天荒坪電站球閥位置開關的改進

張書友，曾 輝

（天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江 安吉 313302）

天荒坪抽水蓄能電站是一座高水頭、高水位變幅、高轉速的日調節純抽水蓄能電站。根據設計要求，機組有發電、發電調相、抽水、抽水調相、停機等5種工況，在整個電網系統中承擔調峰調谷、事故備用等任務。

全廠6臺機組的進水閥為橫軸雙面密封球閥，采用油壓操作，通徑為2 m。球閥安裝在壓力鋼管和水泵水輪機蝸殼進口段之間，起著機組正常停機和事故切斷水流的作用。整個球閥系統由挪威KVAERNER公司供貨，主要有球閥本體部分、球閥電氣控制部分、球閥油壓部分組成。天荒坪電站首臺機組于1998年9月投運，在經過數年運行以后球閥位置開關故障導致機組啟動異常次數明顯上升，需對出現的問題進行分析并采取措施加以改進。

1 2種球閥位置開關工作原理

1.1 球閥機械壓緊式開關工作原理

機械壓緊式開關一般安裝在預定的位置，當與機械連動的部件觸動行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。機械壓緊式開關的結構原理如圖1所示，當被控機械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時，撞桿轉向右邊，帶動凸輪轉動，頂下推桿，使微動開關中的觸點迅速動作。當運動機械返回時，在復位彈簧的作用下，各部分動作部件復位。

機械壓緊式開關原理簡單，主要有以下缺點：

圖1 滾輪式行程開關

（1）需要接觸行程開關連桿，然后有機械式行程動作，若此步有問題，會影響到電氣觸點通斷，直接關系電路動作與否。

（2）通過機械接觸轉換為電信號，易受電氣內接點位置影響。

（3）電氣內觸點容易受機械點接觸壓力大小影響，易發生變形。

（4）電氣內觸點容易氧化，接觸不良。

由于球閥的位置開關使用的是機械壓緊開關，其固有的缺陷導致多次出現故障，從而影響機組穩定運行。

1.2 球閥接近式開關工作原理

接近開關大多由一個高頻振蕩器和一個整形放大器組成，圖2為接近開關工作原理圖。振蕩器振蕩后，在開關的感應面上產生交變磁場，當金屬物體接近感應面時，金屬體產生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩器減弱以致停振。振蕩與停振是2種不同的狀態，由整形放大器轉換成二進制的開關信號，從而達到檢測位置的目的。

圖2 接近式開關工作原理

接近式開關可無接觸、無壓力地發出檢測信號，具有靈敏度高、頻率響應快、重復定位精度高、工作穩定可靠、使用壽命長等優點，在自動控制系統中已獲得廣泛應用。

接近式開關的特點：

（1）非接觸檢測，避免了對傳感器自身和目標物的損壞。

（2）無觸點輸出，操作壽命長。

（3）即使在有水或油噴濺的惡劣環境中也能穩定檢測。

（4）反應速度快。

（5）小型感測頭，安裝靈活。

2 球閥位置開關運行故障分析與處理

2.1 球閥機械壓緊式開關故障原因

球閥工作環境惡劣，經常出現球閥工作密封下游螺栓和球閥樞軸u型密封漏水、球閥工作旁通閥的排污孔滲水；檢修旁通閥在關閉狀態下漏水；工作旁通閥漏水等情況，導致球閥機械壓緊式開關工作環境很潮濕，造成球閥機械壓緊式開關內接點銹蝕短路、線路直流接地等故障。

機械壓緊式開關是接觸開關，長期處于受壓縮狀態，這樣容易造成彈簧轉臂故障。若撞塊移動速度太慢，則觸點就不能瞬時切斷電路，使電弧在觸點上停留時間過長，觸點易燒蝕。

2.2 更換開關

將球閥的位置開關由機械壓緊式位置開關全部更換成接近感應位置開關。為解決球閥樞軸漏水的問題，將U型改成V型結構，逐步更換成新V型結構的密封。另外還逐步將銹蝕的樞軸密封槽更換成不銹鋼結構，這樣解決了位置開關工作環境較潮濕的問題。球閥位置開關經改進后，運行穩定性有很大提高，經過了發電、發電調相、抽水、抽水調相等工況運行，球閥位置開關工作正常，球閥位置開關達到了原技術要求。

將有類似問題的工作密封位置開關更換成接近式開關后，仍存在一些故障。主要原因是由于上下游壓力差變化，密封投入后有細微的變化（位置開關感應距離變化），加上機組在停機時振動較大導致傳動桿位置超出開關感應的距離。后改變開關與傳動桿的感應方式，開關放置由原來在傳動方向對側改為旁側，但是效果不是很好，這是由于使用初期因檢修過程中尾水管排水導致球閥前后壓差出現一定變化，相應密封投退也出現一定的位置變化，由此反映為位置開關感應距離的變化，加上機組在停機時振動較大導致傳動桿位置超出開關感應的距離。后將位置開關由原來正向放置改為側向放置，同時在傳動桿上增加了感應塊以適當增加感應范圍，解決了上述問題。

3 結語

球閥是抽水蓄能機組中的重要設備，在選擇球閥位置開關時，應考慮結構和原理簡單，并能滿足現場工況需要。若位置開關防潮性能不足，則容易造成經常性直流接地。若安裝距離太近，則容易造成位置開關電磁相互干擾。

天荒坪抽水蓄能電站球閥位置開關經過多次改進，達到了有關技術規范的要求，提高了機組的啟動成功率、運行可靠性、穩定性和可用率，降低了設備故障率，為天荒坪抽水蓄能電站生產目標的完成提供了可靠的保障。

[1]項杰.球閥運行常見問題分析與處理[G].抽水蓄能技術論文集，2010.

[2]華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司.球閥油管接頭脫落導致密封環損壞[G].抽水蓄能電站設備典型故障匯編，2010.

[3]李俊.廣州抽水蓄能電站球閥動水關閉振動原因分析[J].水力發電，1997（6）：45-46.