八盤峽水電站1號機組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常處理

張得全

(甘肅鹽鍋峽發(fā)電有限公司,甘肅 永靖 731601)

1 1號機組狀況

八盤峽水電站是黃河干流上的一座徑流式中型電站，位于甘肅省蘭州市境內(nèi)。電站1969年11月開工興建，1975年8月第一臺機組投產(chǎn)發(fā)電，1980年2月第五臺機組投產(chǎn)發(fā)電，2001年8月擴建的第六臺機組正式投產(chǎn)，總裝機容量為220 MW。

八盤峽水電站1號機組由哈爾濱電機廠設(shè)計制造，為軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，1979年10月正式投入運行。因原水輪機轉(zhuǎn)輪為碳鋼材質(zhì)，黃河汛期泥沙含量大，經(jīng)長時間運行，汽蝕破壞和泥沙磨損，轉(zhuǎn)輪葉片整體減薄和損壞嚴重[1-2]，于1994年更換為不銹鋼材質(zhì)的轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪為浙江富春江水工機械廠生產(chǎn)。

八盤峽水電站1號機組第二代調(diào)速器經(jīng)過10多年的運行，電調(diào)設(shè)備老化落后，導葉和槳葉調(diào)速器采用中間接力器型式，多一級液壓放大環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)復雜，檢修維護不便，導葉及槳葉均采用環(huán)噴式電液轉(zhuǎn)換器[3-4]，內(nèi)部過油孔直徑較小，極易發(fā)生油路阻塞或機械卡阻，對油質(zhì)要求高，耗油量大，經(jīng)常會發(fā)生節(jié)流孔堵塞，且電液轉(zhuǎn)換器隨油溫的變化經(jīng)常會出現(xiàn)零點漂移，導致調(diào)速器工作異常，直接威脅到機組的安全穩(wěn)定運行。鑒于此2003年底對調(diào)速器進行換型改造，更換為武漢四創(chuàng)技術(shù)有限責任公司生產(chǎn)的BWST-PLC-100型步進式微機調(diào)速器，并對機組受油器也進行更換，采用自整位浮動瓦結(jié)構(gòu)的受油器[2,5]，上、中、下三道浮動瓦設(shè)計徑向間隙為0.20～0.279 mm，軸向間隙為0.02～0.05 mm，受油器為天津中斯水電設(shè)備配套有限公司制造。

從2008年開始，1號機組壓油泵啟停間隔時間比2003年底更換調(diào)速器和受油器時縮短。在歷次檢修時多次發(fā)現(xiàn)受油器小缸體鼓形圈損壞、壓蓋變形及連接螺栓斷裂的情況。鼓形圈破損見圖1，變形的小缸體壓蓋見圖2，斷裂的小缸體壓蓋螺栓見圖3、4。

圖1 鼓形圈破損

圖2 變形的小缸體壓蓋

圖3 斷裂的小缸體壓蓋螺栓

圖4 斷裂的小缸體壓蓋螺栓

從2015年12月開始，1號機組運行過程中調(diào)整負荷時即發(fā)現(xiàn)有槳葉動作遲緩、不隨動現(xiàn)象。2016年3月20日1號機組在自動開機過程中，槳葉不能隨動打開，將槳葉切換到機手動位后工作正常。機組停機后檢查試驗，手動操作步進電機手輪，槳葉開關(guān)動作基本正常，將槳葉切到自動位，進行開機試驗，槳葉不能隨動打開，槳葉操作失常。

分析判斷受油器浮動瓦磨損間隙超標或密封損壞存在竄油，導致槳葉操作失常。于是對受油器進行分解檢查，檢查測量上、中、下三道浮動瓦徑向間隙和軸向間隙均符合圖紙設(shè)計要求，檢查受油器小缸體鼓形圈、壓蓋及連接螺栓無異常，并對受油器中油管孔用方形圈及導向環(huán)、擋環(huán)“O”形圈、回復桿“V”形密封進行更換，回裝后自動開機試驗，槳葉仍然操作失常。

2016年4月，東方電機廠技術(shù)人員到現(xiàn)場與電站相關(guān)技術(shù)人員進行了溝通，了解1號機組運行狀況及槳葉操作失常情況，認為槳葉操作系統(tǒng)開關(guān)腔存在竄油，無法建起足夠的油壓，造成槳葉操作失常。可能的竄油點為槳葉接力器活塞環(huán)部位以及受油器小缸體兩處密封部位，建議進行槳葉接力器開關(guān)腔竄油試驗，來確定下一步如何處理。

