華東桐柏抽水蓄能電站1號機(jī)組球閥密封投退失靈原因分析及處理

胡 棟，龍慶亮，陳 俠

（國網(wǎng)新源控股有限公司電力檢修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310052）

華東桐柏抽水蓄能電站1號機(jī)組球閥密封投退失靈原因分析及處理

胡 棟，龍慶亮，陳 俠

（國網(wǎng)新源控股有限公司電力檢修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310052）

桐柏抽水蓄能電站1號機(jī)組于2006年5月正式投入運(yùn)行，運(yùn)行近9年之久，目前1號機(jī)組進(jìn)水球閥檢修密封及工作密封滑動環(huán)經(jīng)常性投退失靈。本文通過分析球閥運(yùn)行情況、密封結(jié)構(gòu)及原理，進(jìn)一步剖析導(dǎo)致密封滑動環(huán)投退失靈原因，提出相應(yīng)解決方案，并運(yùn)用于實際檢修工作中。處理后實際運(yùn)行情況表明對滑動環(huán)投退處理是成功的，對同類電站尤其是進(jìn)水球閥類似問題處理有一定借鑒意義。

球閥；投退失靈；原因分析；處理

1 前言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內(nèi)，屬日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，裝設(shè)有4臺300MW機(jī)組，主要有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等4種運(yùn)行工況，在華東電網(wǎng)區(qū)域承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)。

桐柏抽水蓄能電站4臺主進(jìn)水球閥由VATECH HYDRO公司制造，由中國水利水電工程第五工程局安裝，球閥公稱直徑3100mm。依據(jù)抽水蓄能電站必要性，要求球閥具有良好的密封效果，開啟關(guān)閉需穩(wěn)定、可靠、迅速，且對球閥每天的操作次數(shù)也有一定要求。

2 球閥主要組成部分及密封結(jié)構(gòu)簡介

2.1 主要組成部分

整個球閥系統(tǒng)由VA TECH HYDRO公司供貨，并由其提供安裝及檢修技術(shù)咨詢。球閥安裝在壓力鋼管和水泵水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口段之間，每臺機(jī)組設(shè)置一個，在發(fā)電和水泵工況啟動，機(jī)組調(diào)相、正常停機(jī)和事故停機(jī)時截斷水流作用。球閥系統(tǒng)主要組成部分有主閥部分、驅(qū)動部分、旁通管路、伸縮節(jié)、鎖定部分、支撐部分、操作機(jī)構(gòu)、油壓裝置、控制設(shè)備、自動化元件以及配套部分等。球閥開啟和關(guān)閉時間可調(diào)，采取雙接力器操作結(jié)構(gòu)，開啟的條件是先收到平壓信號。

2.2 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

球閥密封主要包括檢修密封及工作密封，采用不銹鋼面相互接觸達(dá)到密封效果，屬剛性密封，對鋼面制造工藝要求極高。

工作密封設(shè)在球閥下游側(cè)，包括固定密封環(huán)和滑動密封環(huán)，為可拆卸式結(jié)構(gòu)，均采用不銹鋼材料制造。固定密封環(huán)采用不銹鋼螺釘把合在活動閥門上，滑動密封環(huán)屬軸向滑動式剛性密封，設(shè)計行程為5mm?；瑒用芊猸h(huán)外徑上有兩道環(huán)形密封條，內(nèi)徑上有一道環(huán)形密封條，與支撐基座面及襯套面形成投退腔，將約3.0MPa壓力水通入其中，進(jìn)行投退操作，其取水口在球閥閥體上，通過一個雙濾水器與工作密封相連（4個口）。工作密封有投入、退出指示裝置，由于上游側(cè)有檢修密封，無需排空壓力鋼管和拆卸球閥主體，便可對工作密封進(jìn)行檢修和更換。

檢修密封設(shè)在球閥上游側(cè)，其結(jié)構(gòu)與檢修密封類似，也是可拆卸式結(jié)構(gòu)，主要用于無需排空壓力鋼管和拆卸主體便可以檢修和更換工作密封及旁通閥設(shè)備。其設(shè)計行程為20mm，投退均由水壓操作，取水口在延伸段法蘭上，并通過一個單濾水器與檢修密封相連。檢修密封裝有自動進(jìn)排水孔4個及兩個排氣孔（堵頭），裝有投入及退出指示裝置，另設(shè)有6個鎖錠，需手動投退。

