水电机组技术供水四通阀新技术推广及应用

程麒安，杨 甜

（1.海河水利委员会引滦工程管理局，河北 唐山 063000；2.海河流域北海海域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，天津 300000）

1 概述

潘家口水库坝后式电站水电机组于1981 年并网发电，技术供水系统采用单元自流供水方式，主水源为坝前取水，备用水源为钢管取水，通过滤水器过滤后为发电机组的空气冷却器、推力冷却器、导轴承冷却器供水。本次改造对所有技术供水管路阀门等进行更新改造，主要内容之一是对原技术供水的4个电磁阀进行更新改造，采用四通阀新技术完成水电机组技术供水功能。

2 四通阀新技术应用

2.1 原技术供水运行方式

原技术供水方式为：电磁阀10DP、12DP、11DP、13DP 通过直流220 V 控制动作，采用1.0 MPa压力油系统操作液压阀12Y3、12Y4、12Y5、12Y6 的启闭完成冷却器的正反供水操作。正向供水时12Y5 常开，12Y4、12Y6 关闭，12Y3 提起正向供水；反向供水时12Y4 先提起，12Y5、12Y3 关闭，再操作12Y6 完成反向供水。技术供水系统改造前后对比，如图1 所示。

图1 技术供水系统改造前后

原技术供水系统为1981 年建成投入运行，历经多年运行后设备设施存在不同程度老化，管路锈蚀严重，实际运行时12Y3 出现过阀杆与阀体脱落事件，无法提供技术供水，影响水电机组正常发电；由于液压阀较多且每个液压阀通过电磁阀控制，夏季环境潮湿，存在直流绝缘低的安全隐患；采用油压操作，厂房空间占用较大；正反供水操作复杂，容易出现误操作，造成冷却器憋压事故。

2.2 四通阀技术供水运行方式

四通阀由四通球阀、阀门电动装置和电控设备组成，阀门结构如图2 所示。阀门电动装置在电控设备的控制下，驱动四通阀芯转动，阀芯每旋转90°操作机构自动停止，供水方式正、反向切换一次，防止长期单向供水引起管路冷却器的堵塞而造成的冷却效率降低和影响水电机组正常运行。

图2 阀门结构示意（正、反供水方式）

2.3 四通阀结构特点

（1）体积小巧，操作方便。以1 个四通阀代替原有的4 个电磁阀，减少了工作中可能发生故障的概率，同时减少了阀门、管道等工作设备数量和设备占地空间。阀门和管道安装、操作方便、省时。

（2）减少流速损耗，提高效率。四通阀内的球体和阀体的连接管道截面相等且球体通道采用圆弧连接，其流阻系数远比原有的4个电磁阀小，介质通过球体时流体阻力小，因此该阀为节能产品。其核心部分采用球阀结构，体积小，使用寿命长，结构简单，维护检修方便[1]。

（3）阀体密封性能好。该阀的密封采用具有一定弹性变形和高强度的对位聚苯和金属的硬密封结构，耐磨性好；同时，采用密封自补偿系统，密封面磨损后不锈钢弹簧会将密封面推向阀芯，以产生足够的密封力，使其密封达到零泄漏和免维护。

（4）换向可靠性高。球阀结构因其自有结构特点，在启闭过程中有擦拭性，因此在正常工况下不会被堵塞或卡死。即使在水体的洁净度比较差的工况下也能保证阀门正常工作，这是它的突出特性[2]。

（5）节省投资。使用该阀可以减少工程的一次性投资，阀体及控制部分总投资约30万元，如采用4个电磁阀及压力油系统大约75万元。同时，减少了设备的维修保养费用，减轻了操作人员的劳动强度。年度运行费用大大减少，可以降低技术供水系统全生命周期成本。

2.4 四通阀安装技术要求

（1）设备及管路安装。由于技术供水系统滤水器、阀门、管路等大部分位于大坝廊道内，拆除、安装空间狭小，相互施工干扰较大，因此应充分勘察现场，制定合理的运输方案。

（2）通电调试。四通阀电控机构采用交流220 V供电，各项电气装置的安装应遵守《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》（GB50254-2014）的规定。完成四通阀安装后，应对整个技术供水系统的控制逻辑进行梳理，开展系统联调工作。

（3）第三方检测。四通阀及管路安装涉及焊接、设备管路密封性及强度检测，应委托第三方具备探伤资质的公司对改造后所有焊接面进行无损探伤，并出具探伤报告。

（4）竣工验收。技术供水系统安装完毕后，应按相关规定进行检查、试验和验收，做到各系统运行正常、各项参数满足设计要求和设备无有害震动和不良噪声。

（5）设备维护。设备及管路、管件按规定进行清扫、除锈、防腐及涂漆。特别是活动部件应定期试验，避免发卡生锈。

3 四通阀的操作及注意事项

3.1 阀门操作机构参数和操作准备

（1）操作机构有手动操作、电机自动控制操作和遥控操作3 种操作方式。其中，电机自动控制操作采用TET阀门电动装置，主要参数如下：QT40-1型，电机功率90 W，额定电压380 V，额定电流0.8 A，输出转矩400 N·m，输出转速1 r/min，防护等级IP67。

