構(gòu)皮灘發(fā)電廠技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥改造應(yīng)用
陳育紅   構(gòu)皮灘發(fā)電廠

摘要：減壓閥的性能，直接影響機(jī)組技術(shù)供水的品質(zhì)，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文針對(duì)以色列膜片差壓式減壓閥和ZJY46H-40CDN500型減壓閥在構(gòu)皮灘發(fā)電廠運(yùn)用的實(shí)際情況，對(duì)兩種類型減壓閥的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，說明ZJY46H型減壓閥在高水頭電站運(yùn)用是可行的。

1、概述：

構(gòu)皮灘發(fā)電廠位于烏江干流中游，是烏江干流開發(fā)的第7個(gè)梯級(jí)電站，控制流域面積43250km2，多年平均徑流量222億m3。本工程開發(fā)的主要任務(wù)是發(fā)電，兼顧航運(yùn)、防洪及其他綜合利用；水庫(kù)總庫(kù)容64.51億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容29.02億m3，死庫(kù)容26.62億m3，正常蓄水位630m；電站裝機(jī)5×600MW，多年平均發(fā)電量96.82億kW?h。是烏江流域單臺(tái)容量、總裝機(jī)容量大及超高電壓等級(jí)的特大型水電站，也是中國(guó)華電集團(tuán)公司在建及投產(chǎn)的大水力發(fā)電廠。2009年工程通過首臺(tái)機(jī)組（#5機(jī)）啟動(dòng)階段質(zhì)量監(jiān)督和啟動(dòng)階段單位工程驗(yàn)收及啟動(dòng)試運(yùn)行驗(yàn)收后于2009年7月31日投入運(yùn)行，2009年底實(shí)現(xiàn)五投。

2、電站相關(guān)參數(shù)：

3、機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.1機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)（如下圖一所示）設(shè)計(jì)采用技術(shù)供水水源機(jī)組（小機(jī)）集中供水和單機(jī)單元自流減壓供水的混合供水方式，其中一路是采用5臺(tái)水源機(jī)組發(fā)電減壓后的尾水集中匯流至匯流母管，從匯流母管上分別引出5路供水作為600MW機(jī)組的技術(shù)供水主用水源，另一路采用600MW機(jī)組鋼管取水通過自流減壓后作為600MW機(jī)組的技術(shù)供水備用水源。

3.2機(jī)組備用技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥更改原因

由于技術(shù)供水水源機(jī)組尚在安裝施工，未形成技術(shù)供水系統(tǒng)的相互備用，600MW機(jī)組的技術(shù)供水采用單機(jī)單元自流減壓供水方式單回路運(yùn)行（目前600MW機(jī)組的主用技術(shù)供水）。單機(jī)單元自流減壓供水安裝兩臺(tái)以色列多若特管理控制閥門有限公司隔膜式減壓閥，采用兩級(jí)減壓閥減壓的方式供機(jī)組使用，其中：一級(jí)減壓閥額定壓力為4.0MPa，二級(jí)減壓閥額定壓力為2.5MPa。減壓閥的調(diào)整壓力為一級(jí)減壓閥后壓力為0.9～1.0MPa，二級(jí)減壓閥后壓力為0.5～0.6MPa。因備用技術(shù)供水系統(tǒng)以色列多若特減壓閥存在失效等隱患，為考慮機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，除對(duì)以色列多若特減壓閥進(jìn)行必要的加固反措外，在#10F水源機(jī)組段安裝了ZJY46H-40C型自流減壓系統(tǒng)減壓閥，作為600MW機(jī)組的備用供水水源，并將600MW#1、#5機(jī)組以色列多若特減壓閥更換為ZJY46H-40C型自流減壓系統(tǒng)減壓閥。

