新安江水電站水輪發(fā)電機(jī)組充水方式改進(jìn)

鄧亞新，浦睿詣

(國(guó)網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江 建德　311608)

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新安江水電站水輪發(fā)電機(jī)組充水方式改進(jìn)

鄧亞新，浦睿詣

(國(guó)網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江 建德311608)

新安江水電站旁通閥經(jīng)過了近50年的使用，出現(xiàn)了管路和閥件銹蝕嚴(yán)重、操作不靈的問題，存在重大的安全隱患。介紹了新安江水電站原旁通閥存在的安全隱患，闡述了充水閥的改造方案、快速閘門和油壓?jiǎn)㈤]機(jī)的相應(yīng)變動(dòng)情況，論述了改造后運(yùn)行檢修需要注意的一些事項(xiàng)，最后對(duì)改造后的效果進(jìn)行了總結(jié)。

快速閘門；充水閥；油壓?jiǎn)㈤]機(jī)；旁通閥

新安江水電站是新中國(guó)第一座自行設(shè)計(jì)、自制設(shè)備、自己施工建造的具備多年調(diào)節(jié)功能的大型水電站，裝有9臺(tái)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量662.5 MW。電站共有9個(gè)進(jìn)水口，配置了9扇快速閘門，每扇閘門配置一臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，用于引水發(fā)電系統(tǒng)事故或檢修時(shí)攔擋上游水流，快速閘門按動(dòng)水關(guān)門、靜水啟門的操作條件設(shè)計(jì)。電站自1960年建成至今，一直是華東電網(wǎng)水電站中庫(kù)容最大、調(diào)節(jié)性能最好的骨干水電站，擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)內(nèi)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著十分重要的作用。自1999年電站開始增容改造，總裝機(jī)容量達(dá)到目前的850 MW，增容改造后又對(duì)機(jī)組進(jìn)水口快速閘門及其液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)備完成了更新改造。原水輪發(fā)電機(jī)組充水啟門前的充水平壓設(shè)施采用Φ500型旁通閥方案，由于旁通閥經(jīng)過了近50年的使用，出現(xiàn)了管路和閥件銹蝕嚴(yán)重、操作不靈的問題，存在重大的安全隱患，電站采取了在進(jìn)水口快速閘門的門葉上加設(shè)充水閥來(lái)替代原旁通閥的改造措施。

1　改造必要性分析

新安江水電站原水輪發(fā)電機(jī)組充水啟門前的充水平壓設(shè)施采用Φ500型旁通閥方案，其旁通閥經(jīng)過了近50年的使用，出現(xiàn)了管路和閥件銹蝕嚴(yán)重、操作不靈的問題，具體如下。

(1)金屬部件銹蝕嚴(yán)重。新安江水電站自第一臺(tái)機(jī)組開始發(fā)電至今已有金50年，快速閘門一直是采取旁通管路充水的方式，壩體預(yù)埋的旁通閥管路已銹蝕嚴(yán)重、管壁變薄，整個(gè)閥充水系統(tǒng)已存在嚴(yán)重的安全隱患。

(2)工作環(huán)境差。旁通閥位于71.4高程，高出61高程檢查廊道近十米。工作人員必須通過攀登預(yù)埋在旁通閥豎井混泥土里的金屬梯上下，存在很大的高空墜落安全隱患。

2　充水閥改造

2.1充水閥型式選擇

快速閘門門葉上設(shè)置充水閥的常用型式按結(jié)構(gòu)可分為子門式、蓋板式和柱塞式三類。

(1)子門式充水閥是在門葉上下游方向設(shè)一導(dǎo)水管，在導(dǎo)水管的中部套設(shè)一個(gè)小門槽和一塊閥板，閥板的設(shè)計(jì)原則與一般閘門一樣，需要設(shè)置主、側(cè)滑動(dòng)支承以及止水密封，小門上設(shè)有小吊桿與快速閘門吊桿相連接，并設(shè)置若干導(dǎo)向座來(lái)保持吊桿的正常位置。

(2)蓋板式充水閥是在快速閘門主梁腹板上開孔并設(shè)90°彎管，在彎管頂部用一塊蓋板來(lái)封堵孔口。為避免充水時(shí)蓋板的晃動(dòng)，一般在蓋板上設(shè)置導(dǎo)葉，一方面引導(dǎo)水流，使充水水流平順，一方面作為蓋板的下端支承。蓋板上方設(shè)有吊桿和快速閘門吊耳相連接，并設(shè)有導(dǎo)向裝置來(lái)保持吊桿的正常位置。