2.3 設(shè)備主要參數(shù)

表1 桐柏抽水蓄能電站1號機(jī)組球閥基本參數(shù)

3 球閥運(yùn)行情況及密封投退失靈情況簡介

桐柏抽水蓄能電站作為華東地區(qū)抽水蓄能電站，自投運(yùn)以來，滿足了系統(tǒng)調(diào)峰填谷及事故備用的要求，對華東電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

依據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的需要，機(jī)組一般白天發(fā)電運(yùn)行夜間抽水運(yùn)行，平均每天球閥開關(guān)次數(shù)為3.5次，球閥每次開關(guān)均伴隨工作密封投退（球閥開啟時工作密封退出，球閥關(guān)閉時工作密封投入），在球閥A級大修前大致統(tǒng)計1號機(jī)組球閥開關(guān)次數(shù)為10640次。

2012年1月，1號機(jī)組C級檢修，由于工作需要，需投入球閥上游側(cè)檢修密封，但在停役操作過程中發(fā)現(xiàn)球閥上游側(cè)檢修密封無法正常投入，即檢修密封投退出現(xiàn)故障（投退失靈），在隨后運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)工作密封也出現(xiàn)類似故障。密封不能正常投退，極大程度上影響了機(jī)組正常運(yùn)行，對密封操作油水管路及相關(guān)電氣裝置等方面做出詳細(xì)檢查并分析，發(fā)現(xiàn)并無異常，可以考慮密封投退腔可能存在漏水問題，必須對其進(jìn)行檢修處理，后于2014年9月開始的1號機(jī)組A級檢修工作得到有效處理。

4 密封投退失靈原因分析

4.1 持續(xù)性運(yùn)行時間長，部件老化

從1號機(jī)組投入運(yùn)行至今，已達(dá)近9年之久，運(yùn)行時間長，一是密封滑動環(huán)表面銹蝕，二是滑動環(huán)外徑兩道密封條與內(nèi)徑一道密封條老化，導(dǎo)致投退不靈活。

4.2 密封投入腔和退出腔進(jìn)水孔堵塞

在拆下檢修密封及工作密封取水管路后，檢查所有進(jìn)水孔發(fā)現(xiàn)內(nèi)部銹蝕嚴(yán)重且附有銹蝕沉淀物，導(dǎo)致過水通徑大程度減小甚至堵塞，可初步判斷為投入腔或退出腔固定時間內(nèi)進(jìn)水量不夠而致推動滑動環(huán)水壓不足，進(jìn)水孔堵塞是導(dǎo)致密封滑動環(huán)投退失靈的一個因素。

4.3 水中雜質(zhì)損壞滑動環(huán)內(nèi)外徑環(huán)形密封條

拆下檢修密封及工作密封滑動環(huán)后，仔細(xì)檢修其內(nèi)外密封條，發(fā)現(xiàn)密封條與剛性面相接觸的那面，布滿深淺不一的劃痕?？沙醪脚袛嘟?jīng)過長時間運(yùn)行，密封滑動環(huán)來回動作多次，當(dāng)投退腔中沉淀的堅硬細(xì)小顆粒夾雜于密封條附近時，由于多次來回摩擦，密封條被損壞，密封效果降低。投退腔密封不嚴(yán)導(dǎo)致推動滑動環(huán)動作水壓不足，密封滑動環(huán)投退失靈。

4.4 密封投入/退出腔各面損壞，相互竄水

4.4.1 工作密封部分

球閥下游側(cè)伸縮節(jié)拆卸吊出后，采用專用工具將工作密封襯套拆出（襯套組成工作密封投退腔的一部分），對其表面進(jìn)行檢查（分16弧段進(jìn)行檢查，刮痕位置以弧段編號為標(biāo)記，下同），具體情況如下：

圖1 工作密封襯套橫截面示意圖（左圖為實物橫截面圖，右圖為正視環(huán)形示意圖，下同）

表2 工作密封襯套檢查面刮痕情況 mm

襯套止口處銹蝕較嚴(yán)重，表面部分地方有銹蝕痕跡，刮痕長度一般在1.0～70.0mm范圍內(nèi)，寬度均在0.05～3.50mm范圍內(nèi)，深度0.05～0.20mm或不明顯。