4、減壓閥應(yīng)用簡(jiǎn)介與分析

4.1以色列多若特差壓式減壓閥：

2010年6月12日上午巡視檢查發(fā)現(xiàn)#5機(jī)組技術(shù)供水二級(jí)減壓閥后端水壓為1.0MPa，空冷器及各部軸承供水水壓為0.8MPa（正常運(yùn)行水壓為0.2～0.6MPa），運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整空冷器及各部軸承供水閥開度，將空冷器及各部軸承供水水壓調(diào)整為0.6MPa，并通知檢修人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)系#5機(jī)組備用技術(shù)供水一、二級(jí)減壓閥壓力無法調(diào)整。6月12日晚至13日低谷停機(jī)檢查分析后確認(rèn)#5機(jī)組減壓閥已經(jīng)失效，6月14日解體檢查兩級(jí)減壓閥，發(fā)現(xiàn)一級(jí)減壓閥閥桿斷裂，閥座脫出，閥芯卡在閥體內(nèi)；二級(jí)減壓閥閥桿斷裂，且閥桿、閥芯已沖走，減壓閥下隔離盤中心孔下游側(cè)偏磨嚴(yán)重，閥門內(nèi)部嚴(yán)重破損。6月15日被迫申請(qǐng)停機(jī)進(jìn)行處理，6月27日23時(shí)分更換#5機(jī)組技術(shù)供水減壓閥（中基ZJY46H-40CDN500型減壓閥）恢復(fù)5#機(jī)組技術(shù)供水，8點(diǎn)08分#5機(jī)復(fù)備交調(diào)度恢復(fù)運(yùn)行。2010年8月11日23時(shí)，對(duì)#4機(jī)組備用技術(shù)供水系統(tǒng)二級(jí)減壓閥進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥座固定螺栓有1顆脫落，2顆螺栓松動(dòng)。

差壓式減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖

4.2減壓閥損壞原因分析，通過對(duì)機(jī)組運(yùn)行方式和運(yùn)行工況和損壞的以色列減壓閥部件分析：

4.2.1過流面形狀復(fù)雜,從而當(dāng)高速水流通過時(shí)產(chǎn)生紊流。如圖二所示:圖中P1為進(jìn)口壓力、P2為出口壓力。進(jìn)口高壓水流沖擊閥盤，由于閥盤上形狀復(fù)雜，導(dǎo)致流態(tài)的紊亂。

4.2.2導(dǎo)向爪與閥座的間隙太大（總間隙1mm）。因此，當(dāng)紊流產(chǎn)生時(shí)形成導(dǎo)向爪與閥座之間的相互撞擊。由于導(dǎo)向爪為銅材質(zhì)、閥座為不銹鋼材質(zhì)，工作時(shí)間一長(zhǎng)，在導(dǎo)向爪上形成撞擊痕跡。如圖三所示

4.2.3終，因機(jī)組開停機(jī)或流量變化時(shí)，導(dǎo)向爪上形成痕跡卡在閥座上，在縱向受力的工況下，導(dǎo)致導(dǎo)向爪、閥桿的彎曲或斷裂。如圖四所示。#5、#4機(jī)減壓閥解體檢查看，閥座不銹鋼圈螺栓存在松動(dòng)、脫落隱患，隔膜碟鎖固螺栓也無安全鎖定措施等，致使減壓閥在使用過程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.3以色列減壓閥反措：

4.3.1將減壓閥導(dǎo)向爪由銅質(zhì)材料更換為不銹鋼材料（以色列新閥已實(shí)施）。

4.3.2在減壓閥閥蓋上加裝導(dǎo)向桿，便于在運(yùn)行中觀察減壓閥的開啟和關(guān)閉情況（以色列新閥已實(shí)施）。

4.3.3采取進(jìn)一步做好防止螺栓、閥座松動(dòng)措施。即先將減壓閥解體，將減壓閥閥座固定螺栓與“L”型鎖定塊采用點(diǎn)焊方式固定，在閥座上部與閥體存在的間隙部分采用環(huán)氧樹脂澆注辦法，對(duì)間隙部位進(jìn)行嚴(yán)密澆注（工地實(shí)施）。進(jìn)行焊接時(shí)，為確保不損壞閥座密封圈，點(diǎn)焊“L”型鎖定塊與固定螺栓時(shí)控制溫度上升過快并做好現(xiàn)場(chǎng)冷卻措施，采取對(duì)稱點(diǎn)焊，并用浸水的石棉布做好相應(yīng)保護(hù)。為確保焊接質(zhì)量滿足要求，派專業(yè)的高級(jí)焊接人員進(jìn)行焊接，并安排專業(yè)技術(shù)人員和以色列廠家服務(wù)人員共同現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)。

