李姚伟（浙江浙能水电管理有限公司 浙江杭州 311322）
摘要：浙能华光潭一级电站装机2×30MW，2 号机组于2005 年10 月投产发电。机组最大水头高达217.3m，高水头加之漏水量增大导致机组停机后蠕动现象频发，电站经过多年的检修总结，对该缺陷进行了细致分析并采取了应对措施，消除了蠕动缺陷。
关键词：导叶漏水；蠕动；接力器
1 电站和机组情况简介浙能华光潭一级电站位于风景秀丽的浙西大峡谷畔，距离杭州市120km。电站大坝工程于2002 年4 月1 日正式开挖，于2005 年6 月3 日正式蓄水，电站大坝为混凝土双曲薄拱坝，坝顶高程449.5m，坝高103.85m。电站装有2 台30MW 的混流式水轮发电机组，多年平均发电量1.27 亿kW·h。同时电站作为杭州电网的黑启动首选电源，为电网安全稳定运行起到较好的保障作用。
电站主机设备由四川德阳东方电机股份有限公司提供，发电机型号为SF30-12/3520 ，水轮机型号为HLD307C-LJ-170，设计流量18m?/s，水轮机转轮直径1700mm、转轮叶片15 片，活动导水叶24片，固定导水叶24 片，调速器接力器行程130mm，水轮机额定转速500r/min，飞逸转速970r/min。
机组导水机构部分主要包括导叶、顶盖、底环、控制环及传动机构。
导叶为整铸结构， 材料为ZG06Cr13Ni5Mo ， 布置圆直径为2003mm，导叶上中下轴套均采用SF-2 钢背复合材料制成。上轴套压入套筒内，中轴套压入顶盖内，下轴套压入底环内。每张导叶设有限位机构，限制导叶失控时的全开位置，每张导叶设有剪断销及其信号装置，保护导叶卡阻时不产生破坏事故，每张导叶臂上装有摩擦，限制导叶在剪断销剪断后失控撞击其他导叶。
顶盖和底环均为钢板焊接结构，内侧均焊有ZG10Cr13 不锈钢止漏环。顶盖下平面和底环上平面设有导叶端面金属密封。
水轮机设有两只φ250mm 直缸接力器，其中一只接力器装有机械液压锁锭，另一只接力器装有回复杆，通过回复机构与调速器连接，以控制导水机构，实现水轮机导水机构的调节。
2 问题发现华光潭一级电站2 号机自投产以来，共经历了三次A 级检修。三次A 修中，导叶漏水量较大处理都作为A 修的重点项目。2 号机大修完运行一段时间后，由于导叶漏水量增大，曾经导致机组接收到停机令，导叶全关后，转速长时间不能下降至机组加闸转速（N 加闸=25%N额定），而即使加闸成功机组转速降为0 后，一旦制动闸回复，机组便会以一个较低的转速持续转动，该现象称为机组蠕动。
发现问题后，结合各类检查检修，检修人员不断寻找原因并采取了一系列的措施，力争从根本上解决这一长期困扰电站多年的设备隐患。
3 漏水量测量由于机组自2005 年10 月投产后一年左右的时间，机组便出现蠕动的情况，因此我们对导叶漏水量进行了持续的测量跟踪。华光潭一级电站尾水为一个形状规则的三角围堰，最大高程为▽226.35m，底板高程▽218.90m。2 号机导叶全关后，只有导叶漏水会使得为围堰水位上升。通过测量从水位H2 上升到H1 之间的时间，并计算H2 到H1 之间的容积，便可计算出导叶的漏水量数值，导叶漏水量均在水库水位相同的情况下进行测量。如图1 所示。
根据漏水量测量数据发现，历次A 修后，导叶漏水量均能控制在较好的水平。但第一次A 修后不久，导叶漏水量便迅速增多，并在一年半后出现蠕动。历次大修后，导叶漏水量均在40L/s 左右，而4 年以后，则猛升至89L/s，远超《GB/T 15468-2006 水轮机基本技术条件》中5.7.1 条规定的导叶漏水量要求。因此结合之后历次检修，电站技术人员通过不断的尝试和改进，力争减少2 号机漏水量，消除蠕动隐患。
4 原因分析4.1 端面密封失效
抗磨密封块；2-橡胶垫；3-压块；4-紧固螺栓；平面1-抗磨密封块高程；平面2-底环上端面高程图2 导叶端面密封结构根据设计和安装要求，该形式端面密封中，抗磨密封块高程（平面1）要高出底环上端面高程（平面2）约1mm，使得导叶在关回过程中，导叶上下端面与抗磨密封块产生挤压，从而保证间隙为0，起到较好的封水效果。
