新安江水電站水輪發電機組充水方式改進

鄧亞新，浦睿詣

(國網新源水電有限公司新安江水力發電廠，浙江 建德　311608)

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新安江水電站水輪發電機組充水方式改進

鄧亞新，浦睿詣

(國網新源水電有限公司新安江水力發電廠，浙江 建德311608)

新安江水電站旁通閥經過了近50年的使用，出現了管路和閥件銹蝕嚴重、操作不靈的問題，存在重大的安全隱患。介紹了新安江水電站原旁通閥存在的安全隱患，闡述了充水閥的改造方案、快速閘門和油壓啟閉機的相應變動情況，論述了改造后運行檢修需要注意的一些事項，最后對改造后的效果進行了總結。

快速閘門；充水閥；油壓啟閉機；旁通閥

新安江水電站是新中國第一座自行設計、自制設備、自己施工建造的具備多年調節功能的大型水電站，裝有9臺水輪機發電機組，總裝機容量662.5 MW。電站共有9個進水口，配置了9扇快速閘門，每扇閘門配置一臺液壓啟閉機操作，用于引水發電系統事故或檢修時攔擋上游水流，快速閘門按動水關門、靜水啟門的操作條件設計。電站自1960年建成至今，一直是華東電網水電站中庫容最大、調節性能最好的骨干水電站，擔負著系統內調峰、調頻及事故備用等任務，對電力系統的安全運行有著十分重要的作用。自1999年電站開始增容改造，總裝機容量達到目前的850 MW，增容改造后又對機組進水口快速閘門及其液壓啟閉機設備完成了更新改造。原水輪發電機組充水啟門前的充水平壓設施采用Φ500型旁通閥方案，由于旁通閥經過了近50年的使用，出現了管路和閥件銹蝕嚴重、操作不靈的問題，存在重大的安全隱患，電站采取了在進水口快速閘門的門葉上加設充水閥來替代原旁通閥的改造措施。

1　改造必要性分析

新安江水電站原水輪發電機組充水啟門前的充水平壓設施采用Φ500型旁通閥方案，其旁通閥經過了近50年的使用，出現了管路和閥件銹蝕嚴重、操作不靈的問題，具體如下。

(1)金屬部件銹蝕嚴重。新安江水電站自第一臺機組開始發電至今已有金50年，快速閘門一直是采取旁通管路充水的方式，壩體預埋的旁通閥管路已銹蝕嚴重、管壁變薄，整個閥充水系統已存在嚴重的安全隱患。

(2)工作環境差。旁通閥位于71.4高程，高出61高程檢查廊道近十米。工作人員必須通過攀登預埋在旁通閥豎井混泥土里的金屬梯上下，存在很大的高空墜落安全隱患。

2　充水閥改造

2.1充水閥型式選擇

快速閘門門葉上設置充水閥的常用型式按結構可分為子門式、蓋板式和柱塞式三類。

(1)子門式充水閥是在門葉上下游方向設一導水管，在導水管的中部套設一個小門槽和一塊閥板，閥板的設計原則與一般閘門一樣，需要設置主、側滑動支承以及止水密封，小門上設有小吊桿與快速閘門吊桿相連接，并設置若干導向座來保持吊桿的正常位置。

(2)蓋板式充水閥是在快速閘門主梁腹板上開孔并設90°彎管，在彎管頂部用一塊蓋板來封堵孔口。為避免充水時蓋板的晃動，一般在蓋板上設置導葉，一方面引導水流，使充水水流平順，一方面作為蓋板的下端支承。蓋板上方設有吊桿和快速閘門吊耳相連接，并設有導向裝置來保持吊桿的正常位置。

(3)柱塞式充水閥與蓋板式充水閥的布置基本相同，只是將彎管頂部的蓋板改為錐形閥體來封堵孔口。

根據本項目的具體情況，經對幾種型式的多方面比較認為，采用柱塞式充水閥方案應是最適合的選擇，它具有以下優點：

(1)柱塞式充水閥閥體為錐形結構，使水流的流態比子門式充水閥和蓋板式充水閥好得多，能有效避免流激振動，改善充水閥的工作條件。

(2)柱塞式閥體自重較重，并且密封錐面接近線接觸，使密封面壓強增加，提高密封效果，避免了子門式充水閥密封性差和蓋板式充水閥可能因導向不良，密封面壓強較小易造成關閉不嚴密而漏水的缺點。柱塞式充水閥型式圖見圖1。

圖1　柱塞式充水閥型式圖

(3)柱塞式充水閥僅須在閘門主橫梁上開孔設彎管，對原快速閘門的改動量比子門式充水閥小。

因此，柱塞式充水閥成了加裝的首選型式。

2.2充水閥通徑選擇

充水閥通徑通常應根據所需的充水量、下游漏水量和要求充滿時間，以及快速閘門結構布置等綜合考慮確定。根據快速閘門門葉結構尺寸，充水閥布置在門葉頂主梁上，以便于結合快速閘門吊耳結構進行設計。根據原設計采用Φ500 mm旁通閥的通徑，理論上充水閥通徑應盡量與原設計相一致。但是，由于門葉主橫梁高度僅為663 mm，主梁腹板高度為611 mm，充水閥設計還需考慮其必要的安裝布置空間，因此充水閥的最大通徑不宜超過350 mm。對旁通閥和充水閥有效通流面積進行計算。

旁通閥有效通流面積計算：

=179 050(mm2)

