清远抽水蓄能电站3号球阀主配压阀内漏研究

李晓亮，赵溢丰

（南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司，广东 广州 511400）

0 引言

广东清远抽水蓄能电站（以下简称“清蓄”）位于广东省清远市清新区太平镇境内， 处于珠江三角洲西北部，直线距广州75 km, 距清远市32 km, 是一座日调节的纯抽水蓄能电站。厂内安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机一发电电动机机组，单机容量（发电工况）320 MW, 总装机容量1 280 MW。输水系统采用一管四机方案， 每台机组蜗壳进口前设置一台进水球阀。

球阀操作水系统主配压阀为日本东芝外购设备，主配压阀控制侧在弹簧和油压的作用下控制阀芯移动，主配压阀操作侧通过切换压力水进入球阀接力器的开启腔或关闭腔，操作球阀的开启和关闭。2017至今停机状态清蓄3号球阀主配压阀操作侧有较大窜水声。球阀主配压阀参数见表1，现场位置见图1。

表1 清蓄球阀主配压阀参数

1 设备结构介绍

清蓄主配压阀由控制侧和操作侧两部分组成（如图1所示），主配内漏主要发生在操作侧，来自球阀上游的压力水经过主配操作侧切换，分别接通接力器的开启腔或关闭腔，主配内部通过阀芯11带动阀芯下轴套9上下动作，切换控制水路，实现球阀启闭功能（如图2所示）。

图1 主配外观示意图

维护人员在现场检修时，拆开该漏油处检查发现，安全隔离阀进口与管路法兰连接处采用O型橡胶材料进行密封（如图2所示），而通过进一步检查发现该O型密封圈表面未见明显刮痕、破损等缺陷，但整个密封圈已完全受压变形、硬化，失去弹性，密封处于失效状态。

图2 主配内部结构示意图

2 缺陷处理过程

（1）2017年2月，检修主配期间发现以下问题：

1）主配压阀弹簧导杆19顶部的内六角螺栓B06、垫片B07松动、全开锁锭螺母23松动后向下移动；

2）上层铜套7与阀体之间的密封圈压缩量不足。

本次检修紧固内六角螺栓B06、垫片B07、全开锁锭螺母23，保持全开锁锭螺母23紧贴垫片B07，无松动迹象。将阀芯下轴套9和底层铜套4的金属密封面用研磨沙进行研磨，测量上层铜套7和阀体之间的密封槽深度为5.5 mm，较设计深度大了0.5 mm，而设计密封圈为5.7 mm，因此密封压缩量不足，本次检修更换为6 mm的O型密封圈。

处理后，球阀开启时间稳定在44 s，关闭时间稳定在76 s，符合要求。

（2）2017年8月，清蓄机械人员拆卸了3号球阀主配压阀进行检查，发现问题如下：

1）上铜套压环8变形，在吊出阀芯11时，发现上铜套压环8与阀芯11存在卡塞现象，需用液压千斤顶将其顶出阀体。

2）主配供水法兰金属缠绕密封垫损坏，检查主配阀芯及铜套时发现，铜套上多处有金属缠绕密封垫的金属丝，见图5、图6。

图3 锁锭螺母23和缸盖22位置图

图4 锁锭螺母23和缸盖22检修前后位置对比

图5 铜套部件上的金属丝

图6 主配供水法兰金属缠绕密封垫

经检查发现主配压阀进水管路与阀体连接法兰处，金属缠绕垫片已损坏，垫片的金属丝随压力水进入主配内部。经与东芝水电确认，此密封垫并非由东芝水电提供，清理干净后换用东芝水电提供的密封垫。缺陷处理后，球阀启闭时间符合要求（开启时间46 s，关闭时间76 s）。由于主配压阀上铜套压环8没有备件，将变形的压环回装，缺陷并未消除。

（3）2018年8月检修期间，计划更换3号球阀主配压阀上铜套压环8过程中，发现以下问题：

1）将上铜套压环8及阀芯11吊出阀体时，由于压环变形，仍然需要使用液压千斤顶将其顶出阀体。此情况和2017年8月3号机组临时检修时一致。

2）同样因为上铜套压环8变形，其卡死在阀芯11上难以拆卸，需要使用铜锤不断敲击使其脱出阀芯。

3）阀芯11、阀芯下轴套9、中层铜套6及底层铜套4的各个金属密封面均有多处磨损，见图8、图9。

图7 密封面位置示意图

图8 底层铜套4金属密封面

图9 中层铜套6上金属密封面

本次检修用阀芯下轴套9的金属密封面对底层铜套4备件的金属密封面进行研磨，并将阀芯11、阀芯下轴套9、中层铜套6密封面的磨损及缺口用细砂纸打磨平整。之后更换上铜套压环8及底层铜套4备件。缺陷处理后，球阀启闭时间符合要求（开启时间46 s，关闭时间76 s）。但阀芯11、阀芯下轴套9、中层铜套6暂无备件，3号球阀主配压阀窜水声音仍然存在，缺陷仍未消除。

