抽水蓄能電站主進水閥操作時間異常分析與處理

王煥河，孫 政，徐 帥，田 凡，喬賀宏

（1．湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 黃岡 438600；2.天津水科機電有限公司，天津 301900）

1 主進水閥介紹

湖北白蓮河抽水蓄能電站主進水閥為球閥結構，名義直徑3 500 mm，設計靜水頭195 m，采用旁通管平壓，設有一道工作密封和一道檢修密封，通過雙缸雙向油壓接力器傳動油壓力矩，接力器行程2 561 mm，兩側接力器分別裝配機械鎖定和液壓鎖定。主進水閥作用有三點，一是為水輪發電機組檢修提供防轉和截斷來水安全措施；二是機組長時間停備截斷上游來水，避免或減少因導葉漏水量造成的蠕動和氣蝕破壞；三是為機組調相工況提供蝸殼段封水封氣條件，助力轉輪壓水、調相運行成功。除此之外，還具有動水緊急關閉功能，防止突發事故擴大。

圖1 主進水閥結構圖

表1 主進水閥參數

2 故障現象

（1）主進水閥開、關時間異常

2019年04月23日，執行每周重點數據及曲線查詢例行工作時，發現1號主進水閥開啟時間為42 s，關閉時間為35 s，與正常開、關時間差別較大（備注：1號主進水閥正常開啟時間為45～46 s，關閉時間為40～41 s）。

（2）接力器活塞桿位置偏差

現場檢查發現主進水閥全關狀態下兩側接力器位置不一致，即油缸上部活塞桿外漏部分高度（圖2）存在差別，經測量，機械鎖定側為223 mm，液壓鎖錠側為219 mm，兩側相差4 mm。對比2～4號機組，兩側相差0～1 mm。

圖2 接力器活塞桿外露高度

（3）接力器機械鎖定無法投入

進一步檢查發現接力器機械鎖定無法投入。拆除機械鎖定銷，發現拐臂鎖定孔與閥門本體鎖定孔存在錯位，目測約1～2 mm（圖3）。

圖3 銷孔錯位照片

3 原因分析

（1）主進水閥樞軸變形扭曲

主進水閥兩側接力器行程偏差可能原因為閥體樞軸已經發生扭曲，且變形很大，但是出現該情況必須由足夠大的外力對其造成破壞，近段時間內未出現異常情況，況且如果樞軸扭曲必然會使工作密封偏心致封水不嚴，使樞軸軸套偏磨致樞軸滲水等情況，所以基本排除樞軸變形扭曲原因。

（2）活塞盤防松螺栓斷裂

主進水閥接力器活塞桿與活塞盤通過絲扣連接，為防止松動，在兩者底部結合區域鉆孔攻絲，裝配鎖定螺栓，如圖4項304，如果該螺栓斷裂卡至活塞盤與下端蓋之間，產生的結果和故障現象基本吻合。

圖4 活塞盤防松螺栓裝配圖

（3）截流閥閥芯脫落

主進水閥接力器無桿腔（開啟腔）供排油管路接口處裝配可調節截流閥，閥體結構如圖5，閥芯受油壓方向控制可在閥體內滑動控制供油、回油流量，設計開口銷（項308）用于限位，防止閥芯脫落滑出。如果機械鎖定側接力器無桿腔截流閥閥芯脫落卡塞至活塞盤與下端蓋之間，產生的結果也和故障現象基本吻合。

圖5 截流閥結構圖

為進一步查明原因，對1號～4號主進水閥現地開、關測試，測量主進水閥接力器無桿腔在閥門關閉過程中背壓數值，如表2。

表2 主進水閥無桿腔背壓數據

數據顯示，1號主進水閥關閉過程中機械鎖定側接力器無桿腔壓力3 MPa，液壓鎖定側接力器無桿腔壓力6.2 MPa，通過與其他主進水閥數據對比與分析，基本確認1號主進水閥機械鎖定側接力器無桿腔截流閥不具備調節回油流量功能，即主進水閥關閉過程中機械鎖定側接力器無桿腔壓力油流速過快，導致該側接力器推、拉過快，球閥關閉、開啟時間變短。

基于以上原因分析與排查，基本確定故障原因為機械鎖定側接力器無桿腔截流閥故障。

4 處理過程

（1）拆解截流閥

拆除主進水閥兩側接力器無桿腔油管路，檢查兩個截流閥。其中液壓鎖定側截流閥情況正常，動作靈活。機械鎖定側截流閥閥芯脫落失蹤，可能竄入油缸內部。

（2）拆解缸體下端蓋

繼續對機械鎖定側接力器進行拆解，利用50 t液壓千斤頂通過承重螺栓將缸體頂起一定高度，發現閥芯在活塞盤與下端蓋之間，已壓縮變形。

（3）取出損壞閥芯

使用楔子板插入活塞盤與下端蓋之間，調整間隙后取出變形閥芯，并找到斷裂的開口銷殘渣。

（4）閥芯回裝測試

重新加工新的閥芯進行組裝，全部回裝后進行主進水閥開、關測試，測試過程未發現異常情況，測試完成后檢查接力器上部活塞桿外漏部分恢復到正常高度（215 mm)，機械鎖定可正常投入。主進水閥關閉時機械鎖定側無桿腔壓力為4.4 MPa，液壓鎖定側無桿腔壓力為4.6 MPa，與其他主進水閥一致。開、關動作時間分別為45 s和40 s，恢復正常。全部數據均在正常范圍內，缺陷消除。

5 設計優化思考

截流閥設計不合理。開口銷最大受力點為閥芯限位溝兩點，主進水閥開、關致閥芯反復撞擊開口銷，易造成金屬損壞。針對設計弊端，優化閥芯限位，由開口銷限位改為螺紋連接的限位環限位（圖6），優化后的限位環受力均勻，安全可靠性大大提升。

圖6 優化后的截流閥

6 結論

本文以蓮蓄電站為例，系統闡述了主進水閥開、關時間異常缺陷分析思路及處理過程，并對故障成因進行實質剖析和制定改進措施。從設計、運維管理、故障處理等角度，對同行業借鑒意義較大。