

由于全流域處于泄洪狀態(tài)，考慮到停機(jī)會帶來較大的電量損失，在保證機(jī)組振動和擺度未發(fā)生嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，根據(jù)轉(zhuǎn)輪協(xié)聯(lián)曲線及上、下游水位信息，2號機(jī)組臨時采用槳葉100%開度、定期手動調(diào)整導(dǎo)葉開度以達(dá)到改變出力的運(yùn)行方式。

2 儲油容器參數(shù)

經(jīng)主機(jī)廠對槳葉活塞容積核算，水輪機(jī)槳葉開腔變化1%開度的操作用油量為18.5 L，關(guān)腔變化1%開度的操作用油量為16.6 L。當(dāng)2號機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行、槳葉和導(dǎo)葉均切機(jī)手動時，假定槳葉關(guān)腔變化1%開度減少的透平油全部漏至上油箱，開腔補(bǔ)油全部來自壓力油罐，則上油箱油位上升約11.1 mm，壓力油罐油位下降約4.87 mm；受油器上油箱、壓力油罐結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 儲油容器結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 槳葉抽動排查

2號機(jī)組在毛水頭低于17.0 m及以下、大槳葉開度時，機(jī)組出現(xiàn)槳葉抽動和供油泵頻繁啟?，F(xiàn)象；毛水頭高于18.0 m及以上時，槳葉抽動和供油泵異常情況消失。通過分析機(jī)組結(jié)構(gòu)圖，槳葉抽動可能是槳葉主配壓閥、受油器浮動瓦及其密封、槳葉活塞與關(guān)腔操作油管的組合密封等部件出現(xiàn)異常[1-4]，從而導(dǎo)致槳葉關(guān)腔無法實現(xiàn)保壓所致。為了進(jìn)一步明確部件漏油或竄油導(dǎo)致機(jī)組異常的原因，從而確定非汛期機(jī)組的檢修等級和汛期運(yùn)行方式，對機(jī)組進(jìn)行了槳葉漂移情況、受油器上浮動瓦漏油量、槳葉關(guān)腔壓力油量等測試。

3.1 槳葉漂移情況測試

低水頭工況下，2號機(jī)組在不同槳葉初始開度下的測試數(shù)據(jù)見表2。測試結(jié)果表明，15.5 m、16.0 m毛水頭工況下，當(dāng)槳葉初始開度較小時，相同時間范圍內(nèi)的槳葉漂移量變化較小；隨著槳葉初始開度進(jìn)一步增大，相同時間范圍內(nèi)槳葉開始出現(xiàn)明顯的漂移現(xiàn)象。槳葉初始開度基本相同時，對比不同水頭下的槳葉漂移量發(fā)現(xiàn)：水頭越低，其槳葉在機(jī)手動狀態(tài)的偏開速度越快。綜合機(jī)組的漂移情況分析，槳葉異常抽動不僅與毛水頭有關(guān)，而且與槳葉開度的大小息息相關(guān)。

3.2 受油器上浮動瓦漏油量測試

受油器上油箱主要收集上浮動瓦（與關(guān)腔油管連通）、上下浮動瓦平壓管、輪轂供油管外側(cè)銅瓦漏油。通過關(guān)閉上油箱至油壓裝置回油箱的連接閥門，采用鋼制刻度尺記錄上油箱油位變化的方法即可測量上油箱油量；測試過程中槳葉開度每漂移2%，記錄一次上油箱、壓力油罐的油位變化，受油器結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 受油器結(jié)構(gòu)示意圖

毛水頭為16.5 m時，槳葉開度從90%左右自動漂移至滿開度，機(jī)組有功為112.5～106.1 MW，其數(shù)據(jù)見表3。測試結(jié)果表明，槳葉關(guān)腔因開度增加而減少的透平油容積平均約占上油箱所收集漏油量的91%，槳葉開腔因開度增加而增加的透平油容積平均約占壓力油罐減少油量的87%。忽略測量誤差及導(dǎo)葉相關(guān)操作閥門的漏油，從透平油的容積變化來看，當(dāng)槳葉和導(dǎo)葉均切機(jī)手動時，在槳葉漂移過程中，槳葉關(guān)腔減少的油全部漏至受油器上油箱，而槳葉開腔補(bǔ)充的油全部來自壓力油罐。

