华东桐柏抽水蓄能电站1号机组球阀密封投退失灵原因分析及处理

胡 栋，龙庆亮，陈 侠

（国网新源控股有限公司电力检修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310052）

华东桐柏抽水蓄能电站1号机组球阀密封投退失灵原因分析及处理

胡 栋，龙庆亮，陈 侠

（国网新源控股有限公司电力检修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310052）

桐柏抽水蓄能电站1号机组于2006年5月正式投入运行，运行近9年之久，目前1号机组进水球阀检修密封及工作密封滑动环经常性投退失灵。本文通过分析球阀运行情况、密封结构及原理，进一步剖析导致密封滑动环投退失灵原因，提出相应解决方案，并运用于实际检修工作中。处理后实际运行情况表明对滑动环投退处理是成功的，对同类电站尤其是进水球阀类似问题处理有一定借鉴意义。

球阀；投退失灵；原因分析；处理

1 前言

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内，属日调节纯抽水蓄能电站，装设有4台300MW机组，主要有发电、发电调相、抽水、抽水调相等4种运行工况，在华东电网区域承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用等任务。

桐柏抽水蓄能电站4台主进水球阀由VATECH HYDRO公司制造，由中国水利水电工程第五工程局安装，球阀公称直径3100mm。依据抽水蓄能电站必要性，要求球阀具有良好的密封效果，开启关闭需稳定、可靠、迅速，且对球阀每天的操作次数也有一定要求。

2 球阀主要组成部分及密封结构简介

2.1 主要组成部分

整个球阀系统由VA TECH HYDRO公司供货，并由其提供安装及检修技术咨询。球阀安装在压力钢管和水泵水轮机蜗壳进口段之间，每台机组设置一个，在发电和水泵工况启动，机组调相、正常停机和事故停机时截断水流作用。球阀系统主要组成部分有主阀部分、驱动部分、旁通管路、伸缩节、锁定部分、支撑部分、操作机构、油压装置、控制设备、自动化元件以及配套部分等。球阀开启和关闭时间可调，采取双接力器操作结构，开启的条件是先收到平压信号。

2.2 密封结构设计

球阀密封主要包括检修密封及工作密封，采用不锈钢面相互接触达到密封效果，属刚性密封，对钢面制造工艺要求极高。

工作密封设在球阀下游侧，包括固定密封环和滑动密封环，为可拆卸式结构，均采用不锈钢材料制造。固定密封环采用不锈钢螺钉把合在活动阀门上，滑动密封环属轴向滑动式刚性密封，设计行程为5mm。滑动密封环外径上有两道环形密封条，内径上有一道环形密封条，与支撑基座面及衬套面形成投退腔，将约3.0MPa压力水通入其中，进行投退操作，其取水口在球阀阀体上，通过一个双滤水器与工作密封相连（4个口）。工作密封有投入、退出指示装置，由于上游侧有检修密封，无需排空压力钢管和拆卸球阀主体，便可对工作密封进行检修和更换。

检修密封设在球阀上游侧，其结构与检修密封类似，也是可拆卸式结构，主要用于无需排空压力钢管和拆卸主体便可以检修和更换工作密封及旁通阀设备。其设计行程为20mm，投退均由水压操作，取水口在延伸段法兰上，并通过一个单滤水器与检修密封相连。检修密封装有自动进排水孔4个及两个排气孔（堵头），装有投入及退出指示装置，另设有6个锁锭，需手动投退。

2.3 设备主要参数

表1 桐柏抽水蓄能电站1号机组球阀基本参数

3 球阀运行情况及密封投退失灵情况简介

桐柏抽水蓄能电站作为华东地区抽水蓄能电站，自投运以来，满足了系统调峰填谷及事故备用的要求，对华东电网的安全可靠运行做出了应有的贡献。

依据电网系统的需要，机组一般白天发电运行夜间抽水运行，平均每天球阀开关次数为3.5次，球阀每次开关均伴随工作密封投退（球阀开启时工作密封退出，球阀关闭时工作密封投入），在球阀A级大修前大致统计1号机组球阀开关次数为10640次。

2012年1月，1号机组C级检修，由于工作需要，需投入球阀上游侧检修密封，但在停役操作过程中发现球阀上游侧检修密封无法正常投入，即检修密封投退出现故障（投退失灵），在随后运行中发现工作密封也出现类似故障。密封不能正常投退，极大程度上影响了机组正常运行，对密封操作油水管路及相关电气装置等方面做出详细检查并分析，发现并无异常，可以考虑密封投退腔可能存在漏水问题，必须对其进行检修处理，后于2014年9月开始的1号机组A级检修工作得到有效处理。

