清遠抽水蓄能電站3號球閥主配壓閥內漏研究

李曉亮，趙溢豐

（南方電網調峰調頻發電有限公司檢修試驗分公司，廣東 廣州 511400）

0 引言

廣東清遠抽水蓄能電站（以下簡稱“清蓄”）位于廣東省清遠市清新區太平鎮境內， 處于珠江三角洲西北部，直線距廣州75 km, 距清遠市32 km, 是一座日調節的純抽水蓄能電站。廠內安裝4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機一發電電動機機組，單機容量（發電工況）320 MW, 總裝機容量1 280 MW。輸水系統采用一管四機方案， 每臺機組蝸殼進口前設置一臺進水球閥。

球閥操作水系統主配壓閥為日本東芝外購設備，主配壓閥控制側在彈簧和油壓的作用下控制閥芯移動，主配壓閥操作側通過切換壓力水進入球閥接力器的開啟腔或關閉腔，操作球閥的開啟和關閉。2017至今停機狀態清蓄3號球閥主配壓閥操作側有較大竄水聲。球閥主配壓閥參數見表1，現場位置見圖1。

表1 清蓄球閥主配壓閥參數

1 設備結構介紹

清蓄主配壓閥由控制側和操作側兩部分組成（如圖1所示），主配內漏主要發生在操作側，來自球閥上游的壓力水經過主配操作側切換，分別接通接力器的開啟腔或關閉腔，主配內部通過閥芯11帶動閥芯下軸套9上下動作，切換控制水路，實現球閥啟閉功能（如圖2所示）。

圖1 主配外觀示意圖

維護人員在現場檢修時，拆開該漏油處檢查發現，安全隔離閥進口與管路法蘭連接處采用O型橡膠材料進行密封（如圖2所示），而通過進一步檢查發現該O型密封圈表面未見明顯刮痕、破損等缺陷，但整個密封圈已完全受壓變形、硬化，失去彈性，密封處于失效狀態。

圖2 主配內部結構示意圖

2 缺陷處理過程

（1）2017年2月，檢修主配期間發現以下問題：

1）主配壓閥彈簧導桿19頂部的內六角螺栓B06、墊片B07松動、全開鎖錠螺母23松動后向下移動；

2）上層銅套7與閥體之間的密封圈壓縮量不足。

本次檢修緊固內六角螺栓B06、墊片B07、全開鎖錠螺母23，保持全開鎖錠螺母23緊貼墊片B07，無松動跡象。將閥芯下軸套9和底層銅套4的金屬密封面用研磨沙進行研磨，測量上層銅套7和閥體之間的密封槽深度為5.5 mm，較設計深度大了0.5 mm，而設計密封圈為5.7 mm，因此密封壓縮量不足，本次檢修更換為6 mm的O型密封圈。

處理后，球閥開啟時間穩定在44 s，關閉時間穩定在76 s，符合要求。

（2）2017年8月，清蓄機械人員拆卸了3號球閥主配壓閥進行檢查，發現問題如下：

1）上銅套壓環8變形，在吊出閥芯11時，發現上銅套壓環8與閥芯11存在卡塞現象，需用液壓千斤頂將其頂出閥體。

2）主配供水法蘭金屬纏繞密封墊損壞，檢查主配閥芯及銅套時發現，銅套上多處有金屬纏繞密封墊的金屬絲，見圖5、圖6。

圖3 鎖錠螺母23和缸蓋22位置圖

圖4 鎖錠螺母23和缸蓋22檢修前后位置對比

圖5 銅套部件上的金屬絲

圖6 主配供水法蘭金屬纏繞密封墊

經檢查發現主配壓閥進水管路與閥體連接法蘭處，金屬纏繞墊片已損壞，墊片的金屬絲隨壓力水進入主配內部。經與東芝水電確認，此密封墊并非由東芝水電提供，清理干凈后換用東芝水電提供的密封墊。缺陷處理后，球閥啟閉時間符合要求（開啟時間46 s，關閉時間76 s）。由于主配壓閥上銅套壓環8沒有備件，將變形的壓環回裝，缺陷并未消除。

（3）2018年8月檢修期間，計劃更換3號球閥主配壓閥上銅套壓環8過程中，發現以下問題：

1）將上銅套壓環8及閥芯11吊出閥體時，由于壓環變形，仍然需要使用液壓千斤頂將其頂出閥體。此情況和2017年8月3號機組臨時檢修時一致。

2）同樣因為上銅套壓環8變形，其卡死在閥芯11上難以拆卸，需要使用銅錘不斷敲擊使其脫出閥芯。

3）閥芯11、閥芯下軸套9、中層銅套6及底層銅套4的各個金屬密封面均有多處磨損，見圖8、圖9。

圖7 密封面位置示意圖

圖8 底層銅套4金屬密封面

圖9 中層銅套6上金屬密封面

本次檢修用閥芯下軸套9的金屬密封面對底層銅套4備件的金屬密封面進行研磨，并將閥芯11、閥芯下軸套9、中層銅套6密封面的磨損及缺口用細砂紙打磨平整。之后更換上銅套壓環8及底層銅套4備件。缺陷處理后，球閥啟閉時間符合要求（開啟時間46 s，關閉時間76 s）。但閥芯11、閥芯下軸套9、中層銅套6暫無備件，3號球閥主配壓閥竄水聲音仍然存在，缺陷仍未消除。