表3 槳葉開度、上油箱和壓力油罐油位變化

3.3 槳葉關(guān)腔壓力油量測試

在設(shè)備密封完好的情況下，槳葉關(guān)腔壓力油量變化值、受油器上油箱漏油量、壓力油罐油量變化值存在如下關(guān)系：槳葉和導(dǎo)葉均切機(jī)手動時，手動關(guān)閉槳葉引起關(guān)腔增加的壓力油（A）與受油器上油箱漏油量（B）之和等于壓力油罐減少油量（C）；即：

為了避免槳葉中間停留過程對測試的影響，關(guān)槳葉過程要求保持槳葉開度勻速變化、一次調(diào)整到位的方式，關(guān)槳葉過程中機(jī)組負(fù)荷略微降低，毛水頭20.4 m的測試結(jié)果詳見表4。通過比較關(guān)槳葉過程中透平油量變化可知，關(guān)槳葉過程的時間越短，槳葉引起關(guān)腔增加的壓力油（A）、受油器上油箱漏油量（B）之和與壓力油罐油量（C）的誤差越小，即在槳葉主配閥芯開口越大時，A+B=C關(guān)系成立；槳葉開、關(guān)腔油量守恒也表明了槳葉開腔和關(guān)腔不存在內(nèi)部竄油現(xiàn)象。

綜上所述，在水力矩和自重力作用下[5]，由于槳葉關(guān)腔壓力油無法實現(xiàn)保壓，槳葉自動往開方向漂移。當(dāng)槳葉開度變化超過調(diào)速器設(shè)定的漂移量時，調(diào)速器自動將槳葉調(diào)整至協(xié)聯(lián)開度，從而導(dǎo)致機(jī)組在低水頭、大槳葉開度工況下出現(xiàn)槳葉頻繁抽動現(xiàn)象，進(jìn)而引起油壓裝置供油泵組頻繁啟停、透平油油溫升高。

停機(jī)期間對2號機(jī)組巡查發(fā)現(xiàn)：槳葉機(jī)械和電氣反饋信號正常；主配自復(fù)中正常，主配先導(dǎo)電磁閥動作靈活；調(diào)速器協(xié)聯(lián)關(guān)系正常。通過對受油器的分解發(fā)現(xiàn)：上浮動瓦及其徑向密封、輪轂供油管外側(cè)銅瓦及密封均存在嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，且上浮動瓦雙邊間隙增長近一倍。更換上、下浮動瓦及密封，并按設(shè)計要求調(diào)整浮動瓦雙邊間隙后，機(jī)組在低水頭、大槳葉開度工況運(yùn)行未再發(fā)生槳葉抽動現(xiàn)象，供油泵啟停和調(diào)速系統(tǒng)油溫均恢復(fù)正常。

表4 關(guān)槳葉過程的透平油變化

4 運(yùn)行及檢修建議

（1）由于軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組同時擁有兩套相對獨(dú)立的油壓操作系統(tǒng)，機(jī)組負(fù)荷變化需要導(dǎo)葉和槳葉的協(xié)聯(lián)配合，運(yùn)行期間應(yīng)密切監(jiān)視供油泵、漏油泵的啟停間隔和運(yùn)行時間，并做好運(yùn)行記錄，以便后期對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估。

（2）槳葉操作系統(tǒng)涉及的密封件數(shù)量眾多，機(jī)組大修期間，應(yīng)嚴(yán)格控制槳葉壓力油系統(tǒng)密封件的安裝質(zhì)量，嚴(yán)格按照國標(biāo)或行標(biāo)進(jìn)行機(jī)組盤車和轉(zhuǎn)輪的保壓試驗[6]。

（3）為了深入掌握槳葉開腔和關(guān)腔的運(yùn)行狀況，建議雙調(diào)機(jī)組在與受油器連接的透平油壓力管路上安裝數(shù)顯式壓力表或壓力變送器。

（4）定期對調(diào)速系統(tǒng)透平油進(jìn)行油質(zhì)檢驗，并做好檢查記錄。