錦屏二級(jí)水電站圓筒閥的安裝及動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)

郭玉龍，田維平，王 承，李興易

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 611130)

1 概述

錦屏二級(jí)水電站采用圓筒閥作為機(jī)組可動(dòng)水關(guān)閉的隔斷閥，安裝在固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉之間，閥體與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)需嚴(yán)格地保持一致和同心，且活動(dòng)導(dǎo)葉在任何位置時(shí)或脫離控制情況下均不干擾圓筒閥閥體啟閉。由于沒(méi)有設(shè)置快速門(mén)等動(dòng)水關(guān)閉機(jī)構(gòu)，因此，在極端工況下保證圓筒閥動(dòng)水可靠關(guān)閉，是確保機(jī)組運(yùn)行安全的重要因素。盡管該工程高水頭、長(zhǎng)引水隧洞的特點(diǎn)增加了圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉的難度，但對(duì)圓筒閥結(jié)構(gòu)、控制程序進(jìn)行了多次優(yōu)化、改進(jìn)后，最終成功地完成了額定負(fù)荷下的動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)。

2 圓筒閥的安裝

圓筒閥為兩瓣結(jié)構(gòu)，組拼后總重量約53．5t，筒閥在工地組焊成整圓后與頂蓋預(yù)裝配，最后與頂蓋一起吊入機(jī)坑參與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的正式安裝。該工程圓筒閥的安裝主要從兩個(gè)方面進(jìn)行控制，即工序控制和工藝控制。

2．1 工序控制

鑒于圓筒閥設(shè)備安裝需要穿插在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝過(guò)程中，因此，合理安排其施工工序尤為重要。為確保施工的合理性，在圓筒閥安裝前，現(xiàn)場(chǎng)各方共同對(duì)施工工序進(jìn)行了詳細(xì)的分析及優(yōu)化，最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的安裝實(shí)踐，總結(jié)出一套適合該工程圓筒閥安裝的施工工序。

(1)將主要工序的施工均合理地穿插在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝過(guò)程中;

(2)在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝時(shí)進(jìn)行筒閥本體的組拼及焊接;

(3)筒閥接力器作為筒閥最重要的傳動(dòng)部件，為保證活塞桿動(dòng)作的垂直性，其安裝位置應(yīng)在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝時(shí)確定，以避免正式安裝時(shí)其垂直度不滿足要求;

(4)筒閥導(dǎo)向條間隙的檢查應(yīng)穿插在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝檢查結(jié)束后，使用廠家提供的間隙測(cè)量塊隨頂蓋再單獨(dú)進(jìn)行一次吊裝，從而確定導(dǎo)向條的現(xiàn)場(chǎng)加工量;

(5)上、下密封壓板及密封條的安裝應(yīng)在導(dǎo)向條間隙檢查確定且頂蓋與筒閥吊出機(jī)坑后進(jìn)行;

(6)筒閥本體與接力器活塞桿連接的超級(jí)螺母的外側(cè)封板應(yīng)待筒閥無(wú)水調(diào)試合格后再封堵焊接，以便在無(wú)水調(diào)試過(guò)程中對(duì)筒閥中心進(jìn)行修正與調(diào)整。

2．2 工藝控制

錦屏二級(jí)水電站圓筒閥直徑為8625mm，厚900mm，吊裝組拼時(shí)易產(chǎn)生變形，其安裝工藝控制是其重點(diǎn)。

(1)將圓筒閥整體吊至組拼平臺(tái)后，方可割除內(nèi)支撐;

(2)組拼焊接時(shí)應(yīng)在焊縫位置架設(shè)百分表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)焊接變形情況適當(dāng)調(diào)整焊接順序;

(3)為控制圓筒閥接力器安裝后活塞桿動(dòng)作的垂直度，應(yīng)重點(diǎn)控制接力器支座的水平符合要求，且在安裝后用臨時(shí)液壓裝置動(dòng)作接力器，并架設(shè)百分表檢查活塞桿動(dòng)作的垂直度;

