球閥伸縮節漏水的分析及處理

何秋

(華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200)

1 概述

桐柏抽水蓄能電廠位于浙江省東部天臺縣境內,距杭州市約150km,靠近華東500kV電網負荷中心,是華東電網理想的調峰電源。電站裝機容量120萬kW,內設4臺單機容量為300MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機，最大水頭285.7m,以兩回500kV線路接入華東電網，在電網中擔任調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務。自電廠投運以來，在機組尾水管充排水時，4臺機組球閥伸縮節均不同程度的出現漏水現象，一直困擾著運行維護人員。

2 漏水原因分析

2.1 輸水系統介紹

桐柏抽水蓄能電廠引水系統采用一洞兩機方式布置，四臺機共兩條輸水道；尾水隧洞采用一機一洞的“單元式”布置，共四個尾水出口，電廠的尾水位較高，機組安裝高程很低，下水庫水位變幅較大。在機組尾水隧洞正常檢修或其它設備發生故障時，為了防止下游尾水倒灌廠房，在尾水隧洞上設置閘門將廠房與下水庫隔離[1]。

水泵水輪機型式為立軸、單級、混流可逆式水泵水輪機[2]，額定轉速為300r/min，飛逸轉速為465r/min。水輪機方向額定凈水頭為244m，水泵工況下額定水頭284.79m，水輪機安裝高程在52m左右，停機時靠導葉和球閥截斷水源。

水輪機球閥安裝在壓力鋼管與水泵水輪機蝸殼進口段之間，球閥的通徑為Φ3100mm，球閥活門的旋轉直徑為Φ4 680mm，每臺水泵水輪機配一套進水閥，每個球閥單元設備包括延伸段、進水閥、伸縮節、旁通閥、空氣閥、排水閥、操作機構、油壓裝置、控制設備及其他配件[3]。

伸縮節用于球閥的拆裝和進水閥下游側工作密封在不拆球閥主體和不排空壓力鋼管的情況下檢修和更換，且能適應由于溫度變化和作用在球閥上的水推力變化而引起的球閥沿壓力鋼管軸線的位移。伸縮節與蝸殼法蘭平面之間留有20mm的間隙，伸縮節與法蘭之間是通過Φ16mm的O型盤根密封。

2.2 存在的問題

桐柏抽水蓄能電廠下庫水水位正常在110～140m之間變化，水輪機安裝在地下52m高程。一旦機組檢修，需將整個尾水水道隔離，上游側利用球閥與壓力鋼管隔離，下游側落下尾水閘門將尾水管與下庫隔離。整個尾水水道的水量約11462m3。排水通過開啟DN=300mm的尾水管排水閥，先通過DN=300mm的自流排水聯絡閥進行自流排水，排水到接近92.0m高程；然后開啟1、2號檢修排水泵排水，排到尾水管水位在40.9m，1、2號檢修排水泵停泵；在40.9m以下啟動3、4號檢修排水泵排水，到尾水管水位40.0m時停泵。機組復役時通過尾水閘門上的充水閥向尾水管充水，平壓后提起尾水閘門。充排水時尾水管的補排氣通過尾水閘門后的補氣孔實現。4臺機組尾水管在排水及充水過程中球閥伸縮節處均有漏水現象出現，而在充水完畢一段時間后，漏水量會逐漸減小直至消失。

2.3 漏水原因

由于球閥伸縮節漏水只是出現在尾水管充排水期間，且機組正常運行時沒有漏水現象，基本可以排除伸縮節密封永久破壞的情況。而經過仔細觀察發現漏水現象主要在排水至60～50m左右出現，結合我廠尾水水道形式及各設備的高程，懷疑尾水管充排水時尾水管的補排氣可能存在問題。

在尾水管排水時，當尾水管水位降到53.55m高程(蝸殼頂部)和43.465m(尾水管肘管最低處)之間時，因尾閘后側補氣孔的空氣不能進入蝸殼和轉輪室，在此階段引起蝸殼及轉輪室內產生負壓(真空)，此時將引起水輪機主軸密封、球閥伸縮節等處向內非常規補氣，從而破壞球閥伸縮節處的密封導致短時漏水。

在尾水管充水時，當水位充至43.465m后，蝸殼及轉輪室的空氣無法通過尾閘后側補氣孔排出，則在以上之處進行非常規排氣，也會出現短時漏水，而一旦尾水管充水完畢后，在尾水壓力下伸縮節密封效果逐漸恢復，從而漏水現象消失。

雖然由于漏水時間較短，未產生較大問題，但漏水現象的產生對球閥伸縮節下方的設備造成進水隱患，惡化了運行環境，增大了整個地下廠房的排水量；機組尾水管充排水次數較多，如長期如此，必然對伸縮節密封件造成損壞或者位移，從而引起漏水量增大，影響機組運行和可靠備用，甚至可能造成水淹廠房事故。

3 處理對策

要解決尾水管充排水時球閥伸縮節漏水的問題，只要解決充排水期間的非常規補排氣即可，由于電廠蝸殼本身未設置自動補氣閥，目前可以通過調整充排水操作步驟，利用蝸殼本身的排氣閥及轉輪室排氣閥解決問題。

(1)在機組排水時，密切關注尾水管水位，當尾水管水位低于60m時，運行人員通過手動操作打開蝸殼排氣閥和轉輪室排氣閥進行補氣。

(2)在機組充水時則先保持蝸殼排氣閥、轉輪室排氣閥在開位置進行排氣，待轉輪室排氣管及蝸殼排氣管出現有水流聲時或水位到達60.0m高程時，關閉上述閥門。

(3)按照排水步驟，一般通過啟動兩臺檢修排水泵排水，由于排水速度很快容易引起非常規補氣，所以為保證尾水管排水時充分補氣，用一臺檢修水泵排水，降低尾水管排水速度。

(4)上述操作方式的改變雖能解決球閥伸縮節漏水問題，但一方面增加了運行人員工作量，另一方面人為判斷水位誤差較大，可靠性較低。最終的方法是利用機組大修時進行技改，增加蝸殼自動補/排氣閥。

5 結語

通過對充排水操作步驟的調整，實際效果良好，球閥伸縮節漏水現象基本消失。抽水蓄能電廠一般廠房均在地下，由于山體滲漏水較大，加之諸多設備正常排水，廠房排水量很大。整個廠房的排水均通過深井水泵抽至廠外，一旦出現深井泵故障或者電源故障，后果非常嚴重，水淹廠房[4]成為抽水蓄能電廠第一大預防事故，所以廠房內任何設備的異常漏水，不管是從設備本身安全還是從廠房的排水安全來講，均要引起重視，需及時消除。

[1]陸佑楣，潘家崢.抽水蓄能電站[M].北京:水利電力出版社，1994.

[2]劉大愷.水輪機[M].北京:中國水利出版社，1997.

[3]陳德新.水輪機、水泵及輔助設備[M].北京:中央廣播電視大學出版社，2000.

[4]梅祖彥.抽水蓄能發電技術[M].北京:機械工業出版社，2005.