3 缺陷原因分析

经分析，有以下三个原因：

（1）全开锁定螺母23松动后贴合缸盖22，在主配全关位置阀芯动作不到位，导致阀芯下轴套9和底层铜套4之间有间隙，引起主配内漏。

（2）主配供水法兰金属缠绕密封垫损坏，金属缠绕丝随压力水进入主配内部，卡在主配全关位置阀芯下轴套9和底层铜套4之间密封面A，导致主配在全关位置内漏。同时由于金属缠绕丝较多卡塞在主配内部，主配长期动作过程中阀芯11和上铜套压环8之间产生憋劲，阀芯11材质比上铜套压环8较硬，导致上铜套压环8变形。

（3）上铜套压环8存在变形，在球阀开关时，使阀芯的上下移动偏离轴向运动，导致阀芯及铜套上的金属密封面不仅不能完全紧密贴合接触，还会相互碰撞摩擦，阀芯11、底层铜套4、中层铜套6、上铜套压环8和阀芯下轴套9金属密封面上出现较多的磨损和缺口，密封性能下降引起主配内漏。

4 检修维护策略制定

4.1 缺陷风险评估

主配压阀内漏缺陷进一步扩大可能会导致风险如下：

（1）球阀开启过程：阀芯11带动阀芯下轴套9向上动作，通往接力器开启腔的压力水，上端从阀芯11和上铜套压环8之间的的密封面渗漏，下端从阀芯下轴套9和中层铜套6之间的密封面渗漏，通往接力器开启腔的压力水损失较多，接力器开启腔压力下降，导致接力器动力不足，可能存在球阀开启时间变长的风险。详见图10。

（2）球阀关闭过程：阀芯11带动阀芯下轴套9向下动作，通往接力器关闭腔的压力水，上端从阀芯11和中层铜套6之间的的密封面渗漏，下端从阀芯下轴套9和底层铜套4之间的密封面渗漏，通往接力器关闭腔的压力水损失较多，接力器关闭腔压力下降，导致接力器关闭动力不足，可能存在球阀关闭时间变长的风险。详见图11。

清蓄3号球阀主配自2017年8月内漏至今，3号球阀启闭时间正常没有变长趋势，目前3号球阀通过调节流量调节阀，可调节的启闭时间范围为30～80 s，可调节裕度较大，若缺陷扩大，球阀启闭时间变长，可调节流量调节阀恢复球阀正常的启闭时间。另外，通过压力录波仪，确认目前3号球阀动作过程，接力器动作正常启闭腔压力平稳，对比其他机组3号球阀接力器启闭腔压力亦无下降趋势。（录波情况详见图12、图13）

综上所述，3号球阀主配内漏缺陷暂无恶化趋势，风险可控。

图10 底层铜套4金属密封面

图11 底层铜套4金属密封面

图12 3号球阀关闭过程接力器启闭腔压力脉动

图13 4号球阀关闭过程接力器启闭腔压力脉动

4.2 检修维护策略

根据以上分析，特制定以下检修维护策略：

（1）机械每周巡检定期检查1号～4号球阀全关状态，主配锁定螺母23是否松动，如有松动及时紧固，保持全开锁锭螺母23紧贴垫片B07。

（2）机械on-call人员每周统计3号球阀启闭时间（目前3号球阀开启时间46 s，关闭时间80 s）。

（3）通过压力录波仪，每月对3号球阀开启和关闭状态，接力器启闭腔的压力脉动情况进行录波，并与其他机组录波情况进行对比分析。

（4）每年机组检修期间，检查1号～4号球阀主配压阀供水法兰密封垫是否损坏，如有损伤及时更换。

（5）尽快采购主配压阀备品（或阀内部件）。目前杭州东芝针对主配压阀阀内备件报价为85万元，价格偏高，经济合理性较差。已尝试联系国内类似产品生产厂家，计划定制主配阀芯11、底层铜套4、阀芯下轴套9、下层铜套5、中层铜套6、上层铜套7、上铜套压环8的备件。若国产化定制可行，将尝试国产化主配备件，节约检修维护成本，在机组检修时尽快择机更换。

4.3 应急处置

若3号主配内漏缺陷扩大，导致3号球阀启闭时间变长，应急处置措施如下：

（1）调节3号球阀开启腔流量调节阀开度，通过控制开启腔排水的速度，调节球阀关闭时间；调节3号球阀关闭腔流量调节阀开度，通过控制关闭腔排水的速度，调节球阀开启时间。3号球阀启闭时间采用全淹没组合分配式气体灭火系统，虽然其造价比水灭火系统高，但是其对被保护设备无损害且灭火效果较好，对电厂造成的经济损失小，具有广阔的推广应用价值。