4 密封投退失灵原因分析

4.1 持续性运行时间长，部件老化

从1号机组投入运行至今，已达近9年之久，运行时间长，一是密封滑动环表面锈蚀，二是滑动环外径两道密封条与内径一道密封条老化，导致投退不灵活。

4.2 密封投入腔和退出腔进水孔堵塞

在拆下检修密封及工作密封取水管路后，检查所有进水孔发现内部锈蚀严重且附有锈蚀沉淀物，导致过水通径大程度减小甚至堵塞，可初步判断为投入腔或退出腔固定时间内进水量不够而致推动滑动环水压不足，进水孔堵塞是导致密封滑动环投退失灵的一个因素。

4.3 水中杂质损坏滑动环内外径环形密封条

拆下检修密封及工作密封滑动环后，仔细检修其内外密封条，发现密封条与刚性面相接触的那面，布满深浅不一的划痕。可初步判断经过长时间运行，密封滑动环来回动作多次，当投退腔中沉淀的坚硬细小颗粒夹杂于密封条附近时，由于多次来回摩擦，密封条被损坏，密封效果降低。投退腔密封不严导致推动滑动环动作水压不足，密封滑动环投退失灵。

4.4 密封投入/退出腔各面损坏，相互窜水

4.4.1 工作密封部分

球阀下游侧伸缩节拆卸吊出后，采用专用工具将工作密封衬套拆出（衬套组成工作密封投退腔的一部分），对其表面进行检查（分16弧段进行检查，刮痕位置以弧段编号为标记，下同），具体情况如下：

图1 工作密封衬套横截面示意图（左图为实物横截面图，右图为正视环形示意图，下同）

表2 工作密封衬套检查面刮痕情况 mm

衬套止口处锈蚀较严重，表面部分地方有锈蚀痕迹，刮痕长度一般在1.0～70.0mm范围内，宽度均在0.05～3.50mm范围内，深度0.05～0.20mm或不明显。

球阀本体吊出后，对工作密封支撑基座检查面（1）与检查面（2）进行检查，检查具体情况如下：

图2 工作密封支持基座横截面示意图

表3 工作密封支撑基座检查面（1）刮痕情况 mm

表4 工作密封支撑基座检查面（2）刮痕情况 mm

根据实际检查情况，检查面（2）情况良好，弧段6、7、15有细小刮痕，但深度不明显；检查面（1）弧段1～4、1～10、14～16（以顺时针为准）刮痕较严重，刮痕长度0.10～50.00mm，宽度0.10～3.00mm，深度0.01～2.50mm。

4.4.2 检修密封部分

球阀本体拆卸吊出至安装场间后，拔出8个用于固定检修密封压环内支撑定位销的顶丝后，拆卸8个内支撑定位销，采用专用工具取出检修密封衬套，对其表面进行检查处理，具体情况如下：

图3 检修密封衬套横截面示意图

表5 检修密封衬套检查面刮痕情况 mm

检修衬套表面大部分面积有橙黑色锈蚀痕迹，弧段11刮痕长度在0.50～25.00mm范围内，宽度在0.01～0.08mm范围内，深度不明显，整体情况良好。

拆卸检修密封衬套及滑动环后，对球阀侧检修密封支撑基座检查面（1）与检查面（2）进行检查，具体情况如下：

图4 检修密封支持基座横截面示意图

表6 检修密封支撑基座检查面（1）刮痕情况 mm

表7 检修密封支撑基座检查面（2）刮痕情况 mm

根据实际检查情况发现，检查面（1）情况良好，仅弧段3、13有轻微刮痕；检查面（2）弧段13～4（上半圆，以顺时针方向为准）约有刮痕60处，弧段5～12（下半圆）约有刮痕15处，刮痕长度1.00～80.00mm，宽度0.10～7.00mm，深度0.10～3.50mm，刮痕情况较严重。

依据以上实际检查情况不难发现，工作密封及检修密封投退腔各面均有刮痕，尤其是密封支撑座面刮痕严重，从而导致密封投退腔不能正常保水保压，即密封滑动环投入腔和退出腔相互窜水，压力不够导致密封滑动环投退失灵，而水中杂质是产生刮痕的主因。

