水電站水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)探索

余冬++羅云川++王斌++李洋

[摘 ?要]云南某水電站進(jìn)行了機(jī)組進(jìn)水蝶閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)，本文著重介紹試驗(yàn)的過(guò)程、數(shù)據(jù)結(jié)論、注意事項(xiàng)等內(nèi)容;在試驗(yàn)方法尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可作參考。

[關(guān)鍵詞]進(jìn)水蝶閥;動(dòng)水關(guān)閉;水輪發(fā)電機(jī)組

中圖分類號(hào)：TN994.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）28-0001-02

一 概述

云南省某水電站裝設(shè)三臺(tái)單機(jī)容量28MW的混流式立式水輪發(fā)電機(jī)組，2000年三臺(tái)機(jī)組全部并網(wǎng)投入商業(yè)運(yùn)行。至今，三臺(tái)機(jī)組均已安全穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)14年。為驗(yàn)證電站安全運(yùn)行的能力，進(jìn)行了1號(hào)機(jī)組進(jìn)水蝶閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)。

二 試驗(yàn)?zāi)康慕榻B

水電站機(jī)組進(jìn)水主閥是水電廠事故保護(hù)重要設(shè)備之一，其設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量的好壞將直接影響電廠安全運(yùn)行的可靠程度。根據(jù)規(guī)范GB/T 14478-2012《大中型水輪機(jī)進(jìn)水閥門基本技術(shù)條件》要求，當(dāng)電站水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生導(dǎo)葉及調(diào)速系統(tǒng)失靈、損壞（如水輪機(jī)控制環(huán)卡死、接力器爆缸、油壓裝置主供油管路破裂、主配壓閥拒動(dòng)）等緊急情況，進(jìn)水主閥應(yīng)能夠安全快速關(guān)閉并切斷水流，保障機(jī)組安全停機(jī)、防止事故擴(kuò)大;即應(yīng)具備主閥動(dòng)水關(guān)閉能力。為驗(yàn)證這種能力特開(kāi)展機(jī)組進(jìn)水主閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)。

三 蝶閥動(dòng)水關(guān)閉過(guò)程簡(jiǎn)介

模擬事故場(chǎng)景：電站1號(hào)機(jī)組帶預(yù)定負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)機(jī)組在調(diào)整負(fù)荷過(guò)程中主接力器關(guān)腔壓力油管爆裂，接力器關(guān)腔失壓，調(diào)速器無(wú)法正常控制導(dǎo)葉，導(dǎo)葉在水推力作用下緩慢開(kāi)啟，機(jī)組有功緩慢增加超過(guò)額定負(fù)荷，機(jī)組處于失控狀態(tài)。

此時(shí)需要對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行動(dòng)水關(guān)閉蝶閥操作，保障機(jī)組安全停機(jī)，主要操作流程如下：

1.搶險(xiǎn)人員迅速到達(dá)機(jī)組LCU及蝶閥現(xiàn)地控制柜。

2.由搶險(xiǎn)指揮下令操作現(xiàn)地LCU“關(guān)主閥”按鈕，試驗(yàn)機(jī)組蝶閥開(kāi)始關(guān)閉。

3.在進(jìn)水蝶閥關(guān)閉過(guò)程中，由于主閥逐漸隔斷水流機(jī)組有功功率隨過(guò)機(jī)流量的減小而減小，操作人員觀察機(jī)組有功下降情況，待機(jī)組有功功率接近0MW時(shí)，由搶險(xiǎn)人員按機(jī)組LCU“緊急停機(jī)”按鈕，機(jī)組與電網(wǎng)解列，機(jī)組進(jìn)入緊急停機(jī)流程。

4.蝶閥動(dòng)水關(guān)閉并非正常運(yùn)行工況，在蝶閥活門關(guān)閉過(guò)程中可能出現(xiàn)壓力鋼管破裂、蝶閥漏水、振動(dòng)異常等安全隱患，搶險(xiǎn)人員應(yīng)做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

四 試驗(yàn)過(guò)程

（一）試驗(yàn)基本條件及前期準(zhǔn)備

1.收集整理進(jìn)水主閥說(shuō)明書(shū)、運(yùn)行規(guī)程、二次接線圖紙、調(diào)速器機(jī)械液壓圖紙等。召開(kāi)試驗(yàn)方案討論會(huì)確定試驗(yàn)基本方式及要求;編制試驗(yàn)方案，并進(jìn)行審批。