(4)圓筒閥導(dǎo)向條間隙的檢查確定采用塞尺測(cè)量、對(duì)稱(chēng)方向比較的方法進(jìn)行，若對(duì)稱(chēng)方向間隙值偏差較大，可松開(kāi)圓筒閥本體與接力器活塞桿連接的超級(jí)螺母，并在圓筒閥本體上架設(shè)百分表監(jiān)測(cè)其位移值，然后用千斤頂側(cè)向頂圓筒閥，進(jìn)而調(diào)整圓筒閥至最佳中心位置。

3 無(wú)水、靜水調(diào)試

在閥體安裝、油壓系統(tǒng)調(diào)整完成后，對(duì)圓筒閥進(jìn)行無(wú)水條件及靜水條件下的綜合調(diào)試，以確保圓筒閥綜合性能能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。結(jié)合錦屏二級(jí)水電站8臺(tái)機(jī)組圓筒閥無(wú)水調(diào)試過(guò)程，發(fā)現(xiàn)圓筒閥接力器動(dòng)作的同步性控制是貫穿無(wú)水調(diào)試過(guò)程的一條主線。

圓筒閥設(shè)置有6個(gè)油壓操作、雙作用直缸接力器，圓筒閥外側(cè)與座環(huán)間均布6個(gè)導(dǎo)向條。為了確保6個(gè)接力器在動(dòng)作時(shí)保持嚴(yán)格的同步性，液壓系統(tǒng)采用6出口高速液壓馬達(dá)(分流器)向各個(gè)接力器供油，同時(shí)，在6個(gè)接力器控制閥組上均設(shè)置有一個(gè)電磁比例閥，比例閥通過(guò)接力器直線位移傳感器反饋的位置信號(hào)調(diào)節(jié)比例閥閥芯開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)6個(gè)接力器動(dòng)作保持同步。圓筒閥在全開(kāi)位置還設(shè)有可靠的鎖定裝置，鎖定裝置為液控單向閥，其液壓控制操作接入圓筒閥液壓操作系統(tǒng)中。

錦屏二級(jí)水電站在圓筒閥的無(wú)水調(diào)試過(guò)程中，多臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)接力器動(dòng)作不同步而導(dǎo)致閥體卡住的現(xiàn)象。結(jié)合圓筒閥液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試環(huán)境以及設(shè)備、管路安裝特點(diǎn)，分析有以下四種情況可導(dǎo)致接力器動(dòng)作不同步:

(1)液控單向閥活塞發(fā)卡，可能導(dǎo)致接力器開(kāi)啟、關(guān)閉筒閥時(shí)間節(jié)點(diǎn)存在差異;

(2)電磁比例閥閥芯發(fā)卡，可能導(dǎo)致接力器同步調(diào)節(jié)失效;

(3)油壓系統(tǒng)及管路未充分排氣，可能導(dǎo)致各接力器油壓壓力不均衡，使其動(dòng)作不同步;

(4)液壓馬達(dá)(分流器)出現(xiàn)問(wèn)題，可能導(dǎo)致6個(gè)接力器供油不均衡。

一旦發(fā)生卡阻現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)采用排除法對(duì)4種情況進(jìn)行具體分析，即對(duì)液壓系統(tǒng)、管路及閥組進(jìn)行充分排氣;對(duì)液控單向閥、電磁比例閥進(jìn)行徹底的拆解及清洗，確保閥芯沒(méi)有明顯銹跡且動(dòng)作靈活可靠。回裝后重新進(jìn)行無(wú)水調(diào)試，若筒閥動(dòng)作仍有發(fā)卡現(xiàn)象，則可能是液壓馬達(dá)損壞導(dǎo)致了閥體發(fā)卡現(xiàn)象的產(chǎn)生。