球閥本體吊出后，對工作密封支撐基座檢查面（1）與檢查面（2）進(jìn)行檢查，檢查具體情況如下：

圖2 工作密封支持基座橫截面示意圖

表3 工作密封支撐基座檢查面（1）刮痕情況 mm

表4 工作密封支撐基座檢查面（2）刮痕情況 mm

根據(jù)實際檢查情況，檢查面（2）情況良好，弧段6、7、15有細(xì)小刮痕，但深度不明顯；檢查面（1）弧段1～4、1～10、14～16（以順時針為準(zhǔn)）刮痕較嚴(yán)重，刮痕長度0.10～50.00mm，寬度0.10～3.00mm，深度0.01～2.50mm。

4.4.2 檢修密封部分

球閥本體拆卸吊出至安裝場間后，拔出8個用于固定檢修密封壓環(huán)內(nèi)支撐定位銷的頂絲后，拆卸8個內(nèi)支撐定位銷，采用專用工具取出檢修密封襯套，對其表面進(jìn)行檢查處理，具體情況如下：

圖3 檢修密封襯套橫截面示意圖

表5 檢修密封襯套檢查面刮痕情況 mm

檢修襯套表面大部分面積有橙黑色銹蝕痕跡，弧段11刮痕長度在0.50～25.00mm范圍內(nèi)，寬度在0.01～0.08mm范圍內(nèi)，深度不明顯，整體情況良好。

拆卸檢修密封襯套及滑動環(huán)后，對球閥側(cè)檢修密封支撐基座檢查面（1）與檢查面（2）進(jìn)行檢查，具體情況如下：

圖4 檢修密封支持基座橫截面示意圖

表6 檢修密封支撐基座檢查面（1）刮痕情況 mm

表7 檢修密封支撐基座檢查面（2）刮痕情況 mm

根據(jù)實際檢查情況發(fā)現(xiàn)，檢查面（1）情況良好，僅弧段3、13有輕微刮痕；檢查面（2）弧段13～4（上半圓，以順時針方向為準(zhǔn)）約有刮痕60處，弧段5～12（下半圓）約有刮痕15處，刮痕長度1.00～80.00mm，寬度0.10～7.00mm，深度0.10～3.50mm，刮痕情況較嚴(yán)重。

依據(jù)以上實際檢查情況不難發(fā)現(xiàn)，工作密封及檢修密封投退腔各面均有刮痕，尤其是密封支撐座面刮痕嚴(yán)重，從而導(dǎo)致密封投退腔不能正常保水保壓，即密封滑動環(huán)投入腔和退出腔相互竄水，壓力不夠?qū)е旅芊饣瑒迎h(huán)投退失靈，而水中雜質(zhì)是產(chǎn)生刮痕的主因。

5 處理方法

（1）針對滑動環(huán)表面銹蝕及密封條老化問題，主要是用木砂紙將表面磨光，用煤油清掃，處理后光潔亮麗，然后更換外徑兩道密封條與內(nèi)徑一道密封。

（2）對于進(jìn)水孔內(nèi)部銹蝕問題是不可避免的，長時間過水必然會導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕。主要處理辦法是將內(nèi)部進(jìn)行除銹，并對其進(jìn)行清洗，處理完好后均勻涂一層防銹蝕漆，建議在后期運(yùn)行時定期對其排污處理，保證進(jìn)水孔的通暢。

（3）關(guān)于水中雜質(zhì)損壞滑動環(huán)內(nèi)外徑密封條的問題，也是不可避免的，也是所有抽水蓄能電站的一個通病。直接處理方法是更換新的密封條，但從長久的運(yùn)行角度考慮，需要從水質(zhì)方面著手；一般處理方法是在操作水取水管上加裝水過濾器，并定期對過濾器進(jìn)行清洗維護(hù)等，此方法并不能完全解決水質(zhì)問題。如果在成本預(yù)算允許的情況下，建議更換操作水的取水源，或前期對取水源進(jìn)行自然沉淀。