3 缺陷原因分析

經分析，有以下三個原因：

（1）全開鎖定螺母23松動后貼合缸蓋22，在主配全關位置閥芯動作不到位，導致閥芯下軸套9和底層銅套4之間有間隙，引起主配內漏。

（2）主配供水法蘭金屬纏繞密封墊損壞，金屬纏繞絲隨壓力水進入主配內部，卡在主配全關位置閥芯下軸套9和底層銅套4之間密封面A，導致主配在全關位置內漏。同時由于金屬纏繞絲較多卡塞在主配內部，主配長期動作過程中閥芯11和上銅套壓環8之間產生憋勁，閥芯11材質比上銅套壓環8較硬，導致上銅套壓環8變形。

（3）上銅套壓環8存在變形，在球閥開關時，使閥芯的上下移動偏離軸向運動，導致閥芯及銅套上的金屬密封面不僅不能完全緊密貼合接觸，還會相互碰撞摩擦，閥芯11、底層銅套4、中層銅套6、上銅套壓環8和閥芯下軸套9金屬密封面上出現較多的磨損和缺口，密封性能下降引起主配內漏。

4 檢修維護策略制定

4.1 缺陷風險評估

主配壓閥內漏缺陷進一步擴大可能會導致風險如下：

（1）球閥開啟過程：閥芯11帶動閥芯下軸套9向上動作，通往接力器開啟腔的壓力水，上端從閥芯11和上銅套壓環8之間的的密封面滲漏，下端從閥芯下軸套9和中層銅套6之間的密封面滲漏，通往接力器開啟腔的壓力水損失較多，接力器開啟腔壓力下降，導致接力器動力不足，可能存在球閥開啟時間變長的風險。詳見圖10。

（2）球閥關閉過程：閥芯11帶動閥芯下軸套9向下動作，通往接力器關閉腔的壓力水，上端從閥芯11和中層銅套6之間的的密封面滲漏，下端從閥芯下軸套9和底層銅套4之間的密封面滲漏，通往接力器關閉腔的壓力水損失較多，接力器關閉腔壓力下降，導致接力器關閉動力不足，可能存在球閥關閉時間變長的風險。詳見圖11。

清蓄3號球閥主配自2017年8月內漏至今，3號球閥啟閉時間正常沒有變長趨勢，目前3號球閥通過調節流量調節閥，可調節的啟閉時間范圍為30～80 s，可調節裕度較大，若缺陷擴大，球閥啟閉時間變長，可調節流量調節閥恢復球閥正常的啟閉時間。另外，通過壓力錄波儀，確認目前3號球閥動作過程，接力器動作正常啟閉腔壓力平穩，對比其他機組3號球閥接力器啟閉腔壓力亦無下降趨勢。（錄波情況詳見圖12、圖13）

綜上所述，3號球閥主配內漏缺陷暫無惡化趨勢，風險可控。

圖10 底層銅套4金屬密封面

圖11 底層銅套4金屬密封面

圖12 3號球閥關閉過程接力器啟閉腔壓力脈動

圖13 4號球閥關閉過程接力器啟閉腔壓力脈動

4.2 檢修維護策略

根據以上分析，特制定以下檢修維護策略：

（1）機械每周巡檢定期檢查1號～4號球閥全關狀態，主配鎖定螺母23是否松動，如有松動及時緊固，保持全開鎖錠螺母23緊貼墊片B07。

（2）機械on-call人員每周統計3號球閥啟閉時間（目前3號球閥開啟時間46 s，關閉時間80 s）。

（3）通過壓力錄波儀，每月對3號球閥開啟和關閉狀態，接力器啟閉腔的壓力脈動情況進行錄波，并與其他機組錄波情況進行對比分析。

（4）每年機組檢修期間，檢查1號～4號球閥主配壓閥供水法蘭密封墊是否損壞，如有損傷及時更換。

（5）盡快采購主配壓閥備品（或閥內部件）。目前杭州東芝針對主配壓閥閥內備件報價為85萬元，價格偏高，經濟合理性較差。已嘗試聯系國內類似產品生產廠家，計劃定制主配閥芯11、底層銅套4、閥芯下軸套9、下層銅套5、中層銅套6、上層銅套7、上銅套壓環8的備件。若國產化定制可行，將嘗試國產化主配備件，節約檢修維護成本，在機組檢修時盡快擇機更換。

4.3 應急處置

若3號主配內漏缺陷擴大，導致3號球閥啟閉時間變長，應急處置措施如下：

（1）調節3號球閥開啟腔流量調節閥開度，通過控制開啟腔排水的速度，調節球閥關閉時間；調節3號球閥關閉腔流量調節閥開度，通過控制關閉腔排水的速度，調節球閥開啟時間。3號球閥啟閉時間采用全淹沒組合分配式氣體滅火系統，雖然其造價比水滅火系統高，但是其對被保護設備無損害且滅火效果較好，對電廠造成的經濟損失小，具有廣闊的推廣應用價值。