桐柏抽水蓄能電站1號機球閥檢修密封投入不成功原因分析及處理

董曉亮，趙 鋒

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，天臺 浙江 317200）

0 前言

華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內，距天臺縣城約7km，是一座日調節純抽水蓄能電站。主副廠房和主變室均設在地下，主廠房安裝4臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機，電站主設備采用國際招標，全是國外進口設備，單機發電容量300MW，抽水容量336MW，總發電裝機容量1200MW，總抽水容量1344MW。通過二回500kV輸電線接入華東電網，日發電量600萬kW·h，平均年發電量21.18億kW·h，在華東電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相及緊急事故備用任務。

1 球閥的組成

1.1 概要

水輪機球閥安裝在蝸殼之前，正常時隔斷水源，事故時切斷水源。在緊急事故情況下，水泵水輪機導葉不關閉，球閥也能切斷水泵水輪機最大水流。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、自動化元件、閥門、表計、各種連接管路、管路附件、電纜及設備的基礎埋件及其他配件。桐柏蓄能電廠球閥的通徑為3100mm。

1.2 密封機構

球閥有兩道密封分別為工作密封和檢修密封

工作密封設在進水閥下游側。 工作密封為可拆卸式結構。動密封環和固定密封環均應用不銹鋼材料制造。固定密封環用不銹鋼螺釘把合在活門上，動密封環是軸向滑動式剛性密封，設計行程為5mm。工作密封投退均由水壓操作。它的取水口在球閥閥體上，并通過一個雙濾過器與工作密封相連（4個口），工作密封的退出是靠鋼管的水壓來實現，工作密封有投入、退出指示裝置。 無需排空壓力鋼管和拆卸球閥主體，便可以檢修和更換工作密封。

檢修密封設在進水閥上游側。用于無需排空壓力鋼管和拆卸球閥主體便可以檢修和更換工作密封、檢修和更換旁通設備。檢修密封也是可拆卸式結構。動密封環設計行程為20 mm。檢修密封投退均由水壓操作，取水口在延伸段法蘭上，并通過一個單濾過器與檢修密封相連。檢修密封裝有自動進排水孔4個，以及兩個排氣孔（堵頭）。檢修密封有投入、退出指示裝置。檢修密封設有6個鎖錠。需手動投退。

1.3 檢修密封的投入與退出

由手動閥MB45-AA003控制，當MB45-AA003從平行位置，退出腔接通壓力鋼管來的高壓水，檢修密封退出，當MB45-AA003從交叉位置，投入腔接通壓力鋼管來的高壓水，檢修密封投入。當檢修密封投入時切斷開檢修旁通閥工作旁通閥及球閥閥體的油路，實現閉鎖。當球閥偏離全關時，球閥與MB45-AA003之間的連桿使MB45-AA003油路從平行位置，使檢修密封不能投入，實現閉鎖。

2 球閥檢修密封投入不成功原因分析及處理流程

2012年1月一號機C修，由于工作需要，需投入球閥上游側密封，但是停役操作過程中球閥上游側密封正常操作卻無法投入。

發生故障后，桐柏抽水蓄能電站對此高度重視，迅速組織相關人員進行故障原因分析處理，經初步分析，球閥檢修密封投不上去的原因可能有：檢修密封投入取水管路堵塞；檢修密封投退切換閥門=01U+MB45-AA003不好，存在竄水或者啟閉不到位等情況；檢修密封投入/退出腔竄水；檢修密封投退指示不好；檢修密封裝置損壞；其他原因，如工作密封投入/退出腔竄水等導致的檢修密封退出腔水壓力大等原因。

根據我廠設備特點，從檢修密封投入的整個回路逐個排查可能的原因，依次采取了以下步驟進行缺陷處理：

（1）確認檢修密封投入取水管路無堵塞。我們先后檢查了檢修密封投入取水閥=01U+MB45-AA001、檢修密封投入進水閥=01U+MB45-AA002、檢修密封取水濾過器=01U+MB45-AT001（見圖1），閥門啟閉感覺清晰，無卡澀，濾過器亦無堵塞現象，并測量管路水壓，發現情況均正常，基本可以排除此條原因。

圖1 檢修密封取水回路

（2）檢查是否是檢修密封投退切換閥門=01U+MB45-AA003（見圖2）不好，存在竄水或者啟閉不到位等情況，從而引起檢修密封投入不成功。因此我們及時更換了球閥檢修密封投退切換閥=01U+MB45-AA003。更換后問題依然沒有解決，得出結論檢修密封投退切換閥門不是引起檢修密封投入不成功的主要原因。

圖2 檢修密封投退切換閥（平行位退出，交叉位投入）

（3）檢查檢修密封投入/退出腔是否竄水。采用的辦法是：將球閥檢修密封投退兩位四通閥=01U+MB45-AA003放中間態（即全閉位），檢修密封退出腔檢修排水閥=01U+MB45-AA702打開，另取外來水源加在檢修密封投入腔檢修排水閥=01U+MB45-AA701處，并打開此閥門（見圖3）。檢修密封仍未投入，同時發現檢修密封退出腔有水流出，且流量較大。可以判斷檢修密封投入/退出腔確已竄水。這個原因可能是檢修密封投不進去的主要原因。