2 1號機組轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗

2016年5月，對1號機組槳葉操作失常進行檢查。將受油器拆除后，加工制作轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗法蘭及管接頭等，安裝于操作油管上端，進行轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗：從1號機組槳葉調(diào)速器供油閥1107出口處取壓力油源，壓力軟管另一端連接至操作油管的關(guān)腔口，從開腔口用軟管接引至集油槽，緩慢開啟1107閥，并注意觀察壓油罐油位不低于500 mm，向轉(zhuǎn)輪活塞關(guān)側(cè)腔注油，同時觀察轉(zhuǎn)輪活塞開側(cè)腔回油有無異常情況；經(jīng)過計量分析，轉(zhuǎn)輪活塞竄油量超標，據(jù)此確定轉(zhuǎn)輪活塞環(huán)部位或操作油管密封部位竄油，使得槳葉接力器開關(guān)腔建立不起油壓，造成槳葉操作失常。轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗管路連接見圖5。

由于轉(zhuǎn)輪活塞及操作油管開關(guān)腔竄油，槳葉已不能正常操作控制，生產(chǎn)技術(shù)部決定1號機組采取定槳運行方式，關(guān)閉1號機組槳葉調(diào)速器供油閥1107，并拆除受油器上、中、下三道浮動瓦，防止在機組開機運行中受油器體內(nèi)無液壓潤滑油損壞浮動瓦。

圖5 轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗管路連接

但機組轉(zhuǎn)輪槳葉固定定槳運行，水輪機出力會降低，在相同的水頭和流量情況下，所產(chǎn)生電能會減少，直接影響到電站的發(fā)電量及耗水率等性能指標，造成巨大的能源浪費。

3 1號機組轉(zhuǎn)輪缸體及轉(zhuǎn)輪活塞分解檢查

為了徹底消除1號機組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常重大設(shè)備缺陷，需要在機組A級檢修時進行處理。2016年12月對1號機組進行A級檢修，拆卸受油器、上機架、上端軸、轉(zhuǎn)子、下導軸承、推力軸承、下機架、接力器、水導軸承、主軸密封、內(nèi)蓋、主軸等部件。

轉(zhuǎn)輪活塞拆卸吊出后，檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪活塞、活塞環(huán)及轉(zhuǎn)輪缸體對應(yīng)位置上有不同深度的3道縱向劃痕，活塞缸體劃痕寬度約10 mm，深度約2 mm，長度約200 mm；活塞劃痕寬度約10 mm，深度約1～3 mm，長度貫穿活塞高度；活塞環(huán)局部有劃痕并卡死，活塞底部發(fā)現(xiàn)有多個擠壓變形的斷螺栓頭。轉(zhuǎn)輪缸體損傷見圖6，轉(zhuǎn)輪活塞損傷見圖7，擠壓變形的斷螺栓頭見圖8。

4 1號機組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常原因分析

在拆卸機組受油器操作油管時，檢查操作油管法蘭與轉(zhuǎn)輪活塞油管法蘭處密封墊無破損，對操作油管進行耐壓試驗，壓力為4.0 MPa，保持8 h，檢查壓力無下降，檢查內(nèi)外操作油管無滲漏，表明操作油管無異常，不存在內(nèi)外油管竄油現(xiàn)象。根據(jù)1號機組A級檢修轉(zhuǎn)輪分解時發(fā)現(xiàn)的螺栓壓痕分析，當轉(zhuǎn)輪槳葉關(guān)閉時，轉(zhuǎn)輪活塞帶動操作油管及連接套、小缸體、回復桿向上移動，壓力油帶動斷裂螺栓從連接套油孔進入到操作油管內(nèi)腔，落到轉(zhuǎn)輪活塞下方，在壓力油的作用下嵌入到槳葉活塞與缸體間隙內(nèi)，最終卡在活塞及缸體之間，致使活塞及缸體損傷，造成槳葉活塞環(huán)與缸體間竄油。從前期的槳葉接力器開關(guān)腔竄油試驗得到驗證，當槳葉主配壓閥開關(guān)動作時，槳葉活塞開關(guān)腔竄油，使得槳葉接力器開關(guān)腔建立不起油壓，操作力不夠而引起槳葉操作失常。1號機組自2003年底對受油器換型改造以來，機組檢修時多次發(fā)現(xiàn)受油器小缸體鼓形圈損壞、壓蓋變形及連接螺栓斷裂的情況，每次只是對小缸體鼓形圈、壓蓋及連接螺栓進行更換處理，沒有認識到連接螺栓斷裂進入到槳葉接力器內(nèi)部引起的危害。

