蓄能電站主進水閥上下游平壓信號改造

韓 軻，蔣君操，王 君，楊 恒，戴 超，吳 敏

（國網新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

1 引言

蓄能電站輸水流道較長，一般為一千米或數千米不等，因此為保證機組安全、提高電站運行性能，一般在機組上游側較近處設置進水閥。該閥一般設計為球閥，是電站的主要設備，所以也被稱為主進水閥或主閥。主進水閥安裝在壓力鋼管與蝸殼之間，作為蓄能機組水泵工況起動、機組正常停機、事故停機和機組檢修時截斷上游水流的設備。主進水閥只有全開和全關兩種狀態，不用于機組流量調節。主進水閥系統主要組成部分有主閥部分（包括閥芯和閥體）、操作機構、油壓裝置、旁通管路、伸縮節、上（下）游密封、鎖定裝置、控制設備等。

主進水閥閥芯作為活動部分，無法嚴密封閉水流，不可避免的會產生漏水現象，因此一般在主進水閥下游側設置了工作密封以保證完全截斷水流。主進水閥關閉后投入工作密封，而開啟之前需退出工作密封。為了防止主進水閥在工作密封未退出的情況下開啟而損壞密封，在主進水閥控制流程中設置主進水閥的開啟條件為收到工作密封退出信號和主進水閥上、下游平壓信號。

2 主進水閥上下游平壓方式

主進水閥平壓方式主要有2種，1種是旁通閥平壓，另1種是利用主進水閥閥芯漏水至蝸殼的方式實現平壓。前者在球閥上下游鋼管開設孔洞，用旁通管聯通，中間增加閥門，稱為旁通閥。平壓時，旁通閥打開，從上游補水至蝸殼，實現平壓。后者利用主進水閥閥芯不可能嚴密封閉水流的特點，利用工作密封環退出后與閥芯之間的間隙，讓主進水閥上游側漏水給蝸殼補水以實現平壓。因為第1種平壓方式存在壓力管路上多開孔、補水時振動較大等缺點，所以目前使用較多的是第2種平壓方式。

為檢測主進水閥上下游平壓的狀態，當前普遍采用的方式為設置一個壓差開關，主進水閥上、下游水壓力經測壓水管接入壓差開關，當上、下游水壓之差小于0.5 MPa時，壓差開關動作輸出平壓信號。

3 平壓信號異常原因分析

通常情況下，上下游平壓的壓差開關安裝位置較低，以方便日常維護。水質較差時，壓差開關的測壓管路中易進入少量泥沙。又因為普通壓力開關因為其內部測壓管直徑較大，少量的細微泥沙不影響其正確動作，而壓差開關內部的測壓軟管比普通壓力開關內部的測壓軟管更細，直徑更小，所以當少量細微泥沙進入壓差開關測壓管后，容易在壓差開關內部累積而堵塞測壓管，導致壓差開關不能正常動作。日常維護中發現，雨季時壓差開關更容易堵塞，主要原因就是經過強降雨后，水庫水質變得渾濁，管路中雜質更多，更易造成堵塞。

4 平壓信號改造思路

思路一：考慮到壓差開關動作異常的主要原因是測壓管堵塞，因此想辦法解決水中存在雜質的問題。首先在測壓管路上加裝精密過濾器，過濾細微的泥沙等雜質，其次改變壓差開關的安裝位置，將其安裝在進水壓力鋼管和主進水閥的上方，以防止泥沙積淀。同時在日常維護工作中增加定期清洗壓差開關及測壓管路的維護項目。這種方法的優點是不改變設計原理和控制程序，缺點一是沒有從根本上解決壓差開關動作異常的問題，二是施工的工作量較大，需改動管路，加裝過濾器等，另外需要定期清理過濾器以及定期清洗壓差開關，也增加了日常維護工作量。

思路二：考慮到上下游平壓的實質是讓主進水閥上游的水進入主進水閥下游，平壓后主進水閥下游的水壓力與主進水閥上游水壓力一樣。因此可以不用檢測主進水閥上、下游的壓差，直接檢測主進水閥的下游側壓力達到上游側壓力就可以了。即通過主進水閥下游側壓力間接反映主進水閥上、下游平壓情況。這種方式的優點是摒棄了可靠性較差的壓差開關，而使用可靠性更高、環境適應性更好的壓力開關，從根本上解決了壓差開關內部測壓管路堵塞的問題，而且施工工作量小，只需將壓差開關更換壓力開關及封堵上游測壓管路，并修改主進水閥控制程序。

比較以上兩種改造思路，第一種改造思路施工難度較大，同時增加了日常維護的工作量，未從根本上解決了壓差開關內部測壓管路堵塞的問題；第二種改造思路不僅施工的工作量小，而且從根本上解決了壓差開關動作不可靠的問題。由此顯見思路二是較好的解決方案。

5 平壓信號改造施工過程

按照改造思路二擬定具體的施工方案后現場實施改造，具體改造過程如下：

（1）將主進水閥原上、下游壓差開關拆除。

（2）在主進水閥下游側測壓水管分流器上新接入一個壓力開關，該壓力開關用于替代主進水閥原上、下游壓差開關。主進水閥的原上、下游壓差開關的上游側測壓水管路用堵頭進行封堵。

（3）使用主進水閥原上、下游差壓開關的信號電纜，將新的壓力開關動作信號引至主進水閥控制柜PLC中。新壓力開關的動作值參考上游水庫水位，取值可以比上庫水位最低時的壓力值稍低。

（4）在主進水閥PLC中修改主進水閥開啟邏輯：當收到工作密封退出信號，且收到新的壓力開關動作信號，則判定主進水閥上、下游平壓。邏輯示意圖如圖1所示：

圖1 主進水閥上、下游平壓判斷邏輯

（5）改造工作完成后，進行手動試驗。現地手動退出主進水閥工作密封，記錄主進水閥下游側壓力值，檢查新的壓力開關動作情況，檢查主進水閥PLC邏輯中上、下游平壓信號是否正確觸發。然后現地手動投入球閥工作密封，記錄球閥下游側壓力值，檢查新的壓力開關復歸情況，檢查PLC邏輯中主進水閥上、下游平壓信號是否復歸。

（6）手動試驗無異常后，進行自動開關主進水閥試驗。遠方開、關主進水閥，確認主進水閥正常動作。

6 結語

通過分析蓄能電站主進水閥上、下游平壓信號頻發缺陷的原因，以及研究蓄能電站主進水閥上、下游平壓信號的實現邏輯，將判斷平壓是否的方式由直接測量主進水閥上、下游壓差改為通過測量主進水閥下游側壓力來間接判斷。經過此次改造，在不提高自動化元器件自身可靠性的前提下， 通過改變思路，優化邏輯，大大提高了主進水閥自動運行的可靠性，且未減低其運行安全性。