（2）阀门操作机构的操作准备应注意以下3 个方面：①操作机构安装完成后首次投电运行时，必须确认电机的转动方向是否正确，若不正确可能对操作机构造成损坏。为此，先转动手轮，将阀门运行至“开-关”中间位置，然后进行开或关的操作，以检查电机自动控制操作时阀门的转动方向是否正确，若阀门转动方向与上述的正确方向相反，应立即停止操作，并应再次检查接线。②“关”向限位开关的设定。电机电源相序正确后，拉动“手-电动”切换手柄至手动位置，顺时针转动手轮，使阀门至全关位置。利用“L”形扳手，松动下部凸轮上的螺钉，调整凸轮，使之与下部的微动开关接触（刚好听到咔嗒声），然后紧固螺钉。接通电源，按下“开”向按钮，反方向运行某个角度，然后再向“关”方向运行，以检查阀门“关”方向限位是否准确。重复几次达到要求为止。③“开”向限位开关的设定。拉动“手-电动”切换手柄至手动位置后，逆时针转动手轮，使阀门至全开位置。利用“L”形扳手，松动上部凸轮上的螺钉，调整凸轮，使之与上部的微动开关接触（刚好听到咔嗒声），然后紧固螺钉。接通电源，按下“关”向按钮，反方向运行即向“开”方向运行，以检查阀门“开”方向限位是否准确。重复几次达到要求为止。

3.2 阀门操作试验

（1）阀体检查。严格检查阀杆密封，确定填料是否安装适当、填料压盖螺栓是否处于初期位置。检查后，阀体应处于良好的工作状态，并随时可以操作。

（2）阀体转动。通过“开—关”或“关—开”循环操作进行观察，若没发现明显的问题，则在检查密封性能和操作性能的同时就可进行带压试验。

（3）电动阀门操作。接通电源前，先手动将闸板开启10°～20°。接通电源后，观查电动机的转向是否与开、关指示方向一致，各指示灯按钮、行程控制机构、转矩限制机构等是否正常。

（4）带压试验。阀体检查一切正常后，开展阀体整体带压试验，检查阀体带压运行情况，确保阀体带压后密封良好、操作灵活。

（5）投入正常运行。四通阀试验正常后切换到正向供水位置，切断电源，正式投入运行。

3.3 阀门操作方式

根据四通阀介质流向原理，只需操作扳手或电机自动控制操作机构将阀芯转动90°即可同时对2种流向进行切换，方便迅速实现一阀多用的效果。

（1）正常运行选用电机自动控制，此方式为首选运行方式。

（2）手动操作转动时间长，一般在电动出现故障情况下应用。

（3）遥控操作采用遥控方式直接控制电机，此种方式不建议使用，以防止误操作。

3.4 注意事项

四通阀阀体既是一种运动件又是一种磨损件，要求在正常运行状态下阀门连续使用寿命不小于5 a[3]。

（1）手自切换。由于操作机构安装高度较高，手自切换开关离地面大约1.5 m，建议操作时使用梯子，不要站在管路上操作，确保操作人员安全。

（2）切断电源。操作机构电源平时从配电箱断开，避免机构误动。

（3）阀门由于长期保持在某个位置不动，其可操作性在某种程度上会下降，要定期检查和维修。阀门承压部件和固定装配连接处的承压密封要经常检查并确认完好。阀门螺纹、轴承或齿轮等工作交界面应定期润滑。阀体尽量在1个月左右转动1次，防止接触面长时间受力，同时检测操作机构的灵活性及供电的可靠性。

4 运行效果

四通阀更新后，技术供水系统由于采用电动操作提高了工作效率，节省了人力资源，同时设备体积减小，减少了占用空间。通过开机试验，技术供水水量大小可以满足水电机组运行要求。

4.1 操作便捷性

改造前，4 个阀门分别进行操作费时费力，容易出现人为失误。改造后，使用四通阀的技术供水系统在后期运行与维护过程中操作流程及步骤得到简化，操作人员工作量得到降低。

4.2 运行稳定性

改造前，技术供水系统设备较多，经过长时间运行，故障率明显增大。改造后，技术供水系统设备数量减少，便于运行维护和管理，设备安全运行能力得到改善。

4.3 运行维护经济性

改造前，4 个电磁阀及压力油系统等年运行维护费用约3万元。改造后，采用四通阀及操作机构，节省了阀门数量，取消了压力油系统，日常操作机构检修、运行费用每年约0.3 万元，大大减少了日常运行维护费用，年度节省费用约2.7 万元，使设备全生命周期成本降低。

5 结语

在大型水利发电工程建设及管理中，技术供水系统是整个辅机系统中的重要组成部分，对保障水电机组运行安全意义重大。潘家口水库坝后式电站水电机组于1981 年并网发电，当时设计技术供水采用4 个电磁阀、1.0 MPa 油压操作系统，操作复杂，故障率较高。本次对技术供水系统进行更新，采用新型的四通阀完成技术供水正反向操作，满足了水电机组运行要求。今后，应注重对水电机组设备操作和维护人员的专业技能培训，使相关人员熟知技术供水系统的工作原理及特点，审慎操作闸阀启闭，了解风险点及应急措施，防范操作失误及突发风险，保障设备安全运行。