桐柏抽水蓄能电站1号机球阀检修密封投入不成功原因分析及处理

2012-07-04董晓亮

水电站机电技术 2012年4期

董晓亮，赵锋

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，天台浙江 317200）

0 前言

华东桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内，距天台县城约7km，是一座日调节纯抽水蓄能电站。主副厂房和主变室均设在地下，主厂房安装4台立轴单级混流可逆式水泵水轮机，电站主设备采用国际招标，全是国外进口设备，单机发电容量300MW，抽水容量336MW，总发电装机容量1200MW，总抽水容量1344MW。通过二回500kV输电线接入华东电网，日发电量600万kW·h，平均年发电量21.18亿kW·h，在华东电网中承担调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用任务。

1 球阀的组成

1.1 概要

水轮机球阀安装在蜗壳之前，正常时隔断水源，事故时切断水源。在紧急事故情况下，水泵水轮机导叶不关闭，球阀也能切断水泵水轮机最大水流。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、自动化元件、阀门、表计、各种连接管路、管路附件、电缆及设备的基础埋件及其他配件。桐柏蓄能电厂球阀的通径为3100mm。

1.2 密封机构

球阀有两道密封分别为工作密封和检修密封

工作密封设在进水阀下游侧。工作密封为可拆卸式结构。动密封环和固定密封环均应用不锈钢材料制造。固定密封环用不锈钢螺钉把合在活门上，动密封环是轴向滑动式刚性密封，设计行程为5mm。工作密封投退均由水压操作。它的取水口在球阀阀体上，并通过一个双滤过器与工作密封相连（4个口），工作密封的退出是靠钢管的水压来实现，工作密封有投入、退出指示装置。无需排空压力钢管和拆卸球阀主体，便可以检修和更换工作密封。

检修密封设在进水阀上游侧。用于无需排空压力钢管和拆卸球阀主体便可以检修和更换工作密封、检修和更换旁通设备。检修密封也是可拆卸式结构。动密封环设计行程为20 mm。检修密封投退均由水压操作，取水口在延伸段法兰上，并通过一个单滤过器与检修密封相连。检修密封装有自动进排水孔4个，以及两个排气孔（堵头）。检修密封有投入、退出指示装置。检修密封设有6个锁锭。需手动投退。

1.3 检修密封的投入与退出

由手动阀MB45-AA003控制，当MB45-AA003从平行位置，退出腔接通压力钢管来的高压水，检修密封退出，当MB45-AA003从交叉位置，投入腔接通压力钢管来的高压水，检修密封投入。当检修密封投入时切断开检修旁通阀工作旁通阀及球阀阀体的油路，实现闭锁。当球阀偏离全关时，球阀与MB45-AA003之间的连杆使MB45-AA003油路从平行位置，使检修密封不能投入，实现闭锁。

2 球阀检修密封投入不成功原因分析及处理流程

2012年1月一号机C修，由于工作需要，需投入球阀上游侧密封，但是停役操作过程中球阀上游侧密封正常操作却无法投入。

发生故障后，桐柏抽水蓄能电站对此高度重视，迅速组织相关人员进行故障原因分析处理，经初步分析，球阀检修密封投不上去的原因可能有：检修密封投入取水管路堵塞；检修密封投退切换阀门=01U+MB45-AA003不好，存在窜水或者启闭不到位等情况；检修密封投入/退出腔窜水；检修密封投退指示不好；检修密封装置损坏；其他原因，如工作密封投入/退出腔窜水等导致的检修密封退出腔水压力大等原因。

根据我厂设备特点，从检修密封投入的整个回路逐个排查可能的原因，依次采取了以下步骤进行缺陷处理：

（1）确认检修密封投入取水管路无堵塞。我们先后检查了检修密封投入取水阀=01U+MB45-AA001、检修密封投入进水阀=01U+MB45-AA002、检修密封取水滤过器=01U+MB45-AT001（见图1），阀门启闭感觉清晰，无卡涩，滤过器亦无堵塞现象，并测量管路水压，发现情况均正常，基本可以排除此条原因。

图1 检修密封取水回路

（2）检查是否是检修密封投退切换阀门=01U+MB45-AA003（见图2）不好，存在窜水或者启闭不到位等情况，从而引起检修密封投入不成功。因此我们及时更换了球阀检修密封投退切换阀=01U+MB45-AA003。更换后问题依然没有解决，得出结论检修密封投退切换阀门不是引起检修密封投入不成功的主要原因。

