抽水蓄能電站主進(jìn)水閥操作時(shí)間異常分析與處理

王煥河，孫 政，徐 帥，田 凡，喬賀宏

（1．湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 黃岡 438600；2.天津水科機(jī)電有限公司，天津 301900）

1 主進(jìn)水閥介紹

湖北白蓮河抽水蓄能電站主進(jìn)水閥為球閥結(jié)構(gòu)，名義直徑3 500 mm，設(shè)計(jì)靜水頭195 m，采用旁通管平壓，設(shè)有一道工作密封和一道檢修密封，通過雙缸雙向油壓接力器傳動油壓力矩，接力器行程2 561 mm，兩側(cè)接力器分別裝配機(jī)械鎖定和液壓鎖定。主進(jìn)水閥作用有三點(diǎn)，一是為水輪發(fā)電機(jī)組檢修提供防轉(zhuǎn)和截?cái)鄟硭踩胧?；二是機(jī)組長時(shí)間停備截?cái)嗌嫌蝸硭?，避免或減少因?qū)~漏水量造成的蠕動和氣蝕破壞；三是為機(jī)組調(diào)相工況提供蝸殼段封水封氣條件，助力轉(zhuǎn)輪壓水、調(diào)相運(yùn)行成功。除此之外，還具有動水緊急關(guān)閉功能，防止突發(fā)事故擴(kuò)大。

圖1 主進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)圖

表1 主進(jìn)水閥參數(shù)

2 故障現(xiàn)象

（1）主進(jìn)水閥開、關(guān)時(shí)間異常

2019年04月23日，執(zhí)行每周重點(diǎn)數(shù)據(jù)及曲線查詢例行工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)1號主進(jìn)水閥開啟時(shí)間為42 s，關(guān)閉時(shí)間為35 s，與正常開、關(guān)時(shí)間差別較大（備注：1號主進(jìn)水閥正常開啟時(shí)間為45～46 s，關(guān)閉時(shí)間為40～41 s）。

（2）接力器活塞桿位置偏差

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主進(jìn)水閥全關(guān)狀態(tài)下兩側(cè)接力器位置不一致，即油缸上部活塞桿外漏部分高度（圖2）存在差別，經(jīng)測量，機(jī)械鎖定側(cè)為223 mm，液壓鎖錠側(cè)為219 mm，兩側(cè)相差4 mm。對比2～4號機(jī)組，兩側(cè)相差0～1 mm。

圖2 接力器活塞桿外露高度

（3）接力器機(jī)械鎖定無法投入

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)接力器機(jī)械鎖定無法投入。拆除機(jī)械鎖定銷，發(fā)現(xiàn)拐臂鎖定孔與閥門本體鎖定孔存在錯(cuò)位，目測約1～2 mm（圖3）。

圖3 銷孔錯(cuò)位照片

3 原因分析

（1）主進(jìn)水閥樞軸變形扭曲

主進(jìn)水閥兩側(cè)接力器行程偏差可能原因?yàn)殚y體樞軸已經(jīng)發(fā)生扭曲，且變形很大，但是出現(xiàn)該情況必須由足夠大的外力對其造成破壞，近段時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)異常情況，況且如果樞軸扭曲必然會使工作密封偏心致封水不嚴(yán)，使樞軸軸套偏磨致樞軸滲水等情況，所以基本排除樞軸變形扭曲原因。

（2）活塞盤防松螺栓斷裂

主進(jìn)水閥接力器活塞桿與活塞盤通過絲扣連接，為防止松動，在兩者底部結(jié)合區(qū)域鉆孔攻絲，裝配鎖定螺栓，如圖4項(xiàng)304，如果該螺栓斷裂卡至活塞盤與下端蓋之間，產(chǎn)生的結(jié)果和故障現(xiàn)象基本吻合。