(3)柱塞式充水閥與蓋板式充水閥的布置基本相同，只是將彎管頂部的蓋板改為錐形閥體來(lái)封堵孔口。

根據(jù)本項(xiàng)目的具體情況，經(jīng)對(duì)幾種型式的多方面比較認(rèn)為，采用柱塞式充水閥方案應(yīng)是最適合的選擇，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)柱塞式充水閥閥體為錐形結(jié)構(gòu)，使水流的流態(tài)比子門式充水閥和蓋板式充水閥好得多，能有效避免流激振動(dòng)，改善充水閥的工作條件。

(2)柱塞式閥體自重較重，并且密封錐面接近線接觸，使密封面壓強(qiáng)增加，提高密封效果，避免了子門式充水閥密封性差和蓋板式充水閥可能因?qū)虿涣?，密封面壓?qiáng)較小易造成關(guān)閉不嚴(yán)密而漏水的缺點(diǎn)。柱塞式充水閥型式圖見圖1。

圖1　柱塞式充水閥型式圖

(3)柱塞式充水閥僅須在閘門主橫梁上開孔設(shè)彎管，對(duì)原快速閘門的改動(dòng)量比子門式充水閥小。

因此，柱塞式充水閥成了加裝的首選型式。

2.2充水閥通徑選擇

充水閥通徑通常應(yīng)根據(jù)所需的充水量、下游漏水量和要求充滿時(shí)間，以及快速閘門結(jié)構(gòu)布置等綜合考慮確定。根據(jù)快速閘門門葉結(jié)構(gòu)尺寸，充水閥布置在門葉頂主梁上，以便于結(jié)合快速閘門吊耳結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)原設(shè)計(jì)采用Φ500 mm旁通閥的通徑，理論上充水閥通徑應(yīng)盡量與原設(shè)計(jì)相一致。但是，由于門葉主橫梁高度僅為663 mm，主梁腹板高度為611 mm，充水閥設(shè)計(jì)還需考慮其必要的安裝布置空間，因此充水閥的最大通徑不宜超過350 mm。對(duì)旁通閥和充水閥有效通流面積進(jìn)行計(jì)算。

旁通閥有效通流面積計(jì)算：

=179 050(mm2)

式中S1——有效通流面積；D1——閥板直徑；b——閥板最大厚度。

充水閥有效通流面積計(jì)算：

式中S2——單個(gè)充水閥有效通流面積；D2——充水閥直徑；n——充水閥個(gè)數(shù)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，加設(shè)兩個(gè)φ350 mm充水閥可滿足原旁通閥的通流量。

2.3充水閥布置

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定充水閥改造方案：兩個(gè)充水閥沿快速閘門孔口中心線左右對(duì)稱布置門葉頂主梁以上，每個(gè)充水閥閥體中心線與孔口中心線的距離為0.5 m，閥芯的提閥連桿與拉桿箱上的懸臂梁連接，拉桿箱與快速閘門吊耳連接(見圖2)。

圖2　充水閥改造方案

加設(shè)充水閥后，快速閘門吊點(diǎn)軸中心線至門葉底緣的高度約10 220 mm(充水閥為全開狀態(tài)，含120 mm的充水行程)，比原來(lái)增高約1 520 mm。拉桿由兩節(jié)組成，節(jié)間用銷軸連接，總長(zhǎng)度為12 260 mm，比原來(lái)減少約1 500 mm，正好可取消原短拉桿。原設(shè)計(jì)快速閘門平時(shí)由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)持住，停放在孔口上方1.5 m處，加設(shè)充水閥后，在保證液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作行程9.7 m不變的情況下，扣除充水行程120 mm后，快速閘門停放在孔口上方1.38 m處。加設(shè)充水閥后，快速閘門重量增加約1.5 t，閘門的啟閉力及設(shè)備安裝、檢修的吊裝重量基本不變，啟閉機(jī)容量可保持不變。

2.4快速閘門配套改造

對(duì)原快速閘門門葉的上部結(jié)構(gòu)和拉桿須進(jìn)行局部整改：原快速閘門吊耳拆除，重新根據(jù)充水閥的通徑布置吊耳結(jié)構(gòu)；在頂主梁以上距孔口中心線0.5 m處，左右對(duì)稱布置兩個(gè)充水閥，在頂主梁腹板上開直徑為φ350 mm的孔，并焊接一段φ350 mm的彎管，彎管一直升至閘門頂部，在頂部設(shè)有充水閥閥芯導(dǎo)向座；閘門吊耳板從頂主梁一直向上延伸約1.78 m，并形成一個(gè)箱型結(jié)構(gòu)，在箱型結(jié)構(gòu)的四周安裝有導(dǎo)向限位塊，作為充水閥拉桿箱升降時(shí)的導(dǎo)向；由于閘門吊耳尺寸改變，拆除原來(lái)與閘門吊耳連接的短拉桿，重新制作為能安裝充水閥的拉桿箱，并使拉桿箱上的吊軸與閘門吊耳孔相匹配，拉桿的總長(zhǎng)度12 260 mm不變，按兩節(jié)拉桿的連接要求，改制拉桿的結(jié)構(gòu)型式。