（4）第四個原因，即投入/退出腔各面損壞，導(dǎo)致投退腔相互竄水，是密封滑動環(huán)投退失靈的主要因素，也是處理過程中困難最大和技術(shù)要求最高的一個環(huán)節(jié)。

工作密封處理方法：

工作密封襯套表面部分地方有銹蝕痕跡，整體情況良好，只需進(jìn)行簡單處理，主要是用平磨機(jī)對其全方位平磨，再用煤油將表現(xiàn)進(jìn)行徹底清掃，并對止口處做好防腐處理。

考慮到工作密封滑動環(huán)支撐基座接觸面劃痕嚴(yán)重，單靠人工補(bǔ)焊打磨的方法不可取。在實際檢修處理中，是拆卸球閥下游側(cè)與工作密封滑動環(huán)支撐基座的56個M125連接螺栓，將支撐基座整體運(yùn)至加工廠加工，刨去了檢查面（1）與檢查面（2）約5mm的鋁青銅面，并換用不銹鋼絲補(bǔ)焊5～6mm，再按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計尺寸進(jìn)行車削，加工后檢查各面處理完好，如圖5所示。

圖5 檢查面（1）、（2）加工處理前后對比

檢修密封部分：

檢修密封襯套表面情況良好，處理方法與工作密封襯套類似。

檢修密封支撐基座接觸面劃痕也較嚴(yán)重，本應(yīng)進(jìn)行加工處理?？紤]到其與球閥連接一體，總重量達(dá)150t，一是不方便運(yùn)輸，二是費(fèi)用預(yù)算問題；主要處理方法是采用專用電鉆對檢查面（2）各刮痕初步處理，然后采用鋁青銅材料補(bǔ)焊并打磨，同時用標(biāo)準(zhǔn)弧形模板分別對16弧形段面進(jìn)行檢測，達(dá)到不透光效果，如圖6所示。

圖6 檢查面（2）補(bǔ)焊打磨前中后對比圖

檢修完成后在球閥試運(yùn)行階段，檢查密封滑動環(huán)投退良好，且所有密封效果良好，檢修密封及工作密封滑動環(huán)投退失靈問題得到有效處理。

6 預(yù)防措施

為避免下次出現(xiàn)同類型問題，需要提前在運(yùn)維階段做好預(yù)防措施，主要對球閥進(jìn)行定期檢查，詳見表8。

表8 球閥運(yùn)維階段預(yù)控措施

7 結(jié)束語

華東桐柏抽水蓄能電站1號機(jī)組球閥密封投退失靈情況，通過2014年9月開始的A級檢修工作得到了有效處理，經(jīng)過幾個月來的實際運(yùn)行情況表明，所提出并運(yùn)用的解決方案是切合實際并有效的，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對今后同類型電站相似問題的處理有相當(dāng)大的借鑒意義。

胡 棟（1989—），男，助理工程師，主要研究方向：流體機(jī)械，水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械檢修。E-mail: dong_hu@sgcc.com.cn

龍慶亮（1967—），男，工程師，主要研究方向：水輪發(fā)電機(jī)組檢修管理。E-mail: qingliang-long@sgcc.com.cn

陳 俠（1980—），男，技師，主要研究方向：水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械檢修。E-mail: xia-chen@sgcc.com.cn

The Working Failure Analysis and Treatment of the Sedl of the Inlet Valve in East China Tobai Pumped Storage Power Co.Ltd. Unit 1

HU Dong，LONG Qingliang，CHEN Xia
（Hangzhou Branch of Power Maintenance Company State Grid Xinyuan Co.，Ltd. Hangzhou 310052，China）

East China ToBai Pumped Storage Power Co.Ltd.Unit1 formally put into operation in May 2006，had run for nearly nine years. Currently，the maintenance seal and working seal of the inlet valve in Unit1 always works failure. By analyzing the operation of the inlet valve，the seal structure and the principle,to analyze the reason of working failure. Then we proposed appropriate solutions and applied to practical maintenance work.Several months later，the actual operation after processing proved analysis and treatment is successful. It will certain reference significance for the same kind of power plant,especially for processing similar problems of the inlet valve.

inlet valve；working failure；analysis and treatment