图2 检修密封投退切换阀（平行位退出，交叉位投入）

（3）检查检修密封投入/退出腔是否窜水。采用的办法是：将球阀检修密封投退两位四通阀=01U+MB45-AA003放中间态（即全闭位），检修密封退出腔检修排水阀=01U+MB45-AA702打开，另取外来水源加在检修密封投入腔检修排水阀=01U+MB45-AA701处，并打开此阀门（见图3）。检修密封仍未投入，同时发现检修密封退出腔有水流出，且流量较大。可以判断检修密封投入/退出腔确已窜水。这个原因可能是检修密封投不进去的主要原因。

图3 检修密封示意图

此时分析，如果单纯是两个密封腔之间窜水而没有其他原因的话，只要投入水回路正常应该也有力量推动检修密封向投入方向移动。因此，考虑此次外加水源之所以检修密封没有动的原因可能是外加水源的压力不够（采用的就近比较方便的公用供水管路，压力等于下库水压），密封面间隙受到的压力部分来自上库，要大于下库压力，阻力大于推力，故而密封投不进。

考虑到近日发现的我厂1号机下游侧密封(工作密封)以及密封操作机构不好，也存在两腔之间窜水的问题，其排水带有一定压力（这一点从排水管的水流情况可以看出）。而我厂检修密封投退切换阀排水侧排水管连接到工作密封的退出腔，这样的话就相当于检修密封排水管侧带有一定压力，检修密封投入腔和退出腔之间的压差就会减小，产生的投入方向的推力就会减小，不一定能克服来自密封面的阻力。

为解决这个问题，采取的办法是将检修密封退出腔检修排水阀=01U+MB45-AA702继续接软管打开，让其直接排水，检修密封投退切换阀=01U+MB45-AA003切至投入位，投入腔通压力水。然而检修密封依然没有投入。此时就怀疑新换的检修密封投退切换阀=01U+MB45-AA003仍然不好，存在窜水或其他原因导致压力水压力不足。初步采取的方法是将检修密封投退切换阀=01U+MB45-AA003的退出及排水侧两个口拆开，用堵头堵掉，阀门切至投入位（图纸上位交叉位，见图4），这样就算有窜水也能保证投入腔的压力水压力。

图4 检修密封投退切换阀做措施

但是由于没有合适大小的堵头，只能用小一号的堵头加衬垫堵漏，在阀门切至投入位置之后，由于压力太大，堵头不能可靠工作。此方法只能搁浅。

进一步采取的方法是用水管直接短接检修密封投退切换阀=01U+MB45-AA003。一方面将检修密封投退切换阀=01U+MB45-AA003切至中间位，相当于全闭位置，一方面保留检修密封退出腔检修排水阀=01U+MB45-AA702接软管继续打开，让其直接排水，打开检修密封投入取水阀=01U+MB45-AA001、检修密封投入进水阀=01U+MB45-AA002，在检修密封投入进水阀=01U+MB45-AA001后面直接用水管连接至检修密封投入腔检修排水阀=01U+MB45-AA701处（见图5）。

图5 短接检修密封投退切换阀的方案

此方案实施后，虽然检修密封投退机械指示未发生变化，上位机也没有收到检修密封投入位置信号，但是工作密封排水管窜水的声音明显减小，这是这两天处理工作以来第一次。由此估计检修密封实际已经投入到位，只是投退指示不好而已。利用检修密封锁锭螺栓的特性，在检修密封非投入位置锁定螺栓是投不进去的，我们试投了一次锁定螺栓：可以投入由此基本可以判断检修密封已经投入到位。其后进行尾水管及球阀阀体排水，情况顺利，确定球阀检修密封已投入到位。

3 球阀检修密封问题总结及临时措施

通过整个处理的过程我们发现主要的问题有：1号机球阀检修密封投退机械指示及行程开关不好，不能准确反映密封实际位置，公司决定在合适的时机及时更换球阀检修密封投退指示，换为更灵敏的指示器及行程开关，以便于观察球阀检修密封的实际位置。

1号机球阀工作密封退出腔与球阀阀体密封不好，导致阀体内压力水向球阀工作密封退出腔窜水。而1号机球阀工作密封退出腔连接的工作密封排水管又与1号机球阀检修密封排水管相连，导致压力水窜至1号机球阀检修密封退出腔，造成了1号机球阀检修密封投入不成功。1号机球阀工作密封退出腔窜水缺陷计划结合2014年1号机B级检修时处理，为了不影响1号机球阀检修密封正常投退功能，公司决定做出临时措施将1号机球阀检修密封排水管与1号机球阀工作密封排水管分离开，1号机球阀检修密封排水管单独引入1号机上游侧墙体排水廊道。等待1号机球阀工作密封退出腔窜水缺陷处理后，恢复1号机球阀检修密封现有管路布置。