圖4 活塞盤防松螺栓裝配圖

（3）截流閥閥芯脫落

主進(jìn)水閥接力器無桿腔（開啟腔）供排油管路接口處裝配可調(diào)節(jié)截流閥，閥體結(jié)構(gòu)如圖5，閥芯受油壓方向控制可在閥體內(nèi)滑動控制供油、回油流量，設(shè)計(jì)開口銷（項(xiàng)308）用于限位，防止閥芯脫落滑出。如果機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥閥芯脫落卡塞至活塞盤與下端蓋之間，產(chǎn)生的結(jié)果也和故障現(xiàn)象基本吻合。

圖5 截流閥結(jié)構(gòu)圖

為進(jìn)一步查明原因，對1號～4號主進(jìn)水閥現(xiàn)地開、關(guān)測試，測量主進(jìn)水閥接力器無桿腔在閥門關(guān)閉過程中背壓數(shù)值，如表2。

表2 主進(jìn)水閥無桿腔背壓數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)顯示，1號主進(jìn)水閥關(guān)閉過程中機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔壓力3 MPa，液壓鎖定側(cè)接力器無桿腔壓力6.2 MPa，通過與其他主進(jìn)水閥數(shù)據(jù)對比與分析，基本確認(rèn)1號主進(jìn)水閥機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥不具備調(diào)節(jié)回油流量功能，即主進(jìn)水閥關(guān)閉過程中機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔壓力油流速過快，導(dǎo)致該側(cè)接力器推、拉過快，球閥關(guān)閉、開啟時(shí)間變短。

基于以上原因分析與排查，基本確定故障原因?yàn)闄C(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥故障。

4 處理過程

（1）拆解截流閥

拆除主進(jìn)水閥兩側(cè)接力器無桿腔油管路，檢查兩個(gè)截流閥。其中液壓鎖定側(cè)截流閥情況正常，動作靈活。機(jī)械鎖定側(cè)截流閥閥芯脫落失蹤，可能竄入油缸內(nèi)部。

（2）拆解缸體下端蓋

繼續(xù)對機(jī)械鎖定側(cè)接力器進(jìn)行拆解，利用50 t液壓千斤頂通過承重螺栓將缸體頂起一定高度，發(fā)現(xiàn)閥芯在活塞盤與下端蓋之間，已壓縮變形。

（3）取出損壞閥芯

使用楔子板插入活塞盤與下端蓋之間，調(diào)整間隙后取出變形閥芯，并找到斷裂的開口銷殘?jiān)?/p>

（4）閥芯回裝測試

重新加工新的閥芯進(jìn)行組裝，全部回裝后進(jìn)行主進(jìn)水閥開、關(guān)測試，測試過程未發(fā)現(xiàn)異常情況，測試完成后檢查接力器上部活塞桿外漏部分恢復(fù)到正常高度（215 mm)，機(jī)械鎖定可正常投入。主進(jìn)水閥關(guān)閉時(shí)機(jī)械鎖定側(cè)無桿腔壓力為4.4 MPa，液壓鎖定側(cè)無桿腔壓力為4.6 MPa，與其他主進(jìn)水閥一致。開、關(guān)動作時(shí)間分別為45 s和40 s，恢復(fù)正常。全部數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)，缺陷消除。

5 設(shè)計(jì)優(yōu)化思考

截流閥設(shè)計(jì)不合理。開口銷最大受力點(diǎn)為閥芯限位溝兩點(diǎn)，主進(jìn)水閥開、關(guān)致閥芯反復(fù)撞擊開口銷，易造成金屬損壞。針對設(shè)計(jì)弊端，優(yōu)化閥芯限位，由開口銷限位改為螺紋連接的限位環(huán)限位（圖6），優(yōu)化后的限位環(huán)受力均勻，安全可靠性大大提升。

圖6 優(yōu)化后的截流閥

6 結(jié)論

本文以蓮蓄電站為例，系統(tǒng)闡述了主進(jìn)水閥開、關(guān)時(shí)間異常缺陷分析思路及處理過程，并對故障成因進(jìn)行實(shí)質(zhì)剖析和制定改進(jìn)措施。從設(shè)計(jì)、運(yùn)維管理、故障處理等角度，對同行業(yè)借鑒意義較大。