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)動(dòng)作不同步現(xiàn)象的機(jī)組中，部分液壓閥閥芯因長(zhǎng)時(shí)間存放其表面產(chǎn)生銹跡，產(chǎn)生銹跡的閥芯經(jīng)清洗、細(xì)微研磨后均能動(dòng)作靈活，不影響其正常使用，同時(shí)，為避免后續(xù)機(jī)組出現(xiàn)類(lèi)似情況，對(duì)長(zhǎng)期存放的液壓閥及閥組內(nèi)涂抹黃油或透平油，以避免閥芯生銹。經(jīng)排除法驗(yàn)證后懷疑是液壓馬達(dá)損壞導(dǎo)致閥體發(fā)卡所致，最后將液壓馬達(dá)返廠拆解，均在其內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有金屬屑，且確認(rèn)液壓馬達(dá)(分流器)已損壞。該型號(hào)液壓馬達(dá)(分流器)轉(zhuǎn)速高，且其材料為鑄鐵材質(zhì)，脆性大。而圓筒閥液壓系統(tǒng)復(fù)雜，接力器、閥組、管路等安裝、焊接環(huán)節(jié)較多，油壓系統(tǒng)中極易存在金屬雜質(zhì)在經(jīng)過(guò)分流器時(shí)發(fā)生高速撞擊，從而導(dǎo)致分流器損壞，因此，加強(qiáng)設(shè)備及管路前期安裝、焊接的過(guò)程控制是保證此類(lèi)分流器能可靠運(yùn)行的重要保證。為確保此類(lèi)型圓筒閥無(wú)水調(diào)試能順利完成，應(yīng)從以上方面進(jìn)行重點(diǎn)控制。任何一個(gè)環(huán)節(jié)或步驟出現(xiàn)問(wèn)題，都將影響調(diào)試工作的進(jìn)行甚至?xí)?duì)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害。

無(wú)水調(diào)試完成后，在機(jī)組充水后、開(kāi)機(jī)前，應(yīng)模擬開(kāi)停機(jī)程序進(jìn)行圓筒閥靜水動(dòng)作試驗(yàn)，調(diào)整圓筒閥開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)曲線滿足設(shè)計(jì)要求。

4 動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)

錦屏二級(jí)水電站先后在3#、5#、8#機(jī)組進(jìn)行了圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)，即模擬調(diào)速系統(tǒng)和導(dǎo)葉傳動(dòng)系統(tǒng)故障，在空載和25%、50%、75%、100%額定負(fù)荷下操作圓筒閥全關(guān)，并記錄關(guān)閉過(guò)程中接力器上下腔油壓、機(jī)組擺度、頂蓋下沉與振幅、蝸殼、頂蓋、壓力鋼管和尾水管壓力波動(dòng)、機(jī)組負(fù)荷變化等參數(shù)。

錦屏二級(jí)水電站水頭高、引水隧洞長(zhǎng)，機(jī)組甩負(fù)荷、增減負(fù)荷(數(shù)值較大)時(shí)調(diào)壓室水位幅值波動(dòng)大、周期長(zhǎng)、波動(dòng)衰減慢，蝸殼壓力上升大，轉(zhuǎn)速上升快，從而給圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)帶來(lái)了困難與挑戰(zhàn)。2013年9月，3#機(jī)組首次進(jìn)行圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)，在做300MW(50%)負(fù)荷下動(dòng)水關(guān)閉圓筒閥時(shí)，由于圓筒閥關(guān)閉太快(關(guān)閉時(shí)間為60s)，蝸殼內(nèi)水錘壓力已經(jīng)接近極限值，繼續(xù)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)太大，動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)被迫終止。廠家經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究后決定，為了減緩蝸殼內(nèi)壓力上升過(guò)快，將關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)至80s，并將之前的一段關(guān)閉改為兩段關(guān)閉(即在最后5%行程時(shí)增加緩沖，緩沖時(shí)間為12s)。

