溧陽抽水蓄能電站進(jìn)水球閥動水關(guān)閉試驗

宋明亮，曹 揚(yáng)，郜 斌，馮 沁

(1.江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇溧陽213334；2.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

0 引 言

進(jìn)水球閥是水輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，當(dāng)機(jī)組或調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障時，進(jìn)水球閥需要在動水條件下緊急關(guān)閉，以防止機(jī)組飛逸，避免事故擴(kuò)大。因此，進(jìn)水球閥在緊急情況下能夠動水關(guān)閉，是水輪發(fā)電機(jī)組安全可靠運行的關(guān)鍵。GB/T 14478—2012《大中型水輪機(jī)進(jìn)水閥門基本技術(shù)條件》中規(guī)定：“機(jī)組在任何運行工況下，進(jìn)水閥門應(yīng)能動水關(guān)閉且不產(chǎn)生有害振動”。動水關(guān)閉球閥瞬間，由于水擊作用，球閥上游壓力會急劇變化，壓力鋼管動應(yīng)力陡增，有爆裂的風(fēng)險；球閥本體和機(jī)組也會產(chǎn)生劇烈振動，影響機(jī)組的安全運行[1]；此外，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼最大壓力上升值及尾水真空度等參數(shù)必須滿足水輪機(jī)調(diào)保計算要求。

溧陽抽水蓄能電站引水系統(tǒng)采用“一洞三機(jī)”布置形式，每臺機(jī)組進(jìn)口均布置有1臺進(jìn)水閥，全廠共6臺，本次試驗對象為6號機(jī)組球閥。進(jìn)水閥主要由上游延伸管、閥體、伸縮節(jié)、接力器、油壓裝置、管路及自動化元件等附件組成。機(jī)組與球閥基本參數(shù)：水輪機(jī)額定出力250 MW、水輪機(jī)額定水頭259 m、水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速300 r/min、水輪機(jī)額定流量110.5 m3/s、球閥進(jìn)出口內(nèi)徑3 050 mm、球閥接力器行程1 919.3 mm、球閥接力器額定工作壓力6.3 MPa、球閥正常關(guān)閉時間51 s。

1 動水關(guān)閉試驗

1.1 必要條件

(1)各系統(tǒng)設(shè)備運行正常，電氣和機(jī)械保護(hù)功能投入并動作正確，電氣過速和機(jī)械過速保護(hù)可靠動作。

(2)開機(jī)前，檢查錐管層球閥閥芯排水閥、球閥閥芯排氣閥、蝸殼排水工作閥、壓力鋼管排水上游側(cè)檢修隔離閥、壓力鋼管排水針閥、壓力鋼管排水下游側(cè)檢修隔離閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。

(3)球閥檢修密封在退出狀態(tài)，球閥操作及控制油管路已加固；試驗前，檢查球閥開關(guān)程序，應(yīng)避免活門未到全關(guān)位置時投入工作密封；避免工作密封未退出時轉(zhuǎn)動活門；球閥旁通閥保持關(guān)閉。

(4)球閥系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)緊急關(guān)閉回路正常。

(5)上庫2號塔8扇閘門、下庫2號閘門及6號機(jī)尾水閘門控制方式在遠(yuǎn)方位置，閘門在全開狀態(tài)。

1.2 試驗項目

主要包括空載動水關(guān)閉球閥試驗、發(fā)電帶50%負(fù)荷動水關(guān)閉球閥試驗和發(fā)電帶100%負(fù)荷動水關(guān)閉球閥試驗，按照負(fù)荷由小到大逐步進(jìn)行。每次動水關(guān)球閥試驗后，都應(yīng)對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，確認(rèn)所有的數(shù)據(jù)在設(shè)計安全的范圍內(nèi)，并對球閥及壓力鋼管進(jìn)行常規(guī)檢查。

1.3 試驗測點布置

試驗前，安裝相關(guān)測點儀器。測試數(shù)據(jù)主要有球閥上下游壓力、尾水進(jìn)出口壓力、球閥水平垂直振動、球閥水平位移、球閥接力器開關(guān)腔壓力、導(dǎo)葉進(jìn)出口壓力等。

1.4 試驗步驟

(1)6號機(jī)組發(fā)電工況帶250 MW負(fù)荷運行，監(jiān)測機(jī)組振動擺度和軸瓦溫度正常后，向調(diào)度申請進(jìn)行球閥動水關(guān)閉試驗。

(2)試驗人員做好錄波準(zhǔn)備，各處監(jiān)測人員對試驗過程中設(shè)備運行情況進(jìn)行監(jiān)視；若發(fā)現(xiàn)異常，則立即上報。

(3)調(diào)度許可試驗后，將調(diào)速器電氣柜控制方式切到SPC手動，導(dǎo)葉開度保持不變。同時，在球閥控制柜上將導(dǎo)葉全關(guān)信號短接。

