構皮灘發(fā)電廠技術供水系統(tǒng)減壓閥改造應用
陳育紅   構皮灘發(fā)電廠

摘要：減壓閥的性能，直接影響機組技術供水的品質，影響機組的安全穩(wěn)定運行，本文針對以色列膜片差壓式減壓閥和ZJY46H-40CDN500型減壓閥在構皮灘發(fā)電廠運用的實際情況，對兩種類型減壓閥的優(yōu)缺點進行對比分析，說明ZJY46H型減壓閥在高水頭電站運用是可行的。

1、概述：

構皮灘發(fā)電廠位于烏江干流中游，是烏江干流開發(fā)的第7個梯級電站，控制流域面積43250km2，多年平均徑流量222億m3。本工程開發(fā)的主要任務是發(fā)電，兼顧航運、防洪及其他綜合利用；水庫總庫容64.51億m3，調節(jié)庫容29.02億m3，死庫容26.62億m3，正常蓄水位630m；電站裝機5×600MW，多年平均發(fā)電量96.82億kW?h。是烏江流域單臺容量、總裝機容量大及超高電壓等級的特大型水電站，也是中國華電集團公司在建及投產(chǎn)的大水力發(fā)電廠。2009年工程通過首臺機組（#5機）啟動階段質量監(jiān)督和啟動階段單位工程驗收及啟動試運行驗收后于2009年7月31日投入運行，2009年底實現(xiàn)五投。

2、電站相關參數(shù)：

3、機組技術供水系統(tǒng)簡介

3.1機組技術供水系統(tǒng)（如下圖一所示）設計采用技術供水水源機組（小機）集中供水和單機單元自流減壓供水的混合供水方式，其中一路是采用5臺水源機組發(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機組的技術供水主用水源，另一路采用600MW機組鋼管取水通過自流減壓后作為600MW機組的技術供水備用水源。

3.2機組備用技術供水系統(tǒng)減壓閥更改原因

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

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機組技術供水二級減壓閥后端水壓為1.0MPa，空冷器及各部軸承供水水壓為0.8MPa（正常運行水壓為0.2～0.6MPa），運行人員及時調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整為0.6MPa，并通知檢修人員現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)系#5機組備用技術供水一、二級減壓閥壓力無法調整。6月12日晚至13日低谷停機檢查分析后確認#5機組減壓閥已經(jīng)失效，6月14日解體檢查兩級減壓閥，發(fā)現(xiàn)一級減壓閥閥桿斷裂，閥座脫出，閥芯卡在閥體內；二級減壓閥閥桿斷裂，且閥桿、閥芯已沖走，減壓閥下隔離盤中心孔下游側偏磨嚴重，閥門內部嚴重破損。6月15日被迫申請停機進行處理，6月27日23時分更換#5機組技術供水減壓閥（中基ZJY46H-40CDN500型減壓閥）恢復5#機組技術供水，8點08分#5機復備交調度恢復運行。2010年8月11日23時，對#4機組備用技術供水系統(tǒng)二級減壓閥進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥座固定螺栓有1顆脫落，2顆螺栓松動。

差壓式減壓閥結構示意圖

4.2減壓閥損壞原因分析，通過對機組運行方式和運行工況和損壞的以色列減壓閥部件分析：

4.2.1過流面形狀復雜,從而當高速水流通過時產(chǎn)生紊流。如圖二所示:圖中P1為進口壓力、P2為出口壓力。進口高壓水流沖擊閥盤，由于閥盤上形狀復雜，導致流態(tài)的紊亂。

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

4.2.3終，因機組開停機或流量變化時，導向爪上形成痕跡卡在閥座上，在縱向受力的工況下，導致導向爪、閥桿的彎曲或斷裂。如圖四所示。#5、#4機減壓閥解體檢查看，閥座不銹鋼圈螺栓存在松動、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險。

4.3以色列減壓閥反措：

4.3.1將減壓閥導向爪由銅質材料更換為不銹鋼材料（以色列新閥已實施）。

4.3.2在減壓閥閥蓋上加裝導向桿，便于在運行中觀察減壓閥的開啟和關閉情況（以色列新閥已實施）。

4.3.3采取進一步做好防止螺栓、閥座松動措施。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，對間隙部位進行嚴密澆注（工地實施）。進行焊接時，為確保不損壞閥座密封圈，點焊“L”型鎖定塊與固定螺栓時控制溫度上升過快并做好現(xiàn)場冷卻措施，采取對稱點焊，并用浸水的石棉布做好相應保護。為確保焊接質量滿足要求，派專業(yè)的高級焊接人員進行焊接，并安排專業(yè)技術人員和以色列廠家服務人員共同現(xiàn)場監(jiān)護。