2.確認(rèn)試驗(yàn)機(jī)組及蝶閥本體及附件、液壓裝置、蝶閥控制柜等無(wú)明顯故障或缺陷，具備開(kāi)機(jī)及并網(wǎng)條件。試驗(yàn)機(jī)組須完成甩負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)程及設(shè)計(jì)要求。

3.所有參與試驗(yàn)人員應(yīng)對(duì)試驗(yàn)性質(zhì)及有可能產(chǎn)生的后果應(yīng)有足夠認(rèn)識(shí)，從思想上高度重視此次試驗(yàn)，須針對(duì)此次主閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)做好事故應(yīng)急預(yù)案。

（二）試驗(yàn)設(shè)備安裝

試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)包括：蝶閥開(kāi)度、蝶閥閥前水壓;導(dǎo)葉開(kāi)度;機(jī)組有功功率;蝶閥接力器下腔油壓;閥體振動(dòng);閥前鋼管振動(dòng);閥頂軸向位移;閥體基墩軸向位移;閥前鋼管、閥體及閥體支腿應(yīng)力;蝶閥旁噪聲;測(cè)點(diǎn)布置詳見(jiàn)圖一。

（三）靜水試驗(yàn)

在進(jìn)行蝶閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)前，應(yīng)進(jìn)行靜水試驗(yàn)，其目的是驗(yàn)證蝶閥靜水啟閉相關(guān)參數(shù)及機(jī)組緊急停機(jī)回路傳動(dòng)的可靠性。

1.蝶閥靜水試驗(yàn)

緊急停機(jī)回路蝶閥傳動(dòng)試驗(yàn)及導(dǎo)葉傳動(dòng)試驗(yàn)蝶閥及導(dǎo)葉動(dòng)作滿足運(yùn)行要求。

2.進(jìn)水口事故閘門靜水動(dòng)作試驗(yàn)

為避免出現(xiàn)事故時(shí)，事故閘門能夠快速落下，在靜水情況下進(jìn)行進(jìn)水口事故閘門的動(dòng)作試驗(yàn)。

（1）電廠主廠房三臺(tái)機(jī)組處于“停機(jī)”態(tài)。

（2）三臺(tái)機(jī)組進(jìn)水蝶閥 “關(guān)閉”。

（3）大壩進(jìn)水口操作人員按照水工操作要求，落進(jìn)水口事故檢修閘門，用秒表記錄關(guān)閉時(shí)間，觀察閘門關(guān)閉情況。

（4）試驗(yàn)完成后將事故閘門提起，恢復(fù)為“開(kāi)啟”狀態(tài)，閘門開(kāi)度置于11米位置。

（四）蝶閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)

所有靜水試驗(yàn)全部完成且設(shè)備正常后才能進(jìn)行動(dòng)水試驗(yàn)。試驗(yàn)期間2、3號(hào)機(jī)組始終處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

1.空轉(zhuǎn)下進(jìn)水蝶閥動(dòng)水關(guān)閉

（1）所有電氣設(shè)備工作正常，所有保護(hù)投入正常，機(jī)組滿足開(kāi)機(jī)條件。

（2）運(yùn)維人員將調(diào)速器置“手動(dòng)”運(yùn)行態(tài)，勵(lì)磁系統(tǒng)置“自動(dòng)”運(yùn)行態(tài)，蝶閥處于“遠(yuǎn)方”運(yùn)行態(tài)。

（3）遠(yuǎn)控室運(yùn)維人員按照運(yùn)行規(guī)程要求，將1號(hào)機(jī)組開(kāi)機(jī)至“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)，機(jī)組運(yùn)行無(wú)異常。

（4）開(kāi)啟數(shù)據(jù)錄播裝置，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（5）由試驗(yàn)總指揮下令，運(yùn)維人員操作1號(hào)機(jī)組“關(guān)閥”按鈕關(guān)閉蝶閥。

（6）機(jī)組轉(zhuǎn)速隨閥門關(guān)閉而逐漸下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低至20%Ne時(shí)投風(fēng)閘，機(jī)組制動(dòng)。

（7）運(yùn)行人員手動(dòng)操作完成停機(jī)流程。

（8）運(yùn)維人員及試驗(yàn)人員檢查主閥、前后鋼管焊縫、伸縮節(jié)等，確認(rèn)安全后方可進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.50%額定負(fù)荷、100%額定負(fù)荷工況下進(jìn)水蝶閥動(dòng)水關(guān)閉

（1）所有電氣設(shè)備工作正常，所有保護(hù)投入正常，機(jī)組滿足開(kāi)機(jī)條件。

（2）運(yùn)維人員將調(diào)速器置“自動(dòng)”運(yùn)行態(tài)，勵(lì)磁系統(tǒng)置“自動(dòng)”運(yùn)行態(tài)，蝶閥處于“遠(yuǎn)方”運(yùn)行態(tài)

