筒形閥在灘坑水電站中的應(yīng)用

吳旭明 陳榮洲

（浙江浙能北海水力發(fā)電有限公司，浙江 麗水 323907）

一、電站概況

灘坑水電站位于浙江省麗水市青田縣境內(nèi)的甌江支流小溪中游河段，距大溪小溪匯合口約26km，距青田縣城西門32km，距溫州市公路里程92km，距離麗水市公路里程107km。電站接近電網(wǎng)負(fù)荷中心，對(duì)外交通便利，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，綜合效益明顯，是甌江流域水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的一座重要骨干電站。

灘坑水電站裝有3臺(tái)200MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，多年平均發(fā)電量10.23億kW?h，保證出力87.75MW，年利用小時(shí)1705h；水庫(kù)正常蓄水位160m，水頭變幅81～127m，具有多年調(diào)節(jié)性能。電站建成后將擔(dān)負(fù)浙江省電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)，同時(shí)兼顧防洪，并具有其他綜合利用效益。

二、筒形閥及其應(yīng)用簡(jiǎn)介

1. 筒形閥性能簡(jiǎn)介

筒形閥是水輪機(jī)的一種進(jìn)水閥門，關(guān)閉時(shí)布置在固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉之間，開(kāi)啟時(shí)提升到座環(huán)與頂蓋所形成的環(huán)形空腔內(nèi)，筒體下端面與座環(huán)和頂蓋流道平齊。為了保證筒形閥平穩(wěn)地開(kāi)啟和關(guān)閉，設(shè)置有同步裝置和失步保護(hù)裝置，由直缸接力器操作，用鏈輪鏈條實(shí)現(xiàn)5個(gè)接力器的同步運(yùn)動(dòng)。

筒形閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、全關(guān)時(shí)密封性能好、全開(kāi)時(shí)不產(chǎn)生水頭損失的優(yōu)點(diǎn)。能起到動(dòng)水關(guān)閉及停機(jī)時(shí)保護(hù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)避免間隙汽蝕和泥沙磨損的作用。

筒形閥閥體的上、下游間隙以及下端面形狀都是在水力試驗(yàn)室的能量臺(tái)上通過(guò)試驗(yàn)確定的，能保證當(dāng)動(dòng)水關(guān)閉時(shí)，在筒體上作用最小拉力。筒形閥在全關(guān)位置時(shí)，由于上、下端的密封布置，使作用在筒體上的水壓力是向下的，具有自密封作用。筒形閥采用直缸接力器操作，較之油馬達(dá)操作，具有油壓設(shè)備較小的優(yōu)點(diǎn)。

筒形閥由筒體、操作機(jī)構(gòu)、同步機(jī)構(gòu)及行程指示裝置三大部分組成。筒形閥機(jī)械液壓系統(tǒng)圖，見(jiàn)圖1。

2.灘坑水電站筒形閥基本數(shù)據(jù)

筒形閥筒體外徑 φ6628mm

筒形閥筒體壁厚 120mm

筒形閥筒體高度 1203mm

筒形閥操作接力器個(gè)數(shù) 5個(gè)

接力器直徑 φ280mm

接力器行程 1128mm

筒形閥開(kāi)啟時(shí)間 約90s

筒形閥關(guān)閉時(shí)間 約60s

圖1 筒形閥機(jī)械液壓系統(tǒng)圖

接力器操作油壓 6.3MPa

筒形閥最大工作水頭 127m

筒形閥承受的最大升壓水頭 160m

筒形閥的最大漏水量（初裝） 10L/s

筒形閥的油壓裝置型號(hào) HYZ-4-6.3/s

電站臺(tái)數(shù) 3臺(tái)

三、灘坑水電站應(yīng)用筒形閥和進(jìn)水口閘門、蝴蝶閥的比較

灘坑水電站發(fā)電廠房為引水式地面廠房，單管單機(jī)，最長(zhǎng)引水系統(tǒng)長(zhǎng)約428m。電站年利用小時(shí)為1705h，擔(dān)任系統(tǒng)峰荷，機(jī)組啟停較頻繁，停機(jī)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

為保護(hù)機(jī)組，在水輪機(jī)前需設(shè)進(jìn)水閥或在進(jìn)水口設(shè)快速事故門。在該水頭段，進(jìn)水閥一般選用蝴蝶閥或筒形閥。該電站擬定三個(gè)方案進(jìn)行比較，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1.方案1：蝴蝶閥+事故閘門

蝴蝶閥技術(shù)相對(duì)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，大量用于200m水頭以下的水輪機(jī)進(jìn)水閥。蝴蝶閥在過(guò)流狀態(tài)存在流阻損失，雙平板蝶閥其流阻系數(shù)一般在0.08～0.1之間，但其引起的水頭損失所造成的電能損失是不容忽視的。根據(jù)目前的水平，蝴蝶閥外漏基本可以做到為零，但對(duì)于大直徑蝴蝶閥，閥體分瓣后，不可避免的存在內(nèi)漏現(xiàn)象。該工程初估蝴蝶閥公稱直徑約為6.2m，大直徑蝴蝶閥制造難度相對(duì)較大，但目前國(guó)內(nèi)已制造并成功投入使用的雙平板蝴蝶閥直徑為5.3m，國(guó)外水電站投入使用的蝴蝶閥最大直徑為8.23m。