4.3.4閥座、隔膜碟等固定螺栓在裝配時(shí)須涂上專用螺紋鎖固膠后預(yù)緊，并將閥桿螺母用鎖定片鎖固在上隔膜碟上。經(jīng)過對(duì)各種減壓閥資料收集和到相關(guān)電廠進(jìn)行考察，選用湘潭中基電站輔機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的ZJY46H-40CDN500的活塞式減壓閥，分別安裝在#1、#5機(jī)組，替代目前用的以色列差壓膜片式減壓閥。

4.4ZJY46H-40C型減壓閥：

減壓閥的自力調(diào)節(jié)工作原理如圖五所示：

P1為減壓閥的進(jìn)口壓力；P2為減壓閥出口壓力；Pt為減壓閥主閥的彈簧壓力；Pk為減壓閥主閥的壓力調(diào)節(jié)腔壓力；Pt′為反饋系統(tǒng)控制閥彈簧壓力；Pk′為反饋系統(tǒng)控制閥壓力調(diào)節(jié)腔壓力；h為減壓閥閥座和節(jié)流錐的開啟高度（相當(dāng)于主閥的過流面積）。

減壓閥正常工況時(shí)，Pt=Pk，在控制閥Pt′=Pk′。此時(shí)、主閥和控制閥的閥座與節(jié)流錐開啟高度h是一個(gè)定值（即過流面積一定過流量一定）。因此，減壓閥出口壓力相對(duì)是一個(gè)低壓值P2。

當(dāng)P1上升時(shí)，減壓閥的P2+ΔP2首先表現(xiàn)為上升，其值通過反饋系統(tǒng)出口管傳到控制閥，使Pt′+ΔPt′，ΔPt′與Pk′的力達(dá)到新的平衡，控制閥h減小；相應(yīng)ΔPk′壓力增大，經(jīng)壓力導(dǎo)管，使主閥的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk壓力達(dá)到新的平衡，主閥h減小、ΔP2值恢復(fù)為原P2值。當(dāng)進(jìn)口壓力P1下降時(shí)，主閥與控制閥的工況則與上述的工況相反。

當(dāng)出口流量Q增大時(shí)，減壓閥的工況相當(dāng)于P1下降時(shí)的工況。當(dāng)出口流量Q減小時(shí)，減壓閥的工況相當(dāng)于P1上升時(shí)的工況。

從減壓閥的過流方式分析：水流沿節(jié)流錐流向出口，有效地減少了紊流現(xiàn)象，有利于P2的穩(wěn)定性和低噪聲。如圖六所示。

從減壓閥的流量特性分析：當(dāng)機(jī)組供水量為2000m3/h時(shí)，減壓閥節(jié)流錐行程H為30mm(大為100mm),只使用了大流量的3/7，滿足電廠單臺(tái)減壓閥供兩臺(tái)機(jī)的要求。在單調(diào)節(jié)5#機(jī)組ZJY46H-40CDN500減壓閥時(shí)，過流量從30%至100%進(jìn)行調(diào)節(jié)（流量變化），P2值變化值為0.50～0.53MPa，誤差0.03MPa，滿足《GB12245-2006減壓閥性能試驗(yàn)方法》誤差不大于10%的要求。

從減壓閥的壓力特性分析：在單調(diào)節(jié)5#機(jī)組減壓閥時(shí)，進(jìn)口壓力為1.60MPa。P2值整定為0.50MPa，手動(dòng)減壓閥后閥門的開度，使進(jìn)口壓力在1.00～1.60MPa變化。P2值變化值為0.5－0.51MPa，誤差0.01MPa。滿足《GB12245-2006減壓閥性能試驗(yàn)方法》誤差不大于5%的要求。ZJY46HCDN500減壓閥的綜合技術(shù)參數(shù)滿足構(gòu)皮灘發(fā)電廠運(yùn)行要求。

5、結(jié)束語

構(gòu)皮灘發(fā)電廠通過對(duì)600MW機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)#1、#5機(jī)組以及#10F水源機(jī)組旁通減壓系統(tǒng)減壓閥進(jìn)行改造后，達(dá)到了以下幾方面效果：