圖6 轉(zhuǎn)輪缸體損傷

圖7 轉(zhuǎn)輪活塞損傷

圖8 擠壓變形的斷螺栓頭

結(jié)合以前檢修過程中多次測量結(jié)果分析研究，認為受油器更換改造選型不合理，小缸體密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善，加工制造誤差大，受油器技改時未嚴格執(zhí)行檢修工序工藝而造成受油器轉(zhuǎn)動件與固定件產(chǎn)生別勁，槳葉開關(guān)動作時受力不好產(chǎn)生疲勞破壞，造成小缸體鼓形圈壓蓋螺栓斷裂。從以上可知，受油器小缸體鼓形圈壓蓋螺栓斷裂進入轉(zhuǎn)輪活塞關(guān)腔內(nèi)，造成槳葉接力器活塞及缸體損傷，活塞兩腔竄油，導致槳葉操作失常。

5 1號機組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常處理

5.1 受油器小缸體更換

為避免受油器小缸體螺栓斷裂造成轉(zhuǎn)輪活塞及缸體損壞，決定取消鼓形圈、壓蓋及連接螺栓，采用無壓蓋結(jié)構(gòu)的小缸體。

5.2 轉(zhuǎn)輪缸體和轉(zhuǎn)輪活塞修復

當時經(jīng)過討論擬定2種方案，第一種方案是將轉(zhuǎn)輪體返廠加工修復，但由于返廠加工修復周期長、費用高，具有不確定性，所以不采用返廠加工修復方案;第二種方案是采用現(xiàn)場修復，現(xiàn)場修復處理時間較短、風險易于控制，最后決定在電站生產(chǎn)現(xiàn)場手工修復轉(zhuǎn)輪缸體及活塞。

5.2.1轉(zhuǎn)輪缸體修復工藝

(1) 對缸體內(nèi)部損傷部位進行清理;

(2) 進行缸體內(nèi)徑測繪并制出研磨樣板(與母體圓相吻合，用光照法不得透光);

(3) 缸體內(nèi)部損傷部位采用氣焊輕微加溫去除表面油污與潮氣;

(4) 對缸體內(nèi)部未被損傷部位進行保護，焊接時不得傷害其它表面;

(5) 采用氬弧焊進行保護焊接，補焊時要對損傷部位穿插補焊，要焊透，焊縫表面要光滑，不得出現(xiàn)咬邊等弊病，焊縫長度不得大于10 mm，以免缸體溫度升高;

(6) 焊接部位母體與焊縫采用手錘進行錘擊，消除應(yīng)力，母體溫度下降接近環(huán)境時方可進行下一次焊接,焊縫要高于母材3～5 mm，減少轉(zhuǎn)輪缸體表面波浪度;

(7) 用國產(chǎn)砂輪片進行粗磨，然后用進口砂輪片進行精磨，并用樣板著色檢查有無高點;

(8) 用拋光盤進行拋光處理，用纖維輪研磨提高光潔度，檢查與未損傷母體相同，并用樣板塞尺檢查修磨部位不可低于0.1 mm;

(9) 使用氈輪配合研磨膏進行研磨，提高光潔度;

(10) 轉(zhuǎn)輪缸體修復后檢測：缸體補焊修磨后用模板檢查測量原劃痕部位，誤差小于0.03 mm，直徑測量劃痕部位直徑與其他部位直徑誤差小于0.03 mm。