4.1.1 抗磨密封块气蚀抗磨密封块是端面密封的关键部件，其本身质量好坏将直接影响到导叶封水效果好坏，大修期间，拆除所有抗磨密封块，发现均气蚀严重，表面呈蜂窝状，气蚀深度最深处达5.2mm，导叶全关时，导叶端面未与抗磨密封块呈线接触，抗磨密封块失去密封效果，造成停机状态下大量漏水。
4.1.2 橡胶垫失效根据主机说明书规定，橡胶垫的厚度尺寸要求为10.3±0.1mm，大修期间，对上下端面共计48 只橡胶垫全部拆除后测量尺寸，发现其厚度大部分集中在10mm-10.1mm 之间。由于橡胶垫厚度变薄，导致放置在其上方的抗磨密封块整体下沉，甚至严重情况下，抗磨密封块高程（平面1）竟低于底环上端面高程（平面2），使得导叶在全关情况下，导叶端面未与抗磨密封块接触，彻底失去导叶端面密封的作用。
4.2 调速器接力器操作力无富余根据主机厂的设计要求，2 号机调速器接力器的操作力矩M 应在如下范围之内：272000（N?m）≤M（操作力矩）≤325600（N?m）。
根据接力器缸径250mm，接力器导管直径110mm，工作油压4.0Mpa，可计算出接力器操作力矩M 为274750 N?m。仅比下限要求高出约1%左右，加之随着运行年限增加，设备势必会出现老化和磨损，将进一步使得接力器操作力矩降低，从而不满足设计要求。
接力器操作力矩小，对机组漏水量最大的影响在于，操作功不足，导致导叶关紧时力度不够，压紧行程小，立面间隙大，从而漏水量增大。
5 处理措施5.1 更换抗磨密封块针对抗磨密封块气蚀严重的情况，电站技术人员分析认为，主要原因为主机厂家东方电机未能正确选型材料。该批抗磨密封块由锡青铜材料制成，硬度过低，抗气蚀能力差，加之2 号机较高的水头，多重因素导致抗磨密封块气蚀严重，失去封水效果。
电站将上述情况向东电公司反馈后，得到回复，该批次同样材料的抗磨密封块在其他电站使用过程中，也发现了同样的问题，考虑到导叶材料为6Cr13Ni5Mo，其硬度约为350HB，导叶在关闭过程中，将直接与抗磨密封块产生挤压和摩擦，因此新的抗磨密封块材料的硬度需低于导叶硬度，防止在导叶动作时，抗磨密封块对导叶产生刮削和损坏。综上所述，也鉴于其他电站改造经验，此次大修中，电站将锡青铜材质的抗磨密封块全部更换为不锈钢材质1Cr18Ni9Ti 的密封块，其硬度187HB 远小于导叶。更换后经过较长时间运行，检修人员数次打开蜗壳门对抗磨块进行检查，发现其表面无明显磨损和气蚀，端面间隙数据较检修后无明显变化，效果良好。
5.2 更换橡胶垫重新向东电公司采购新的橡胶垫，确保其弹性良好，厚度尺寸符合要求，在大修期间，全部予以更换。
图4 不锈钢抗磨密封块和新橡胶垫5.3 接力器改造由于调速器接力器缸径过小，其他也无特别效果显著的方法能用来增加压紧行程，减少导叶立面间隙。因此，结合大修的机会，电站决定对接力器进行改造，在不改变压油系统的前提下，通过增大接力器缸径来增大其操作力矩。
经过电站和厂家技术人员的多方论证，最终确定改造接力器由原来的φ250mm 缸径增大为φ270mm，操作力矩由274750 N?m 增大为325350 N?m，确保导叶全关时立面封水效果良好。
5.4 其他针对上述主要措施，在2 号机大修中，检修人员还对所有导叶上中下轴套、推拉杆套、控制环磨板、导叶叶身高度、调速器机械和电气零位进行了全面细致的检查和测量，对不符合图纸规范要求的，全部予以检修或更换，从而最大程度上减少机组导叶漏水量。
6 结束语结合各类检修机会，电站技术人员通过一系列举措的实施，华光潭2 号机导叶漏水量现已处于较稳定的状态，未发生突然增大的情况，机组停机后蠕动的隐患也得到了消除，上述经验方式也将逐渐在华光潭电站其他机组上得以应用，以促进电站机组安全稳定运行，也为其他出现类似蠕动情况的机组提供了经验。
参考文献：[1]GB/T 15468-2006.水轮机基本技术条件[S].[2]GB/T 8564-2003.水轮发电机组安装技术规范[S].[3]袁蕊，田字勤.水轮机检修[M].北京：中国电力出版社，2003.作者简介：李姚伟（1987-），男，江苏金坛，助理工程师，从事水电站机械设备检修维护与技术管理工作。
论文作者:李姚伟
论文发表刊物:《电力设备》第01期供稿
论文发表时间:2015/9/22
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