2.方案2：筒形閥+事故閘門

筒形閥作為一種置于固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉之間的圓筒式閥門，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不增加廠房尺寸等優(yōu)點(diǎn)。本工程初估筒形閥外徑約為φ6.7m。目前，國(guó)內(nèi)采用筒形閥的電站有：漫灣φ7450mm×1450mm（外徑×高度）、大朝山φ7937mm×1837mm（外徑×高度）、石泉擴(kuò)機(jī)φ5450mm×1500mm（外徑×高度）、小浪底φ8400mm×1710mm（外徑×高度）。該電站水頭屬于中高水頭范圍，作為一種普通水頭的混流式機(jī)組安裝筒形閥，只要工藝設(shè)計(jì)牢固、同步裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確，其性能是可以保證的。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)已投運(yùn)電站筒形閥的實(shí)際調(diào)試、運(yùn)行情況，為保證機(jī)組運(yùn)行的可靠性，在機(jī)組運(yùn)行初期，要求進(jìn)水口事故閘門能在4min內(nèi)關(guān)閉。

表1 進(jìn)水口閘門、蝴蝶閥與筒形閥方案比較 單位：萬(wàn)元

3.方案3：快速閘門+檢修閘門

快速閘門方案布置簡(jiǎn)單，但是由于該電站年利用小時(shí)數(shù)較低，平均停機(jī)時(shí)間約為4560h，而且機(jī)組經(jīng)常運(yùn)行水頭在110m以上。在機(jī)組停機(jī)期間，一般不關(guān)閉快速閘門，相應(yīng)導(dǎo)葉的漏水量十分可觀。

各方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，見(jiàn)表1。

綜合比較，從技術(shù)上看，雖然筒形閥在初期安裝、調(diào)試上可能存在一定難度，但在進(jìn)水口設(shè)置事故閘門后，仍可起到機(jī)組防飛逸的保護(hù)功能，而且運(yùn)行上可避免大量的導(dǎo)葉漏水，節(jié)約運(yùn)行成本。另外從經(jīng)濟(jì)角度，其一次性投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較低。灘坑水電站由于水頭較高及引水系統(tǒng)布置的特點(diǎn)，經(jīng)多次論證后最終選擇采用筒形閥+事故閘門方案。

四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1.筒形閥優(yōu)點(diǎn)

筒形閥在灘坑水電站投運(yùn)以來(lái)，實(shí)際應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1）由于筒形閥具有良好的密封性能，停機(jī)時(shí)關(guān)閉筒形閥可消除導(dǎo)葉前后的壓力差，防止導(dǎo)葉關(guān)閉位置因間隙汽蝕和泥沙磨損對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)造成損壞，從而延長(zhǎng)機(jī)組的大修周期，降低機(jī)組大修成本。

(2）圓筒閥能快速動(dòng)水關(guān)閉（關(guān)閉時(shí)間為60s左右），且緊靠水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口，因而能更快速有效地保護(hù)機(jī)組，減少機(jī)組的飛逸持續(xù)時(shí)間，防止事故擴(kuò)大。

(3）關(guān)閉時(shí)漏水量小，僅為10L/s，是不裝筒形閥機(jī)組導(dǎo)葉漏水量的2%左右，從而可減少電能損失。

2.存在的問(wèn)題

但與此同時(shí)，應(yīng)用過(guò)程中也存在如下問(wèn)題。

(1）1＃機(jī)筒形閥在運(yùn)行初期達(dá)不到全開(kāi)位置的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，需工作人員現(xiàn)場(chǎng)處理，影響了機(jī)組正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)筒形閥筒體的檢查，筒體發(fā)生了偏移，是初期安裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)所致。經(jīng)重新調(diào)整更正，卡機(jī)現(xiàn)象基本不再發(fā)生。后來(lái)，其他兩臺(tái)機(jī)組吸取1＃機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，未再發(fā)生卡機(jī)和100%開(kāi)度位置問(wèn)題。

(2）水電機(jī)組在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰及事故備用，必須充分發(fā)揮其開(kāi)停機(jī)頻繁、并網(wǎng)速度快的優(yōu)越性。而灘坑水電站開(kāi)停機(jī)流程設(shè)計(jì)為機(jī)組備用時(shí)關(guān)閉筒形閥，使機(jī)組開(kāi)機(jī)并網(wǎng)超過(guò)3min，未充分發(fā)揮水電機(jī)組啟動(dòng)速度快、運(yùn)行靈活的優(yōu)點(diǎn)。

五、結(jié) 語(yǔ)

灘坑水電站是浙江省第一個(gè)采用筒形閥的水電站，3臺(tái)200MW水輪發(fā)電機(jī)組分別于2008年8月16日、2009年2月12日、2009年7月10日投產(chǎn)發(fā)電。目前，灘坑水電站的筒形閥總體運(yùn)行良好，2009年7月7日3＃機(jī)筒形閥成功進(jìn)行了動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)。因目前水庫(kù)水位偏低還未達(dá)到正常蓄水位，筒形閥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)將繼續(xù)接受運(yùn)行檢驗(yàn)。但筒形閥在灘坑水電站中的嘗試應(yīng)用，為筒形閥在水電站的更廣泛使用提供了值得借鑒的理論和實(shí)踐依據(jù)。

【1】張利民.水輪機(jī)筒形閥綜述.東方電機(jī),1992(1):l8-28.

【2】王承勇,劉安國(guó).光照水電站裝設(shè)筒形閥分析.貴州水力發(fā)電,2004,10(1).

【3】林洪德,張利民.水輪機(jī)筒形閥的發(fā)展趨勢(shì).東方電機(jī),2004(2):21-26.