式中S1——有效通流面積；D1——閥板直徑；b——閥板最大厚度。

充水閥有效通流面積計算：

式中S2——單個充水閥有效通流面積；D2——充水閥直徑；n——充水閥個數。

根據計算結果，加設兩個φ350 mm充水閥可滿足原旁通閥的通流量。

2.3充水閥布置

根據計算結果，確定充水閥改造方案：兩個充水閥沿快速閘門孔口中心線左右對稱布置門葉頂主梁以上，每個充水閥閥體中心線與孔口中心線的距離為0.5 m，閥芯的提閥連桿與拉桿箱上的懸臂梁連接，拉桿箱與快速閘門吊耳連接(見圖2)。

圖2　充水閥改造方案

加設充水閥后，快速閘門吊點軸中心線至門葉底緣的高度約10 220 mm(充水閥為全開狀態，含120 mm的充水行程)，比原來增高約1 520 mm。拉桿由兩節組成，節間用銷軸連接，總長度為12 260 mm，比原來減少約1 500 mm，正好可取消原短拉桿。原設計快速閘門平時由液壓啟閉機持住，停放在孔口上方1.5 m處，加設充水閥后，在保證液壓啟閉機工作行程9.7 m不變的情況下，扣除充水行程120 mm后，快速閘門停放在孔口上方1.38 m處。加設充水閥后，快速閘門重量增加約1.5 t，閘門的啟閉力及設備安裝、檢修的吊裝重量基本不變，啟閉機容量可保持不變。

2.4快速閘門配套改造

對原快速閘門門葉的上部結構和拉桿須進行局部整改：原快速閘門吊耳拆除，重新根據充水閥的通徑布置吊耳結構；在頂主梁以上距孔口中心線0.5 m處，左右對稱布置兩個充水閥，在頂主梁腹板上開直徑為φ350 mm的孔，并焊接一段φ350 mm的彎管，彎管一直升至閘門頂部，在頂部設有充水閥閥芯導向座；閘門吊耳板從頂主梁一直向上延伸約1.78 m，并形成一個箱型結構，在箱型結構的四周安裝有導向限位塊，作為充水閥拉桿箱升降時的導向；由于閘門吊耳尺寸改變，拆除原來與閘門吊耳連接的短拉桿，重新制作為能安裝充水閥的拉桿箱，并使拉桿箱上的吊軸與閘門吊耳孔相匹配，拉桿的總長度12 260 mm不變，按兩節拉桿的連接要求，改制拉桿的結構型式。

2.5油壓啟閉機配套改造

加裝充水閥后，快速閘門的開啟過程需要改變，以適應通過工作門充水閥給引水干管充水平壓提門。

改裝充水閥后油壓啟閉機分兩段動作：第一段需要通過油壓啟閉機將充水閥提起，提起行程120 mm，由位置結點控制啟閉機停止；第二段為引水干管充滿水后，得到平水信號后啟閉機再次啟動將快速閘門提起至全開。針對油壓啟閉機的動作需要，自動化部分需要加裝一個表達充水閥全開的位置結點，整個提門控制程序需要添加提充水閥的程序并調整好相應的定值。液壓啟閉機機械部分不需要做任何改動。

3　改造后的效果

(1)提高機組充水效率。原機組平水提門需開旁通閥充水，改造后通過充水閥充水，分兩次統計9號機改造前、后機組充水時間，計算平均充水時間見表2。由表2可知，改造后機組平均充水時間較改造前減少5.75 min，充水效率得到了提高，也提升了操作人員工作效率。

表2　9號機改造前后機組充水時間統計表

(2)降低檢修工作量。改造后，取消了原旁通閥，由于原旁通閥結構復雜，缺陷較多，而新加裝的充水閥結構相較簡單，改造前后檢修耗費標準工時由56 h減少到24 h，工作人員的檢修工作量得到了降低。

(3)快速閘門啟閉完全實現自動控制。改造后，快速工作閘門實現了自動控制，壓力鋼管的充水以及達到平水后提門的整個過程都由LCU自動實現。提高了勞動生產率，使得電廠的自動化程度進一步提高，使電廠“無人值班”(少人值守)的運行模式得以不斷深化。

4　結語

自新安江水電站9號機快速閘門加裝充水閥改造于2010年10月完成以來，又相繼完成剩余機組中7臺機組充水方式的改造，均取得了相同的改造效果。充水閥的成功改造，消除了原旁通閥平水提門存在的安全隱患，為廠房和機組的安全運行提供了保障。

目前，國內仍有許多老電站采用旁通管路充水的方式進行平水提快速閘門，由于旁通閥結構復雜，管路大多預埋在大壩混凝土基礎中，經多年運行，金屬部件銹蝕破損嚴重。如對整個旁通管路系統進行改造，難度非常大，并且耗時耗力。新安江水電站水輪發電機組充水方式改進的成功，為這些電站提供了另外一種改造思路，推廣應用前景良好。

(本文編輯：趙艷粉)

Water Filling Method Improvement for Hydro-generator Set in Xin′anjiang Hydropower Station

DENG Ya-xin, PU Rui-yi

(Xin′ anjiang Hydropower Plant, Xinyuan Hydropower Co., Ltd., Jiande 311608, China)

After nearly 50 years of use, the bypass valve in Xin′anjiang Hydropower Station has some problems, such as the serious piping and valves corrosion, and faulty operation, leading to great hidden dangers. Ths paper introduces these hidden dangers existing in the bypass valve, expounds the retrofit scheme of water filling valve, as well as the corresponding changes of fast gate and hydraulic hoist. It also discusses some concerns for operation maintenance after the modification, and finally summarizes the modification effects.

fast gate; water filling valve; hydraulic hoist; bypass valve

10.11973/dlyny201604018

鄧亞新(1981)，男，工程師，從事水電站水輪發電機組檢修與運維管理工作。

TV734；TM312

A

2095-1256(2016)04-0489-03

2016-03-22