(4)在機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)中閉鎖球閥異常關(guān)閉保護(hù)。

(5)檢查機(jī)械剎車控制方式切至手動，保持退出狀態(tài)。

(6)球閥控制方式切至手動位置，現(xiàn)地手動關(guān)閉球閥；檢查機(jī)組是否有異常聲響，當(dāng)機(jī)組有功功率小于125 MW時，手動按下緊急事故停機(jī)按鈕，檢查導(dǎo)葉正常關(guān)閉，檢查錄波數(shù)據(jù)完整。

(7)手動復(fù)歸事故停機(jī)信號并隔離機(jī)組，對6號機(jī)組進(jìn)行全面檢查。

2 試驗結(jié)果分析

以發(fā)電帶100%負(fù)荷動水關(guān)閉球閥試驗過程為例。動水關(guān)閉球閥試驗相關(guān)參數(shù)：試驗前負(fù)荷253 MW、最大轉(zhuǎn)速302 r/min(標(biāo)準(zhǔn)要求≤435 r/min)、球閥關(guān)閉時間45 s(標(biāo)準(zhǔn)要求45～55 s)、球閥上游壓力最大值3 324 kPa、接力器開腔壓力最大值7.87 MPa、尾水管進(jìn)口壓力最小值572 kPa(標(biāo)準(zhǔn)要求≥100 kPa)、蝸殼最大壓力3.22 MPa(標(biāo)準(zhǔn)要求≤4.65 MPa)、球閥水平位移最大值1.83 mm(標(biāo)準(zhǔn)要求<4.51 mm)、球閥水平方向振動最大值281 μm、球閥垂直方向振動最大值304 μm、噪音110 dB。試驗時，上庫水位271.8 m，下庫水位7.8 m，毛水頭264.0 m。球閥上下游壓力見圖1。尾水進(jìn)出口壓力見圖2。球閥水平垂直振動見圖3。球閥水平位移見圖4。導(dǎo)葉進(jìn)出口壓力見圖5。

圖1 球閥上下游壓力

圖2 尾水進(jìn)出口壓力

圖3 球閥水平垂直振動

圖4 球閥水平位移

圖5 導(dǎo)葉進(jìn)出口壓力

球閥關(guān)閉時間為45 s，試驗過程中機(jī)組轉(zhuǎn)速上升很小，最高轉(zhuǎn)速302 r/min。由圖1～5可知，在關(guān)球閥過程中，出現(xiàn)了很大的壓力脈動，機(jī)組及球閥產(chǎn)生振動，球閥本體水平方向振動最大值281 μm，垂直方向振動最大值304 μm，機(jī)組和球閥未出現(xiàn)明顯的有害變形或損壞現(xiàn)象，各項壓力指標(biāo)均在安全范圍內(nèi)。球閥水平方向位移最大值為1.83 mm，小于球閥水平方向位移允許值4.51 mm。球閥接力器開關(guān)腔最大壓力7.87 MPa，大于接力器設(shè)計壓力7.5 MPa，但持續(xù)時間很短，影響不大。

球閥開度逐漸減小后，球閥處過流面變窄，過流條件變差，球閥振動逐漸增大，球閥上游側(cè)壓力逐漸增大，球閥下游側(cè)、蝸殼及尾水壓力逐漸減小。當(dāng)負(fù)荷降至125 MW時，導(dǎo)葉快速關(guān)閉，從而出現(xiàn)了水擊現(xiàn)象，導(dǎo)致蝸殼及球閥下游側(cè)壓力快速上升并出現(xiàn)很大的壓力脈動現(xiàn)象，水擊產(chǎn)生的壓力脈動通過活動導(dǎo)葉傳至機(jī)組頂蓋，造成機(jī)組劇烈振動[2]；同時，由于水流被快速截斷，在“反水擊”作用下，尾水進(jìn)出口壓力快速上升；球閥上游側(cè)也出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，球閥上游側(cè)壓力上升并出現(xiàn)壓力脈動，造成球閥產(chǎn)生很大的振動，并出現(xiàn)一定的水平位移。

3 結(jié) 語

從溧陽抽水蓄能電站進(jìn)水球閥動水關(guān)閉試驗結(jié)果可知， 6號機(jī)組球閥動水關(guān)閉試驗指標(biāo)滿足機(jī)組最大轉(zhuǎn)速應(yīng)不大于435 r/min、蝸殼進(jìn)口中心線處的最大壓力值應(yīng)不大于4.65 MPa、尾水管進(jìn)口最小內(nèi)水壓力不小于0.1 MPa的要求，各項數(shù)據(jù)符合《溧陽抽水蓄能電站球閥動水關(guān)閉水力過渡過程計算報告》要求。因此，溧陽抽水蓄能電站6號機(jī)組球閥具備動水關(guān)閉能力，可以確保電站廠房及機(jī)組設(shè)備的安全運行。