2.5油壓?jiǎn)㈤]機(jī)配套改造

加裝充水閥后，快速閘門的開啟過程需要改變，以適應(yīng)通過工作門充水閥給引水干管充水平壓提門。

改裝充水閥后油壓?jiǎn)㈤]機(jī)分兩段動(dòng)作：第一段需要通過油壓?jiǎn)㈤]機(jī)將充水閥提起，提起行程120 mm，由位置結(jié)點(diǎn)控制啟閉機(jī)停止；第二段為引水干管充滿水后，得到平水信號(hào)后啟閉機(jī)再次啟動(dòng)將快速閘門提起至全開。針對(duì)油壓?jiǎn)㈤]機(jī)的動(dòng)作需要，自動(dòng)化部分需要加裝一個(gè)表達(dá)充水閥全開的位置結(jié)點(diǎn)，整個(gè)提門控制程序需要添加提充水閥的程序并調(diào)整好相應(yīng)的定值。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)機(jī)械部分不需要做任何改動(dòng)。

3　改造后的效果

(1)提高機(jī)組充水效率。原機(jī)組平水提門需開旁通閥充水，改造后通過充水閥充水，分兩次統(tǒng)計(jì)9號(hào)機(jī)改造前、后機(jī)組充水時(shí)間，計(jì)算平均充水時(shí)間見表2。由表2可知，改造后機(jī)組平均充水時(shí)間較改造前減少5.75 min，充水效率得到了提高，也提升了操作人員工作效率。

表2　9號(hào)機(jī)改造前后機(jī)組充水時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

(2)降低檢修工作量。改造后，取消了原旁通閥，由于原旁通閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺陷較多，而新加裝的充水閥結(jié)構(gòu)相較簡(jiǎn)單，改造前后檢修耗費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)由56 h減少到24 h，工作人員的檢修工作量得到了降低。

(3)快速閘門啟閉完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。改造后，快速工作閘門實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，壓力鋼管的充水以及達(dá)到平水后提門的整個(gè)過程都由LCU自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，使得電廠的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，使電廠“無(wú)人值班”(少人值守)的運(yùn)行模式得以不斷深化。

4　結(jié)語(yǔ)

自新安江水電站9號(hào)機(jī)快速閘門加裝充水閥改造于2010年10月完成以來(lái)，又相繼完成剩余機(jī)組中7臺(tái)機(jī)組充水方式的改造，均取得了相同的改造效果。充水閥的成功改造，消除了原旁通閥平水提門存在的安全隱患，為廠房和機(jī)組的安全運(yùn)行提供了保障。

目前，國(guó)內(nèi)仍有許多老電站采用旁通管路充水的方式進(jìn)行平水提快速閘門，由于旁通閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管路大多預(yù)埋在大壩混凝土基礎(chǔ)中，經(jīng)多年運(yùn)行，金屬部件銹蝕破損嚴(yán)重。如對(duì)整個(gè)旁通管路系統(tǒng)進(jìn)行改造，難度非常大，并且耗時(shí)耗力。新安江水電站水輪發(fā)電機(jī)組充水方式改進(jìn)的成功，為這些電站提供了另外一種改造思路，推廣應(yīng)用前景良好。

(本文編輯：趙艷粉)

Water Filling Method Improvement for Hydro-generator Set in Xin′anjiang Hydropower Station

DENG Ya-xin, PU Rui-yi

(Xin′ anjiang Hydropower Plant, Xinyuan Hydropower Co., Ltd., Jiande 311608, China)

After nearly 50 years of use, the bypass valve in Xin′anjiang Hydropower Station has some problems, such as the serious piping and valves corrosion, and faulty operation, leading to great hidden dangers. Ths paper introduces these hidden dangers existing in the bypass valve, expounds the retrofit scheme of water filling valve, as well as the corresponding changes of fast gate and hydraulic hoist. It also discusses some concerns for operation maintenance after the modification, and finally summarizes the modification effects.

fast gate; water filling valve; hydraulic hoist; bypass valve

10.11973/dlyny201604018

鄧亞新(1981)，男，工程師，從事水電站水輪發(fā)電機(jī)組檢修與運(yùn)維管理工作。

TV734；TM312

A

2095-1256(2016)04-0489-03

2016-03-22