瀑布沟水电站清水系统改造

周 霖，陈勇旭，武 彬

(国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川汉源610041)

瀑布沟水电站是大渡河干流水电梯级开发第17个梯级电站，以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程。电站装机总容量3 600 MW，采用6台单机容量600 MW的混流式水轮发电机组，清水系统清水池在坝后824.5 m高程处，水源取至机组进水口，取水泵的启停通过清水池液位仪控制，水厂清水池设置有启泵、启备用泵、停泵3个水位控制点。当厂房用水时，由于清水系统管路管线较长、压力较大容易造成系统压力波动产生较大的水锤，使管路振动增大，造成减压阀后端管路法兰断裂，危及厂房设备安全稳定运行。

1 清水系统介绍

为了确保水轮机、空压机等设备高效率、无故障运行，必须在冷却器、密封内外始终保持源源不断的无任何腐蚀颗粒清洁水，以便给冷却器密封环提供冷却和润滑。清洁过滤水将减少冷却器、密封和轴套过早磨损，瀑布沟水电站设置了清水系统，确保较大的颗粒和杂质能够得到有效滤除。

瀑布沟清水系统主要担负着厂房机组主轴密封、空压机、冷却用水，以及消防用水和生活用水，共设置有4趟管路，其中两趟管路作为消防水系统专用，另两趟管路供空压机、机组主轴密封及生活用水用。

其中机组消防供水管路的正常压力为0.4～0.6 MPa，管路公称压力1.6 MPa;主变消防供水管路的正常压力为 0.4～0.6 MPa，管路公称压力1.6 MPa;主轴密封冷却水正常水压为0.2～0.4 MPa，管路公称压力1.0 MPa;空压机冷却水正常水压为0.2～0.4 MPa管路公称压力1.0 MPa。

瀑布沟发电机层高程为677.5 m，主轴密封冷却水系统布置在水轮机层，安装高程为662.5 m，清水池布置在坝后824.5 m，落差高达162 m，远大于各管路系统公称压力。因此，该系统应设置减压阀系统。

瀑布沟清水系统减压阀系统布置在瀑布沟地下厂房上支洞，安装高程为692 m，4趟管路分别设置了1个减压阀进行减压。

2 清水系统改造前状况

2.1 大渡河泥沙含量情况

2.1.1 天然河流泥沙含量

多年年平均含沙量0.832 kg/m3

多年汛期平均含沙量1.21 kg/m3

悬移质泥沙中莫氏硬度≥5的硬矿物含量33.0%～72.0%

其中，粒径大＞0.05，莫氏硬度≥5的硬矿物含量占总沙量50.2%。

图1 清水系统改造前示意图

2.1.2 水库运行10 a的引水含沙量

多年年平均含沙量 0.111 kg/m3

多年汛期平均含沙量 0.182 kg/m3

其中，粒径＞0.01，莫氏硬度≥5的硬矿物含量占总沙量2.52%。

2.1.3 水库运行20 a的引水含沙量

多年年平均含沙量 0.112 kg/m3

多年汛期平均含沙量 0.183 kg/m3

其中，粒径≥0.01的汛期含沙量沙量0.0137 kg/m3。

表1 泥沙粒级配表

2.2 清水系统运行现状

由于瀑布沟清水系统设计为一级减压阀模式，因此要求该减压阀减压比必须较大才能满足要求，但现场安装的减压阀减压比较小，调节范围小，不满足运行使用要求;虽然该减压阀最低调节压力可达到0.4 MPa，但由于该趟管路系统长期压力波动产生的水锤致使该减压阀长期处于恶劣工况下运行，导致了该减压阀运行工作不稳定;同时，该减压阀后端未设计安装泄压阀，当减压阀定值漂移后，后端管路供水压力增大后无法安全泄压;加之管路后端无柔性连接且减压阀后端管路及附件按1.0 MPa压力等级设计，当减压阀定值漂移后，清水管路压力过高(达1.4 MPa)极易造成法兰破裂。如此恶性循环，致使管路减压功能几乎完全失效，管路法兰多次破裂，严重影响厂房设备安全稳定运行。

3 清水系统改造内容

3.1 改造内容

基于以上因素，我厂对清水系统进行了以下改造:

1)上支洞阀门井清洁水管路分别增设一级减压阀，压力等级为2.5 MPa。

2)上支洞阀门井清洁水管路 Y型过滤器由1.6 MPa压力等级更换为2.5 MPa压力等级。

3)消防水管与清洁水管路之间增设一趟联络管，并设联络阀。

4)上支洞口阀门井消防和清洁水管路分别增设泄压管路，安装DN100、DN150泄压阀及球阀。

5)上支洞口阀门井清洁水管减压阀后端分别增设常开检修阀门。

6)二级减压阀后端各增加一个橡胶接头。

3.2 阀门选型

针对泄压阀、减压阀选型提出了以下要求:

1)可调节开关速度，能有效防止水锤及降噪功能，阀室的设计应能可靠地防止汽蚀的发生、杂物的附着。

2)不管厂房用水流量如何变化，减压阀通过一级减压将阀后压力减小为0.45～0.55 MPa。减压阀应能长期安全可靠地运行，出口压力可根据需要方便调整。

图2 清水系统改造后示意图

3)减压阀、泄压阀密封应可靠，减压阀的弹簧、橡胶膜片、橡胶密封圈的使用寿命应在10万h以上;静态密封试验，在规定的时间内，减压阀不得有渗漏;进行动态试验时，阀后出口压力表的升压值在采用软密封结构时应为0。

4)减压阀应调节灵敏，位置定位准确，无卡阻、异常振动及压力波动现象，减压阀之间能连续调整，不得有卡阻和异常振动。

5)减压阀前后各配备一块防震压力表，表阀前应设置有手动阀门。

6)减压阀在稳定流动状态下，当其出口流量一定、进口压力变化时，出口压力偏差值≤5%。

7)减压阀在稳定流动状态下，当进口压力一定时出口流量从该工况下最大流量的20%～100%，变化时，出口压力负偏差值不得超过10%，减压阀的阀后压力应小于阀前压力的0.5倍。减压阀进口压力的波动应控制在进口压力给定值的80%～105%。减压阀应设有节流装置，在相对较大的压力损失情况下，有较宽的流量范围。

8)泄压阀应能具有准确的压力控制和止回功能，能够快速开启;能将管路系统中＞0.7 MPa的压力泄掉，并可维持主阀上游压力在一定范围内，保证系统压力。

4 清水系统改造后情况

4.1 泄压阀工作原理

图3 泄压阀工作原理图

泄压阀由水力操作，通过先导阀控制，保持上游的关闭压力;动作时通过先导阀的控制，快速开启以保持管路压力，关闭时动作速度较慢，以防止管道形成波浪，实现阀门自动操作，压力设定只需调整先导阀上螺栓，顺时针调整，设定的释放压力则升高，反之则降低。

图4 管理稳压装置

当进口压力升高时，先导阀阀瓣向上打开，增加泄压阀主阀开度泄流，确保管路系统压力稳定。当进口压力降低后，先导阀阀瓣向下关闭，进而关闭主阀。

4.2 减压阀工作原理

图5 减压阀工作原理

该减压阀能自动减小进口压力至设定值，不会因上游的压力变化或上游压力的状况而影响下游压力。设定减压阀定值时，当顺时针旋转先导阀上螺栓时，出口压力逐渐增加，当逆时针旋转螺栓时，出口压力逐渐减小。

图6 进口压力控制装置

当出口压力超过设定值时，先导阀主阀闭，进而减小主阀开度，确保出口压力稳定;当出口压力减小时，先导阀阀瓣向下打开，进而增加主阀开度。止回阀的作用是当出口压力大于进口压力时，上游压力进入主阀上部控制腔，关闭主阀。

4.3 管线过滤装置

主阀水平安装在管线上，主管线的进水口安装Y型过滤器，可确保管线中大颗粒杂物不能进入主阀，但水流中的细小泥沙、悬浮物及金属离子等进入主阀，会造成减压阀、泄压阀主阀控制管路及针阀产生堵塞，造成主阀失灵，因此控制管路处安装有一套丝状过滤膜，防止细小杂物进入，同时在主阀入口处安装有一主以备两趟控制导管，确保减压阀、泄压阀运行稳定性。

4.4 清水系统管路改造后优点

4.4.1 压力稳定

管路系统设置了两级减压阀，且该减压阀减压比较高、调节范围增大，可达到所需的压力，确保厂房用水压力稳定。

4.4.2 运行平稳

该减压阀运行中无噪音、无振动、无压力漂移、无卡阻现象，且切换功能操作简单、稳定性好、使用寿命长。

4.4.3 可靠性高

由于该减压阀装有压力反馈功能，从而保证了出口压力不超限，从而保护了阀后设备的安全;同时，管路设计安装了泄压阀，可有效避免后端管路供水压力增大后安全泄压，确保清水系统管路压力稳定。

4.4.4 安全性高

管路后端增加了柔性连接且减压阀后端管路及附件按2.5 MPa压力等级设计，可有效避免减压阀定值漂移后，极易造成法兰破裂及设备损坏。且阀门流面采用特殊结构和材料，可减压阀、泄压阀不会产生气蚀、磨蚀和堵塞现象。

4.4.5 运行维护方便

对出厂调试好的减压阀、泄压阀，安装完毕后直接充水即可投入使用，平时无需调整。

［1］中华人民共和国公安部.GB50016—2006建筑设计防火规范［S］.北京:中华人民共和国公安部，2006.

［2］陆培文.实用阀门设计手册［S］.北京:机械工业出版社，2004.

［3］中国电器工业协会电站辅机分会.电站常用阀门手册［S］.北京:中国电力出版社，2000.