ZJY46H-40CDN500活塞式減壓閥的減壓比滿足我廠160m～200m水頭下，減壓閥后壓力穩(wěn)定為0.5Mpa左右的要求，同時(shí)一級(jí)減壓即可。

消除了構(gòu)皮灘發(fā)電廠原有國(guó)外減壓閥在結(jié)構(gòu)上容易損壞的問題。ZJY46H-40CDN500活塞式減壓閥從結(jié)構(gòu)上看，活塞桿受活塞和支撐筋兩點(diǎn)定位，能保證活塞桿和節(jié)流錐位置在工作中保持垂直上下移動(dòng)，節(jié)流錐不會(huì)與其它部件發(fā)生碰撞，而且沒有橡膠隔膜等容易損壞的部件，并且該減壓閥各零部件結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，具有使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，從而減少了大量的維護(hù)工作量。

ZJY46H-40CDN500活塞式減壓閥能有效地避免了膜片差壓式減壓閥存在的缺陷重復(fù)發(fā)生，閥門在性能的穩(wěn)定性、安全性、使用壽命、防泥沙能力及檢修維護(hù)等方面都具有良好的優(yōu)越性，實(shí)踐證明，構(gòu)皮灘發(fā)電廠機(jī)組自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)的改造是成功的。

電站概況：

構(gòu)皮灘水電站是國(guó)家“十五”計(jì)劃重點(diǎn)工程、是貴州省實(shí)施“西電東送”戰(zhàn)略的標(biāo)志性工程，是貴州省、中國(guó)華電集團(tuán)公司已建成大的水電站。

構(gòu)皮灘水電站位于貴州省余慶縣境內(nèi)，是烏江流域梯級(jí)滾動(dòng)開發(fā)的第五級(jí)，上距烏江渡水電站137千米，下距河口涪陵455千米，控制流域面積43250平方公里，占全流域的49%，壩址多年平均流量717立方米每秒，壩址多年平均徑流量226億立方米。

電站主要任務(wù)是發(fā)電，兼顧航運(yùn)、防洪及其他綜合利用。水庫(kù)總庫(kù)容64.54億立方米，調(diào)節(jié)庫(kù)容29.02億立方米，正常蓄水位630米。地下電站裝機(jī)容量5×600兆瓦，保證出力746.4兆瓦，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量96.82億千瓦時(shí)。

工程重大作用：

構(gòu)皮灘電站是貴州省歷史上大的水電站，總裝機(jī)容量300萬KW，超過長(zhǎng)江上的葛洲壩電站。具有多年水電開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的構(gòu)皮灘電站建設(shè)公司副總工程師雷輝光告訴記者：“這樣大規(guī)模的水電建設(shè)，在過去不引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，是難以想像的。但構(gòu)皮灘電站卻實(shí)現(xiàn)了水電站機(jī)組全部國(guó)產(chǎn)化。”

據(jù)了解，構(gòu)皮灘水電站機(jī)組是我國(guó)通過三峽工程建設(shè)引進(jìn)、吸收國(guó)際先進(jìn)發(fā)電機(jī)設(shè)備制造技術(shù)后，自行設(shè)計(jì)、制造的特大型機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組垂直高度近25層樓高，安裝各種機(jī)械、電氣配件10萬件，重4000t，大的配件———發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪1200t，各種管道40000多m、電纜總數(shù)30000多m，其中1號(hào)—5號(hào)水輪機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)，1號(hào)—3號(hào)發(fā)電機(jī)由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司生產(chǎn)，4號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)由東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)。

電站從2003年11月8日正式開工，到2009年7月31日首臺(tái)機(jī)發(fā)電，建設(shè)時(shí)間之短令國(guó)外同行側(cè)目。雷輝光介紹，在如此短的時(shí)間內(nèi)，用國(guó)產(chǎn)機(jī)組建這樣一座大壩，彰顯的就是中國(guó)力量。

據(jù)了解，貴州省電力總裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬KW，相當(dāng)于兩座三峽電站。屆時(shí)，可形成向廣東輸送5條交流、2條直送電網(wǎng)路。