修復后的轉(zhuǎn)輪缸體見圖9。

圖9 修復后的轉(zhuǎn)輪缸體

5.2.2轉(zhuǎn)輪活塞修復工藝

(1) 清理活塞損傷部位；

(2) 對活塞直徑進行測繪并制出研磨樣板；

(3) 對未被損傷部位進行保護，焊接時不得傷害其它表面；

(4) 用氣焊進行加熱清理潮氣與油污；

(5) 使用鑄鐵焊條進行焊接并在焊接后進行錘擊消除應(yīng)力；

(6) 手工打磨，樣板檢測，不允許有高點，局部不低于0.1～0.3 mm；

(7) 裝活塞環(huán)槽內(nèi)損傷部位接觸面要修磨平整、光潔，尖角倒鈍，以便活塞環(huán)安裝；

(8) 活塞損傷部位表面修理后達到整潔光亮效果；

(9) 轉(zhuǎn)輪活塞修復后檢測：表面光滑無高點、無毛刺，直徑符合檢修維護規(guī)程要求。轉(zhuǎn)輪活塞修復后見圖10。

圖10 修復后的轉(zhuǎn)輪活塞

5.3 轉(zhuǎn)輪活塞環(huán)更換安裝

將鑄鐵材質(zhì)的活塞環(huán)更換為聚氨酯材質(zhì)活塞環(huán)，聚氨酯材質(zhì)活塞環(huán)耐磨性能卓越，彈性和耐油性好，且在底部還裝有“O”形圈可以補償，密封性能良好。

5.4 轉(zhuǎn)輪活塞環(huán)更換安裝方法

(1) 拆除損傷的金屬活塞環(huán)；

(2) 清除活塞所有表面的油污和焊渣等并倒活塞尖角3×45°要圓滑過渡；

(3) 清理聚氨酯活塞環(huán)表面的油污，檢查有無損傷；

(4) 準備裝配聚氨酯活塞環(huán)工具(木方、木錘、撬棍、引角扁鐵等，并注意撬棍和引角扁鐵等工具不得有尖角，免得劃傷聚氨酯活塞環(huán))；

(5) 裝配時要將活塞環(huán)先放入一側(cè)溝槽中(要裝到底)，然后用專用工具將聚氨酯材質(zhì)的活塞環(huán)慢慢撬入溝槽中；

(6) 聚氨酯活塞環(huán)裝入后用木方或木錘將聚氨酯活塞環(huán)向溝槽內(nèi)打?qū)?。聚氨酯材質(zhì)的活塞環(huán)安裝見圖11。

5.5 轉(zhuǎn)輪組裝后活塞兩腔竄油試驗

轉(zhuǎn)輪組裝后，連接液壓泵站及試驗管路，進行轉(zhuǎn)輪活塞兩腔進行竄油試驗：試驗壓力1.8 MPa，5 min 漏油量215 ml，計算轉(zhuǎn)輪活塞竄油量43 ml/min，小于49.8 ml/min標準值，竄油量符合要求[6]。

圖11 聚氨酯材質(zhì)的活塞環(huán)安裝

6 1號機組回裝后盤車測量

上機架、受油器部件回裝后，先后對連接套、輔軸、水導、小缸體、中操作油管、回復桿進行盤車測量、調(diào)整，從盤車測量數(shù)據(jù)來看，除受油器小缸體上端絕對擺度有些超標外，其余測量部位相對擺度值均符合GB/T 8564-2003 《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》的要求[6]。盤車數(shù)據(jù)分析見表1。

表1 盤車數(shù)據(jù)分析

7 1號機組檢修后運行情況

八盤峽水電站1號機組自2017年4月A級檢修工作結(jié)束投入運行至今，經(jīng)過多次開停機操作和增減負荷，槳葉隨動系統(tǒng)正常，轉(zhuǎn)輪槳葉動作靈活、槳葉操作無異常，至此造成水輪機轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常重大缺陷得以徹底處理。

8 結(jié) 論

(1) 根據(jù)1號機組轉(zhuǎn)輪槳葉發(fā)生操作失常問題，在今后的機組檢修過程中吸取教訓，檢修中嚴格按照檢修維護規(guī)程的要求進行，做到不漏項、不減項，確保設(shè)備檢修質(zhì)量。

(2) 認真總結(jié)本次1號機組A級檢修中轉(zhuǎn)輪分解檢查和受油器部件同軸盤車工藝工序等良好實踐經(jīng)驗，及時修訂完善檢修維護規(guī)程，為以后機組檢修提供重要技術(shù)保證，從而提高機組運行的穩(wěn)定性和可靠性。

(3) 鑒于2～5號機組受油器的結(jié)構(gòu)和1號機組受油器相同，在機組歷次檢修過程中也發(fā)現(xiàn)受油器小缸體鼓形圈損壞、壓蓋變形及壓蓋螺栓斷裂情況，為避免發(fā)生與1號機組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常類同的不安全事件，消除事故隱患，可參照1號機組將受油器小缸體更換為無壓蓋結(jié)構(gòu)小缸體運行狀況，考慮在以后的檢修中將2～5號機組受油器小缸體更換為無壓蓋結(jié)構(gòu)的小缸體，提高機組安全穩(wěn)定性和可靠性。