圖3 檢修密封示意圖

此時分析，如果單純是兩個密封腔之間竄水而沒有其他原因的話，只要投入水回路正常應該也有力量推動檢修密封向投入方向移動。因此，考慮此次外加水源之所以檢修密封沒有動的原因可能是外加水源的壓力不夠（采用的就近比較方便的公用供水管路，壓力等于下庫水壓），密封面間隙受到的壓力部分來自上庫，要大于下庫壓力，阻力大于推力，故而密封投不進。

考慮到近日發現的我廠1號機下游側密封(工作密封)以及密封操作機構不好，也存在兩腔之間竄水的問題，其排水帶有一定壓力（這一點從排水管的水流情況可以看出）。而我廠檢修密封投退切換閥排水側排水管連接到工作密封的退出腔，這樣的話就相當于檢修密封排水管側帶有一定壓力，檢修密封投入腔和退出腔之間的壓差就會減小，產生的投入方向的推力就會減小，不一定能克服來自密封面的阻力。

為解決這個問題，采取的辦法是將檢修密封退出腔檢修排水閥=01U+MB45-AA702繼續接軟管打開，讓其直接排水，檢修密封投退切換閥=01U+MB45-AA003切至投入位，投入腔通壓力水。然而檢修密封依然沒有投入。此時就懷疑新換的檢修密封投退切換閥=01U+MB45-AA003仍然不好，存在竄水或其他原因導致壓力水壓力不足。初步采取的方法是將檢修密封投退切換閥=01U+MB45-AA003的退出及排水側兩個口拆開，用堵頭堵掉，閥門切至投入位（圖紙上位交叉位，見圖4），這樣就算有竄水也能保證投入腔的壓力水壓力。

圖4 檢修密封投退切換閥做措施

但是由于沒有合適大小的堵頭，只能用小一號的堵頭加襯墊堵漏，在閥門切至投入位置之后，由于壓力太大，堵頭不能可靠工作。此方法只能擱淺。

進一步采取的方法是用水管直接短接檢修密封投退切換閥=01U+MB45-AA003。一方面將檢修密封投退切換閥=01U+MB45-AA003切至中間位，相當于全閉位置，一方面保留檢修密封退出腔檢修排水閥=01U+MB45-AA702接軟管繼續打開，讓其直接排水，打開檢修密封投入取水閥=01U+MB45-AA001、檢修密封投入進水閥=01U+MB45-AA002，在檢修密封投入進水閥=01U+MB45-AA001后面直接用水管連接至檢修密封投入腔檢修排水閥=01U+MB45-AA701處（見圖5）。

圖5 短接檢修密封投退切換閥的方案

此方案實施后，雖然檢修密封投退機械指示未發生變化，上位機也沒有收到檢修密封投入位置信號，但是工作密封排水管竄水的聲音明顯減小，這是這兩天處理工作以來第一次。由此估計檢修密封實際已經投入到位，只是投退指示不好而已。利用檢修密封鎖錠螺栓的特性，在檢修密封非投入位置鎖定螺栓是投不進去的，我們試投了一次鎖定螺栓：可以投入由此基本可以判斷檢修密封已經投入到位。其后進行尾水管及球閥閥體排水，情況順利，確定球閥檢修密封已投入到位。

3 球閥檢修密封問題總結及臨時措施

通過整個處理的過程我們發現主要的問題有：1號機球閥檢修密封投退機械指示及行程開關不好，不能準確反映密封實際位置，公司決定在合適的時機及時更換球閥檢修密封投退指示，換為更靈敏的指示器及行程開關，以便于觀察球閥檢修密封的實際位置。

1號機球閥工作密封退出腔與球閥閥體密封不好，導致閥體內壓力水向球閥工作密封退出腔竄水。而1號機球閥工作密封退出腔連接的工作密封排水管又與1號機球閥檢修密封排水管相連，導致壓力水竄至1號機球閥檢修密封退出腔，造成了1號機球閥檢修密封投入不成功。1號機球閥工作密封退出腔竄水缺陷計劃結合2014年1號機B級檢修時處理，為了不影響1號機球閥檢修密封正常投退功能，公司決定做出臨時措施將1號機球閥檢修密封排水管與1號機球閥工作密封排水管分離開，1號機球閥檢修密封排水管單獨引入1號機上游側墻體排水廊道。等待1號機球閥工作密封退出腔竄水缺陷處理后，恢復1號機球閥檢修密封現有管路布置。

4 小結

蓄能電站球閥開關頻繁，球閥相關活動部件的磨損老化嚴重，設備處于亞健康狀態，經過公司相關人員群策群力，找出了球閥檢修密封投入不成功的原因，很好的處理了該故障，并針對本電站實際設備運行狀況，進行了球閥相關管路的優化措施。為球閥的健康運行積累了經驗。

[1]梅祖彥.抽水蓄能發電技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2]劉 云.水輪發電機故障處理與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2002.