瀑布溝水電站清水系統(tǒng)改造

周 霖，陳勇旭，武 彬

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川漢源610041)

瀑布溝水電站是大渡河干流水電梯級開發(fā)第17個梯級電站，以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程。電站裝機總?cè)萘? 600 MW，采用6臺單機容量600 MW的混流式水輪發(fā)電機組，清水系統(tǒng)清水池在壩后824.5 m高程處，水源取至機組進水口，取水泵的啟停通過清水池液位儀控制，水廠清水池設置有啟泵、啟備用泵、停泵3個水位控制點。當廠房用水時，由于清水系統(tǒng)管路管線較長、壓力較大容易造成系統(tǒng)壓力波動產(chǎn)生較大的水錘，使管路振動增大，造成減壓閥后端管路法蘭斷裂，危及廠房設備安全穩(wěn)定運行。

1 清水系統(tǒng)介紹

為了確保水輪機、空壓機等設備高效率、無故障運行，必須在冷卻器、密封內(nèi)外始終保持源源不斷的無任何腐蝕顆粒清潔水，以便給冷卻器密封環(huán)提供冷卻和潤滑。清潔過濾水將減少冷卻器、密封和軸套過早磨損，瀑布溝水電站設置了清水系統(tǒng)，確保較大的顆粒和雜質(zhì)能夠得到有效濾除。

瀑布溝清水系統(tǒng)主要擔負著廠房機組主軸密封、空壓機、冷卻用水，以及消防用水和生活用水，共設置有4趟管路，其中兩趟管路作為消防水系統(tǒng)專用，另兩趟管路供空壓機、機組主軸密封及生活用水用。

其中機組消防供水管路的正常壓力為0.4～0.6 MPa，管路公稱壓力1.6 MPa;主變消防供水管路的正常壓力為 0.4～0.6 MPa，管路公稱壓力1.6 MPa;主軸密封冷卻水正常水壓為0.2～0.4 MPa，管路公稱壓力1.0 MPa;空壓機冷卻水正常水壓為0.2～0.4 MPa管路公稱壓力1.0 MPa。

瀑布溝發(fā)電機層高程為677.5 m，主軸密封冷卻水系統(tǒng)布置在水輪機層，安裝高程為662.5 m，清水池布置在壩后824.5 m，落差高達162 m，遠大于各管路系統(tǒng)公稱壓力。因此，該系統(tǒng)應設置減壓閥系統(tǒng)。

瀑布溝清水系統(tǒng)減壓閥系統(tǒng)布置在瀑布溝地下廠房上支洞，安裝高程為692 m，4趟管路分別設置了1個減壓閥進行減壓。

2 清水系統(tǒng)改造前狀況

2.1 大渡河泥沙含量情況

2.1.1 天然河流泥沙含量

多年年平均含沙量0.832 kg/m3

多年汛期平均含沙量1.21 kg/m3

懸移質(zhì)泥沙中莫氏硬度≥5的硬礦物含量33.0%～72.0%

其中，粒徑大＞0.05，莫氏硬度≥5的硬礦物含量占總沙量50.2%。

圖1 清水系統(tǒng)改造前示意圖

2.1.2 水庫運行10 a的引水含沙量

多年年平均含沙量 0.111 kg/m3

多年汛期平均含沙量 0.182 kg/m3

其中，粒徑＞0.01，莫氏硬度≥5的硬礦物含量占總沙量2.52%。

2.1.3 水庫運行20 a的引水含沙量

多年年平均含沙量 0.112 kg/m3

多年汛期平均含沙量 0.183 kg/m3

其中，粒徑≥0.01的汛期含沙量沙量0.0137 kg/m3。

表1 泥沙粒級配表

2.2 清水系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

由于瀑布溝清水系統(tǒng)設計為一級減壓閥模式，因此要求該減壓閥減壓比必須較大才能滿足要求，但現(xiàn)場安裝的減壓閥減壓比較小，調(diào)節(jié)范圍小，不滿足運行使用要求;雖然該減壓閥最低調(diào)節(jié)壓力可達到0.4 MPa，但由于該趟管路系統(tǒng)長期壓力波動產(chǎn)生的水錘致使該減壓閥長期處于惡劣工況下運行，導致了該減壓閥運行工作不穩(wěn)定;同時，該減壓閥后端未設計安裝泄壓閥，當減壓閥定值漂移后，后端管路供水壓力增大后無法安全泄壓;加之管路后端無柔性連接且減壓閥后端管路及附件按1.0 MPa壓力等級設計，當減壓閥定值漂移后，清水管路壓力過高(達1.4 MPa)極易造成法蘭破裂。如此惡性循環(huán)，致使管路減壓功能幾乎完全失效，管路法蘭多次破裂，嚴重影響廠房設備安全穩(wěn)定運行。

3 清水系統(tǒng)改造內(nèi)容

3.1 改造內(nèi)容

基于以上因素，我廠對清水系統(tǒng)進行了以下改造:

1)上支洞閥門井清潔水管路分別增設一級減壓閥，壓力等級為2.5 MPa。

2)上支洞閥門井清潔水管路 Y型過濾器由1.6 MPa壓力等級更換為2.5 MPa壓力等級。

3)消防水管與清潔水管路之間增設一趟聯(lián)絡管，并設聯(lián)絡閥。

4)上支洞口閥門井消防和清潔水管路分別增設泄壓管路，安裝DN100、DN150泄壓閥及球閥。

5)上支洞口閥門井清潔水管減壓閥后端分別增設常開檢修閥門。

6)二級減壓閥后端各增加一個橡膠接頭。

3.2 閥門選型

針對泄壓閥、減壓閥選型提出了以下要求:

1)可調(diào)節(jié)開關速度，能有效防止水錘及降噪功能，閥室的設計應能可靠地防止汽蝕的發(fā)生、雜物的附著。

2)不管廠房用水流量如何變化，減壓閥通過一級減壓將閥后壓力減小為0.45～0.55 MPa。減壓閥應能長期安全可靠地運行，出口壓力可根據(jù)需要方便調(diào)整。

圖2 清水系統(tǒng)改造后示意圖

3)減壓閥、泄壓閥密封應可靠，減壓閥的彈簧、橡膠膜片、橡膠密封圈的使用壽命應在10萬h以上;靜態(tài)密封試驗，在規(guī)定的時間內(nèi)，減壓閥不得有滲漏;進行動態(tài)試驗時，閥后出口壓力表的升壓值在采用軟密封結(jié)構時應為0。

4)減壓閥應調(diào)節(jié)靈敏，位置定位準確，無卡阻、異常振動及壓力波動現(xiàn)象，減壓閥之間能連續(xù)調(diào)整，不得有卡阻和異常振動。

5)減壓閥前后各配備一塊防震壓力表，表閥前應設置有手動閥門。

6)減壓閥在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，當其出口流量一定、進口壓力變化時，出口壓力偏差值≤5%。

7)減壓閥在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，當進口壓力一定時出口流量從該工況下最大流量的20%～100%，變化時，出口壓力負偏差值不得超過10%，減壓閥的閥后壓力應小于閥前壓力的0.5倍。減壓閥進口壓力的波動應控制在進口壓力給定值的80%～105%。減壓閥應設有節(jié)流裝置，在相對較大的壓力損失情況下，有較寬的流量范圍。

8)泄壓閥應能具有準確的壓力控制和止回功能，能夠快速開啟;能將管路系統(tǒng)中＞0.7 MPa的壓力泄掉，并可維持主閥上游壓力在一定范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)壓力。

4 清水系統(tǒng)改造后情況

4.1 泄壓閥工作原理

圖3 泄壓閥工作原理圖

泄壓閥由水力操作，通過先導閥控制，保持上游的關閉壓力;動作時通過先導閥的控制，快速開啟以保持管路壓力，關閉時動作速度較慢，以防止管道形成波浪，實現(xiàn)閥門自動操作，壓力設定只需調(diào)整先導閥上螺栓，順時針調(diào)整，設定的釋放壓力則升高，反之則降低。

圖4 管理穩(wěn)壓裝置

當進口壓力升高時，先導閥閥瓣向上打開，增加泄壓閥主閥開度泄流，確保管路系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。當進口壓力降低后，先導閥閥瓣向下關閉，進而關閉主閥。

4.2 減壓閥工作原理

圖5 減壓閥工作原理

該減壓閥能自動減小進口壓力至設定值，不會因上游的壓力變化或上游壓力的狀況而影響下游壓力。設定減壓閥定值時，當順時針旋轉(zhuǎn)先導閥上螺栓時，出口壓力逐漸增加，當逆時針旋轉(zhuǎn)螺栓時，出口壓力逐漸減小。

圖6 進口壓力控制裝置

當出口壓力超過設定值時，先導閥主閥閉，進而減小主閥開度，確保出口壓力穩(wěn)定;當出口壓力減小時，先導閥閥瓣向下打開，進而增加主閥開度。止回閥的作用是當出口壓力大于進口壓力時，上游壓力進入主閥上部控制腔，關閉主閥。

4.3 管線過濾裝置

主閥水平安裝在管線上，主管線的進水口安裝Y型過濾器，可確保管線中大顆粒雜物不能進入主閥，但水流中的細小泥沙、懸浮物及金屬離子等進入主閥，會造成減壓閥、泄壓閥主閥控制管路及針閥產(chǎn)生堵塞，造成主閥失靈，因此控制管路處安裝有一套絲狀過濾膜，防止細小雜物進入，同時在主閥入口處安裝有一主以備兩趟控制導管，確保減壓閥、泄壓閥運行穩(wěn)定性。

4.4 清水系統(tǒng)管路改造后優(yōu)點

4.4.1 壓力穩(wěn)定

管路系統(tǒng)設置了兩級減壓閥，且該減壓閥減壓比較高、調(diào)節(jié)范圍增大，可達到所需的壓力，確保廠房用水壓力穩(wěn)定。

4.4.2 運行平穩(wěn)

該減壓閥運行中無噪音、無振動、無壓力漂移、無卡阻現(xiàn)象，且切換功能操作簡單、穩(wěn)定性好、使用壽命長。

4.4.3 可靠性高

由于該減壓閥裝有壓力反饋功能，從而保證了出口壓力不超限，從而保護了閥后設備的安全;同時，管路設計安裝了泄壓閥，可有效避免后端管路供水壓力增大后安全泄壓，確保清水系統(tǒng)管路壓力穩(wěn)定。

4.4.4 安全性高

管路后端增加了柔性連接且減壓閥后端管路及附件按2.5 MPa壓力等級設計，可有效避免減壓閥定值漂移后，極易造成法蘭破裂及設備損壞。且閥門流面采用特殊結(jié)構和材料，可減壓閥、泄壓閥不會產(chǎn)生氣蝕、磨蝕和堵塞現(xiàn)象。

4.4.5 運行維護方便

對出廠調(diào)試好的減壓閥、泄壓閥，安裝完畢后直接充水即可投入使用，平時無需調(diào)整。

［1］中華人民共和國公安部.GB50016—2006建筑設計防火規(guī)范［S］.北京:中華人民共和國公安部，2006.

［2］陸培文.實用閥門設計手冊［S］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［3］中國電器工業(yè)協(xié)會電站輔機分會.電站常用閥門手冊［S］.北京:中國電力出版社，2000.