球阀伸缩节漏水的分析及处理

何秋

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200)

1 概述

桐柏抽水蓄能电厂位于浙江省东部天台县境内,距杭州市约150km,靠近华东500kV电网负荷中心,是华东电网理想的调峰电源。电站装机容量120万kW,内设4台单机容量为300MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机，最大水头285.7m,以两回500kV线路接入华东电网，在电网中担任调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。自电厂投运以来，在机组尾水管充排水时，4台机组球阀伸缩节均不同程度的出现漏水现象，一直困扰着运行维护人员。

2 漏水原因分析

2.1 输水系统介绍

桐柏抽水蓄能电厂引水系统采用一洞两机方式布置，四台机共两条输水道；尾水隧洞采用一机一洞的“单元式”布置，共四个尾水出口，电厂的尾水位较高，机组安装高程很低，下水库水位变幅较大。在机组尾水隧洞正常检修或其它设备发生故障时，为了防止下游尾水倒灌厂房，在尾水隧洞上设置闸门将厂房与下水库隔离[1]。

水泵水轮机型式为立轴、单级、混流可逆式水泵水轮机[2]，额定转速为300r/min，飞逸转速为465r/min。水轮机方向额定净水头为244m，水泵工况下额定水头284.79m，水轮机安装高程在52m左右，停机时靠导叶和球阀截断水源。

水轮机球阀安装在压力钢管与水泵水轮机蜗壳进口段之间，球阀的通径为Φ3100mm，球阀活门的旋转直径为Φ4 680mm，每台水泵水轮机配一套进水阀，每个球阀单元设备包括延伸段、进水阀、伸缩节、旁通阀、空气阀、排水阀、操作机构、油压装置、控制设备及其他配件[3]。

伸缩节用于球阀的拆装和进水阀下游侧工作密封在不拆球阀主体和不排空压力钢管的情况下检修和更换，且能适应由于温度变化和作用在球阀上的水推力变化而引起的球阀沿压力钢管轴线的位移。伸缩节与蜗壳法兰平面之间留有20mm的间隙，伸缩节与法兰之间是通过Φ16mm的O型盘根密封。

2.2 存在的问题

桐柏抽水蓄能电厂下库水水位正常在110～140m之间变化，水轮机安装在地下52m高程。一旦机组检修，需将整个尾水水道隔离，上游侧利用球阀与压力钢管隔离，下游侧落下尾水闸门将尾水管与下库隔离。整个尾水水道的水量约11462m3。排水通过开启DN=300mm的尾水管排水阀，先通过DN=300mm的自流排水联络阀进行自流排水，排水到接近92.0m高程；然后开启1、2号检修排水泵排水，排到尾水管水位在40.9m，1、2号检修排水泵停泵；在40.9m以下启动3、4号检修排水泵排水，到尾水管水位40.0m时停泵。机组复役时通过尾水闸门上的充水阀向尾水管充水，平压后提起尾水闸门。充排水时尾水管的补排气通过尾水闸门后的补气孔实现。4台机组尾水管在排水及充水过程中球阀伸缩节处均有漏水现象出现，而在充水完毕一段时间后，漏水量会逐渐减小直至消失。

2.3 漏水原因

由于球阀伸缩节漏水只是出现在尾水管充排水期间，且机组正常运行时没有漏水现象，基本可以排除伸缩节密封永久破坏的情况。而经过仔细观察发现漏水现象主要在排水至60～50m左右出现，结合我厂尾水水道形式及各设备的高程，怀疑尾水管充排水时尾水管的补排气可能存在问题。

在尾水管排水时，当尾水管水位降到53.55m高程(蜗壳顶部)和43.465m(尾水管肘管最低处)之间时，因尾闸后侧补气孔的空气不能进入蜗壳和转轮室，在此阶段引起蜗壳及转轮室内产生负压(真空)，此时将引起水轮机主轴密封、球阀伸缩节等处向内非常规补气，从而破坏球阀伸缩节处的密封导致短时漏水。

在尾水管充水时，当水位充至43.465m后，蜗壳及转轮室的空气无法通过尾闸后侧补气孔排出，则在以上之处进行非常规排气，也会出现短时漏水，而一旦尾水管充水完毕后，在尾水压力下伸缩节密封效果逐渐恢复，从而漏水现象消失。

虽然由于漏水时间较短，未产生较大问题，但漏水现象的产生对球阀伸缩节下方的设备造成进水隐患，恶化了运行环境，增大了整个地下厂房的排水量；机组尾水管充排水次数较多，如长期如此，必然对伸缩节密封件造成损坏或者位移，从而引起漏水量增大，影响机组运行和可靠备用，甚至可能造成水淹厂房事故。

3 处理对策

要解决尾水管充排水时球阀伸缩节漏水的问题，只要解决充排水期间的非常规补排气即可，由于电厂蜗壳本身未设置自动补气阀，目前可以通过调整充排水操作步骤，利用蜗壳本身的排气阀及转轮室排气阀解决问题。

(1)在机组排水时，密切关注尾水管水位，当尾水管水位低于60m时，运行人员通过手动操作打开蜗壳排气阀和转轮室排气阀进行补气。

(2)在机组充水时则先保持蜗壳排气阀、转轮室排气阀在开位置进行排气，待转轮室排气管及蜗壳排气管出现有水流声时或水位到达60.0m高程时，关闭上述阀门。

(3)按照排水步骤，一般通过启动两台检修排水泵排水，由于排水速度很快容易引起非常规补气，所以为保证尾水管排水时充分补气，用一台检修水泵排水，降低尾水管排水速度。

(4)上述操作方式的改变虽能解决球阀伸缩节漏水问题，但一方面增加了运行人员工作量，另一方面人为判断水位误差较大，可靠性较低。最终的方法是利用机组大修时进行技改，增加蜗壳自动补/排气阀。

5 结语

通过对充排水操作步骤的调整，实际效果良好，球阀伸缩节漏水现象基本消失。抽水蓄能电厂一般厂房均在地下，由于山体渗漏水较大，加之诸多设备正常排水，厂房排水量很大。整个厂房的排水均通过深井水泵抽至厂外，一旦出现深井泵故障或者电源故障，后果非常严重，水淹厂房[4]成为抽水蓄能电厂第一大预防事故，所以厂房内任何设备的异常漏水，不管是从设备本身安全还是从厂房的排水安全来讲，均要引起重视，需及时消除。

[1]陆佑楣，潘家峥.抽水蓄能电站[M].北京:水利电力出版社，1994.

[2]刘大恺.水轮机[M].北京:中国水利出版社，1997.

[3]陈德新.水轮机、水泵及辅助设备[M].北京:中央广播电视大学出版社，2000.

[4]梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京:机械工业出版社，2005.