2014年5月，5#機(jī)組進(jìn)行動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，之前蝸殼內(nèi)水錘壓力過(guò)大的問(wèn)題得到了有效解決。但機(jī)組在300MW負(fù)荷下接力器下腔及筒閥上腔出現(xiàn)明顯的壓力脈動(dòng)，為了確保機(jī)組安全，決定在450MW前加做一次377MW負(fù)荷試驗(yàn)。在377MW負(fù)荷下動(dòng)水關(guān)閉圓筒閥時(shí)，測(cè)得接力器壓力、筒閥下拉力(接力器活塞桿拉力)峰值已接近設(shè)計(jì)值，試驗(yàn)再次被迫終止。經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究后發(fā)現(xiàn)是由于筒閥上腔周?chē)膲毫γ}動(dòng)通過(guò)接力器活塞桿的下拉力的波動(dòng)傳遞至接力器下腔，從而引起接力器下腔的壓力脈動(dòng)。通過(guò)廠家的數(shù)據(jù)分析及模型試驗(yàn)，為了減少圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉時(shí)上腔壓力脈動(dòng)及下拉力，決定對(duì)8#機(jī)圓筒閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，即在機(jī)坑內(nèi)頂起頂蓋，在座環(huán)上環(huán)板位置焊接全高度的不銹鋼鋼板，減小圓筒閥與上環(huán)板間的徑向間隙(由原設(shè)計(jì)的12mm改為6mm)，同時(shí)再次調(diào)節(jié)圓筒閥的關(guān)閉規(guī)律，二段關(guān)閉的拐點(diǎn)由最后5%行程改為最后2%行程時(shí)增加緩沖，線性關(guān)閉時(shí)間也由80s延長(zhǎng)至95s。

2014年11月，8#機(jī)組進(jìn)行了圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉的全過(guò)程試驗(yàn)(即空載、150MW、300MW、450 MW、600MW工況)，試驗(yàn)過(guò)程中圓筒閥在各試驗(yàn)工況下均能可靠關(guān)閉，蝸殼內(nèi)水錘壓力、筒閥接力器下腔壓力(可換算接力器下拉力)峰值均在設(shè)計(jì)和預(yù)期范圍內(nèi)，100%負(fù)荷條件下圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)終于取得成功。

2015年3月，在錦屏二級(jí)水電站1#～7#機(jī)組圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)咨詢會(huì)上，與會(huì)專(zhuān)家認(rèn)為經(jīng)技術(shù)改進(jìn)后的8#機(jī)組圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)是成功的。為此，決定對(duì)其余機(jī)組按照8#機(jī)組的模式進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，并再選取一臺(tái)改進(jìn)后的機(jī)組進(jìn)行動(dòng)水試驗(yàn)，以驗(yàn)證技術(shù)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)適用于其余機(jī)組。2015年5月，改進(jìn)完成的5#機(jī)組順利完成了圓筒閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)的全過(guò)程試驗(yàn)，標(biāo)志著8#機(jī)組的技術(shù)改進(jìn)同樣適用于其余機(jī)組。因此，在此基礎(chǔ)上，電廠將對(duì)剩余機(jī)組進(jìn)行相同改進(jìn)，同時(shí)，在經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證后其余機(jī)組將不再進(jìn)行動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

大多數(shù)水電站設(shè)置圓筒閥的主要作用是減少停機(jī)期間導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的漏水量，在設(shè)置圓筒閥的同時(shí)也設(shè)置了快速關(guān)閉閘門(mén)作為電站極端工況的保護(hù)，故對(duì)圓筒閥是否進(jìn)行100%負(fù)荷下的動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)并不十分關(guān)注。但錦屏二級(jí)水電站未設(shè)置快速閘門(mén)，圓筒閥兼?zhèn)淇焖匍l門(mén)的功能，因此，為了確保動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)順利完成，業(yè)主高度重視，組織國(guó)內(nèi)知名專(zhuān)家進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和咨詢，廠家也進(jìn)行了積極的響應(yīng)和研究，最終完成了100%負(fù)荷下的動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)，為運(yùn)行單位提供了重要的安全保證。