浅谈牛栏口水电站轴流式水轮机转桨改定桨运行

浅谈牛栏口水电站轴流式水轮机转桨改定桨运行

摘要：牛栏口水电站实际投产以来，水头、流量、出力较为稳定，其转桨式水轮机受油器串油严重、油泵故障频繁、运行中产生大量的油雾，经常引起非计划停运。为此,电站要求对水轮机转轮由转浆式改为定浆式，重庆水轮机厂经过技术论证、现场试验，通过少量改动实现了水轮机转桨改定桨运行，去掉受油器，使机组长期稳定运行。

关键词：水电站；水轮机；转桨；定桨

1 前言

牛栏口水电站位于重庆市石柱县境内龙河干流河段，坝址距石柱县城约

16km。水库正常蓄水位517.0m,死水位515.0m，为径流式水电站。工程以发电为主，具有防洪、养殖、旅游等功能。电站主要由大坝、引水系统和地面式发电厂房三大部分组成。电站装机二台,总装机容量20MW。多年平均发电

量:6279×104kWh。水轮机采用ZZ450-LH-225型轴流转桨式水轮机，立轴、混凝土蜗壳，Г形平顶断面，包角225度，弯肘型尾水管，与发电机直连，俯视顺时针旋转。发电机型号为SF10-18/3900。调速器油压装置型号HYZ-2.5-4.0.额定压力4.0MPa。

1.1 电站水轮机目前存在的问题

（1）牛栏口电站转桨式水轮机运行时，桨叶开腔与关腔串油严重，检修维护量大，曾经引起非计划停运，对整机的安全运行产生很大的威胁。

（2）受油器操作油管摆度大，受油器密封经常损坏漏油和甩油;溅油盆自流排油不畅，导致油外溢到发电机定转子上，使设备既不清洁又影响安全运行，降低机组运行的可靠性。

（3）受油器两腔串油，油压装置油泵起动频繁，耗电量大。

（4）运行中在受油器的上支座内观察到大量的油雾产生，漫至整个发电机层，严重影响其它电气设备的安全运行。

（5）桨叶接力器活塞严重窜油。

1.2 转轮转桨改定桨的目的

牛栏口电站两台转桨式水轮机受油器两腔串油，油压装置油泵起动频繁, 受油器和油泵电机故障率高,溢油时有发生，油雾严重，严重影响水轮发电机组正常运行,电站年发电量降低。为此电站希望将水轮机转轮由转桨式改为定桨式，减少非计划停运，减少油泵启动次数，保证机组长时间可靠运行。

2 电站水轮机转轮由转桨改定桨技术分析

2.1原水轮机主要技术参数

2.2 水轮机转轮由转桨改定桨分析

（1）转桨与定桨优缺点

轴流转桨式水轮机桨叶由装在转轮体内的操作接力器控制，优点是可按水头和负荷变化作相应调整，可根据不同水头、流量按照最优规律运行，转轮的叶片安放角与活动导叶的开度协联，能在35～100%额定负荷范围内稳定运行，开停机平稳，在整个运行范围内效率较高。缺点是结构复杂，维护量大，易出现漏油、油雾及油泵启动频繁等问题。适用于水头、流量及负荷变化较大的电站。

轴流定桨式水轮机桨叶开度不能改变，优点是结构简单、安装方便、维护量小，不会出

现漏油、油雾及油压装置启动频繁等问题。缺点是运行范围相对较窄，能在75～100%额定

负荷范围内稳定运行，开停机没有转桨式平稳；偏离工况点效率下降很快。适用于水头、流

量及负荷变化较小的电站。

由以上特点可以看出牛栏口电站选型为转桨式水轮机是充分考虑了电站水头变化范围较

大（27.5m～39m）的特点的。而是否可以将转桨改为定桨则应由电站实际运行情况确定。

（2）牛栏口电站实际运行情况

牛栏口电站实际投产以来，水头变化并不大，近三年上游大坝水位在515.05～517之间，下游水位在477.37-479.37，毛水头在36.09～38.91m之间，单机组出力在5.0～9.6M之间，

但大部分时间运行在7.5MW以上，特别是双机运行时大部分时间机组出力之和在15MW以上。这就为机组转桨改为定桨创造了条件。首先水头变化范围不大，绝对值不到3m，其次

机组出力范围可满足GB/T15468-2006《水轮机基本技术条件》中规定的定桨式水轮机稳定运

行范围为75～100%的规定。

（3）牛栏口电站转桨改定桨便利性

牛栏口电站上游为藤子沟电站，且两电站均属一个公司，这给水力及电力调度带来了方便。能保证牛栏口电站水轮发电机组所带负荷及上游水位波动不大。

（4）其它电站转桨改定桨成功案例

据调查了解，电站将转桨式改为定桨式运行的成功例子：黑龙江依兰晨光电厂将原来

ZZ600-LH-300改为定桨式运行多年，效果良好；重庆城口县白果坪水电站将原来ZZ660b-LH-305改为定桨式运行两年来，效果良好。

（5）牛栏口电站转桨改定桨可行性

由以上分析和运行记录可以看出牛栏口电站多数时间其上游水位为515～517m之间, 下

游水位在477.37-479.37m之间，毛水头在36.09～38.91m之间，单机组出力绝大部分时间运

行在7.5MW以上，因此水头、负荷较为稳定，可以满足定桨式水轮发电机机组运行条件。

通过控制水头和负荷，使定桨式机组尽量在高效率区运行。

2.3 牛栏口水电站水轮机转轮由转桨改定桨后参数

重新按额定水头、额定流量情况下做一个满足额定10.363MW出力的定桨式转轮，其转

轮桨叶角度根据ZD450综合特性曲线满足额定出力要求，结合电站长期实际运行记录，转轮

桨叶安装角度确定为8o左右，最终桨叶安装角度由现场试验确定。

（1）机组转桨改定桨后各水头下水轮机最大出力如下表

（4）各项振动数据

机组在各种运行工况下（包括甩负荷），机组各部件不产生共振和有害变形。机组运行

在出力75-100%额定负荷范围内各项振动数据不会超过国标GB/T8564-2003中对应于250～375r/min的立式机组振动允许值。

（5）汽蚀性能

由于转轮改造前后汽蚀系数相同，因此转轮改造前后汽蚀情况变化不大;轴流式水轮机汽

蚀均发生在转轮室的圆周上，汽蚀量不会有大的改变;由于转轮叶片固定,轮毂比小(新作定桨

转轮),较转桨式转轮的过流能力有所提高, 汽蚀性能有所改善。

（6）调节品质

根据其他电站经验，定桨运行并不引起调节品质的变坏，如将水轮机桨叶固定到8度不动，进行机组100%甩负荷试验，最大转速上升率和最大压力上升与改造前应基本一至，均应在国标充许范围内。

2.4 转桨改定桨效益分析

（1）减少维护工作量，撤消受油器等桨叶操作机构，减少了检修和调度工作量，减轻

了大量的劳动强度。

（2）提高了安全可靠性，由于受油器浮动轴瓦磨损，受油器轴磨损，轴承摆度增大，

受油器配压阀套磨损，有时须进行强迫停运来更换盘根和进行受油器维护，避免了由此而降

低机组可靠性系数的可能性。

（3）节能降耗明显，油耗大幅减少，调速器压力油槽的油压正常保持在3.8～4.0MPa之间，油泵在油压下降至3.8MPa时起泵，至4.0MPa时停泵，即间歇运行方式保持油压，油泵