4.3.4閥座、隔膜碟等固定螺栓在裝配時須涂上專用螺紋鎖固膠后預緊，并將閥桿螺母用鎖定片鎖固在上隔膜碟上。經(jīng)過對各種減壓閥資料收集和到相關電廠進行考察，選用湘潭中基電站輔機制造有限公司生產(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：

減壓閥的自力調節(jié)工作原理如圖五所示：

P1為減壓閥的進口壓力；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)控制閥壓力調節(jié)腔壓力；h為減壓閥閥座和節(jié)流錐的開啟高度（相當于主閥的過流面積）。

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

當P1上升時，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′的力達到新的平衡，控制閥h減小；相應ΔPk′壓力增大，經(jīng)壓力導管，使主閥的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk壓力達到新的平衡，主閥h減小、ΔP2值恢復為原P2值。當進口壓力P1下降時，主閥與控制閥的工況則與上述的工況相反。

當出口流量Q增大時，減壓閥的工況相當于P1下降時的工況。當出口流量Q減小時，減壓閥的工況相當于P1上升時的工況。

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：當機組供水量為2000m3/h時，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，滿足電廠單臺減壓閥供兩臺機的要求。在單調節(jié)5#機組ZJY46H-40CDN500減壓閥時，過流量從30%至100%進行調節(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：在單調節(jié)5#機組減壓閥時，進口壓力為1.60MPa。P2值整定為0.50MPa，手動減壓閥后閥門的開度，使進口壓力在1.00～1.60MPa變化。P2值變化值為0.5－0.51MPa，誤差0.01MPa。滿足《GB12245-2006減壓閥性能試驗方法》誤差不大于5%的要求。ZJY46HCDN500減壓閥的綜合技術參數(shù)滿足構皮灘發(fā)電廠運行要求。

5、結束語

構皮灘發(fā)電廠通過對600MW機組技術供水系統(tǒng)#1、#5機組以及#10F水源機組旁通減壓系統(tǒng)減壓閥進行改造后，達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，同時一級減壓即可。

消除了構皮灘發(fā)電廠原有國外減壓閥在結構上容易損壞的問題。ZJY46H-40CDN500活塞式減壓閥從結構上看，活塞桿受活塞和支撐筋兩點定位，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，節(jié)流錐不會與其它部件發(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構堅固耐用，具有使用壽命長的優(yōu)點，從而減少了大量的維護工作量。

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等方面都具有良好的優(yōu)越性，實踐證明，構皮灘發(fā)電廠機組自流減壓技術供水系統(tǒng)的改造是成功的。

電站概況：

構皮灘水電站是國家“十五”計劃重點工程、是貴州省實施“西電東送”戰(zhàn)略的標志性工程，是貴州省、中國華電集團公司已建成大的水電站。

構皮灘水電站位于貴州省余慶縣境內，是烏江流域梯級滾動開發(fā)的第五級，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。

電站主要任務是發(fā)電，兼顧航運、防洪及其他綜合利用。水庫總庫容64.54億立方米，調節(jié)庫容29.02億立方米，正常蓄水位630米。地下電站裝機容量5×600兆瓦，保證出力746.4兆瓦，設計多年平均發(fā)電量96.82億千瓦時。

工程重大作用：

構皮灘電站是貴州省歷史上大的水電站，總裝機容量300萬KW，超過長江上的葛洲壩電站。具有多年水電開發(fā)經(jīng)驗的構皮灘電站建設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，在過去不引進國外的先進設備，是難以想像的。但構皮灘電站卻實現(xiàn)了水電站機組全部國產(chǎn)化。”

據(jù)了解，構皮灘水電站機組是我國通過三峽工程建設引進、吸收國際先進發(fā)電機設備制造技術后，自行設計、制造的特大型機組，每臺機組垂直高度近25層樓高，安裝各種機械、電氣配件10萬件，重4000t，大的配件———發(fā)電機轉輪1200t，各種管道40000多m、電纜總數(shù)30000多m，其中1號—5號水輪機由哈爾濱電機廠有限責任公司生產(chǎn)，1號—3號發(fā)電機由天津阿爾斯通水電設備有限公司生產(chǎn)，4號、5號發(fā)電機由東方電機股份有限公司生產(chǎn)。

電站從2003年11月8日正式開工，到2009年7月31日首臺機發(fā)電，建設時間之短令國外同行側目。雷輝光介紹，在如此短的時間內，用國產(chǎn)機組建這樣一座大壩，彰顯的就是中國力量。

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