（3）中控室運(yùn)維人員按照運(yùn)行規(guī)程要求，開(kāi)機(jī)至“空載”狀態(tài)，機(jī)組運(yùn)行無(wú)異常。

（4）中控室運(yùn)維人員向調(diào)度申請(qǐng)50%額定負(fù)荷動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)，機(jī)組“并網(wǎng)”，有功至14.3MW。

（5）開(kāi)啟數(shù)據(jù)錄播裝置，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（6）由試驗(yàn)總指揮下令試驗(yàn)人員操作LCU“關(guān)閥”按鈕關(guān)閉蝶閥。

（7）觀察蝶閥鎖定裝置、密封裝置、旁通閥、閥門活門動(dòng)作情況，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（8）觀察蝶閥關(guān)閉情況，待機(jī)組有功接近0MW，由試驗(yàn)人員操作LCU“分”發(fā)電機(jī)出口斷路器 ，機(jī)組與電網(wǎng)解列。

（9）試驗(yàn)人員手動(dòng)操作，跳滅磁開(kāi)關(guān)，將機(jī)組由“空載態(tài)”轉(zhuǎn)入“空轉(zhuǎn)態(tài)”。

（10）機(jī)組轉(zhuǎn)速隨閥門關(guān)閉而逐漸下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低至20%Ne時(shí)投風(fēng)閘，機(jī)組制動(dòng)。

（11）試驗(yàn)人員手動(dòng)操作完成停機(jī)流程。

（12） 運(yùn)維人員及試驗(yàn)人員檢查主閥、前后鋼管焊縫、伸縮節(jié)等，確認(rèn)安全后方可進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

（13） 100%額定負(fù)荷下的動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)流程與50%額定負(fù)荷工況時(shí)相同。

五 試驗(yàn)結(jié)論

（一）進(jìn)水蝶閥靜水開(kāi)啟時(shí)間為106s，靜水關(guān)閉時(shí)間為89s，各工況下蝶閥動(dòng)水關(guān)閉時(shí)間要快于靜水下關(guān)閉時(shí)間;各工況下動(dòng)水關(guān)閉主閥閥前鋼管水壓上升率最大值為0.6MPa，滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算中水壓上升不大于0.85MPa的要求。

（二）各工況下動(dòng)水關(guān)閉蝶閥，蝶閥接力器下腔最大油壓9.898MPa，小于接力器極其管路所能承受的最大油壓20 MPa，滿足安全運(yùn)行的要求。

（三）從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，蝶閥動(dòng)水關(guān)閉在接近全關(guān)時(shí)軸向位移明顯變化，其位移值與靜水關(guān)閉時(shí)差異不大，最大值403？m小于1mm，軸向位移對(duì)蝶閥、壓力鋼管及蝶閥基礎(chǔ)未造成破環(huán)性影響;

（四）各工況下動(dòng)水關(guān)閉蝶閥，閥前壓力鋼管及閥體軸向應(yīng)力在19°至22°時(shí)較大，最大值為9.0MPa，滿足最大應(yīng)力不超過(guò)極限應(yīng)力120MPa的要求;從現(xiàn)場(chǎng)檢查情況來(lái)看，經(jīng)動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)后進(jìn)水蝶閥閥體無(wú)明顯損傷，蝶閥基礎(chǔ)無(wú)損傷、壓力鋼管末端焊縫無(wú)明顯異常。

（五）各工況下動(dòng)水關(guān)閉蝶閥，閥前壓力鋼管及閥體振動(dòng)值在閥門關(guān)至35°至15°時(shí)相對(duì)較大，最大振動(dòng)值為519？m小于2mm，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間約12s至15s，滿足安全運(yùn)行要求。

（六）在滿負(fù)荷下蝶閥動(dòng)水關(guān)閉過(guò)程中最大噪聲為110dB，無(wú)明顯異常。

（七）試驗(yàn)?zāi)M了當(dāng)導(dǎo)葉無(wú)法正常動(dòng)作時(shí)，通過(guò)動(dòng)水關(guān)蝶閥截?cái)嗨鲗?shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)，試驗(yàn)過(guò)程表明蝶閥具備動(dòng)水關(guān)閉的能力，對(duì)機(jī)組能起到保護(hù)作用;此次試驗(yàn)可以作為事故處理參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2] DL/T 1068-2007 《水輪機(jī)進(jìn)水液動(dòng)蝶閥選用、試驗(yàn)及驗(yàn)收導(dǎo)則》