5 处理方法

（1）针对滑动环表面锈蚀及密封条老化问题，主要是用木砂纸将表面磨光，用煤油清扫，处理后光洁亮丽，然后更换外径两道密封条与内径一道密封。

（2）对于进水孔内部锈蚀问题是不可避免的，长时间过水必然会导致内部出现锈蚀。主要处理办法是将内部进行除锈，并对其进行清洗，处理完好后均匀涂一层防锈蚀漆，建议在后期运行时定期对其排污处理，保证进水孔的通畅。

（3）关于水中杂质损坏滑动环内外径密封条的问题，也是不可避免的，也是所有抽水蓄能电站的一个通病。直接处理方法是更换新的密封条，但从长久的运行角度考虑，需要从水质方面着手；一般处理方法是在操作水取水管上加装水过滤器，并定期对过滤器进行清洗维护等，此方法并不能完全解决水质问题。如果在成本预算允许的情况下，建议更换操作水的取水源，或前期对取水源进行自然沉淀。

（4）第四个原因，即投入/退出腔各面损坏，导致投退腔相互窜水，是密封滑动环投退失灵的主要因素，也是处理过程中困难最大和技术要求最高的一个环节。

工作密封处理方法：

工作密封衬套表面部分地方有锈蚀痕迹，整体情况良好，只需进行简单处理，主要是用平磨机对其全方位平磨，再用煤油将表现进行彻底清扫，并对止口处做好防腐处理。

考虑到工作密封滑动环支撑基座接触面划痕严重，单靠人工补焊打磨的方法不可取。在实际检修处理中，是拆卸球阀下游侧与工作密封滑动环支撑基座的56个M125连接螺栓，将支撑基座整体运至加工厂加工，刨去了检查面（1）与检查面（2）约5mm的铝青铜面，并换用不锈钢丝补焊5～6mm，再按照标准设计尺寸进行车削，加工后检查各面处理完好，如图5所示。

图5 检查面（1）、（2）加工处理前后对比

检修密封部分：

检修密封衬套表面情况良好，处理方法与工作密封衬套类似。

检修密封支撑基座接触面划痕也较严重，本应进行加工处理。考虑到其与球阀连接一体，总重量达150t，一是不方便运输，二是费用预算问题；主要处理方法是采用专用电钻对检查面（2）各刮痕初步处理，然后采用铝青铜材料补焊并打磨，同时用标准弧形模板分别对16弧形段面进行检测，达到不透光效果，如图6所示。

图6 检查面（2）补焊打磨前中后对比图

检修完成后在球阀试运行阶段，检查密封滑动环投退良好，且所有密封效果良好，检修密封及工作密封滑动环投退失灵问题得到有效处理。

6 预防措施

为避免下次出现同类型问题，需要提前在运维阶段做好预防措施，主要对球阀进行定期检查，详见表8。

表8 球阀运维阶段预控措施

7 结束语

华东桐柏抽水蓄能电站1号机组球阀密封投退失灵情况，通过2014年9月开始的A级检修工作得到了有效处理，经过几个月来的实际运行情况表明，所提出并运用的解决方案是切合实际并有效的，保障了机组的安全稳定运行，对今后同类型电站相似问题的处理有相当大的借鉴意义。

胡 栋（1989—），男，助理工程师，主要研究方向：流体机械，水轮发电机组机械检修。E-mail: dong_hu@sgcc.com.cn

龙庆亮（1967—），男，工程师，主要研究方向：水轮发电机组检修管理。E-mail: qingliang-long@sgcc.com.cn

陈 侠（1980—），男，技师，主要研究方向：水轮发电机组机械检修。E-mail: xia-chen@sgcc.com.cn

The Working Failure Analysis and Treatment of the Sedl of the Inlet Valve in East China Tobai Pumped Storage Power Co.Ltd. Unit 1

HU Dong，LONG Qingliang，CHEN Xia
（Hangzhou Branch of Power Maintenance Company State Grid Xinyuan Co.，Ltd. Hangzhou 310052，China）

East China ToBai Pumped Storage Power Co.Ltd.Unit1 formally put into operation in May 2006，had run for nearly nine years. Currently，the maintenance seal and working seal of the inlet valve in Unit1 always works failure. By analyzing the operation of the inlet valve，the seal structure and the principle,to analyze the reason of working failure. Then we proposed appropriate solutions and applied to practical maintenance work.Several months later，the actual operation after processing proved analysis and treatment is successful. It will certain reference significance for the same kind of power plant,especially for processing similar problems of the inlet valve.

inlet valve；working failure；analysis and treatment