水電機(jī)組技術(shù)供水四通閥新技術(shù)推廣及應(yīng)用

程麒安，楊 甜

（1.海河水利委員會引灤工程管理局，河北 唐山 063000；2.海河流域北海海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學(xué)研究中心，天津 300000）

1 概述

潘家口水庫壩后式電站水電機(jī)組于1981 年并網(wǎng)發(fā)電，技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元自流供水方式，主水源為壩前取水，備用水源為鋼管取水，通過濾水器過濾后為發(fā)電機(jī)組的空氣冷卻器、推力冷卻器、導(dǎo)軸承冷卻器供水。本次改造對所有技術(shù)供水管路閥門等進(jìn)行更新改造，主要內(nèi)容之一是對原技術(shù)供水的4個電磁閥進(jìn)行更新改造，采用四通閥新技術(shù)完成水電機(jī)組技術(shù)供水功能。

2 四通閥新技術(shù)應(yīng)用

2.1 原技術(shù)供水運(yùn)行方式

原技術(shù)供水方式為：電磁閥10DP、12DP、11DP、13DP 通過直流220 V 控制動作，采用1.0 MPa壓力油系統(tǒng)操作液壓閥12Y3、12Y4、12Y5、12Y6 的啟閉完成冷卻器的正反供水操作。正向供水時12Y5 常開，12Y4、12Y6 關(guān)閉，12Y3 提起正向供水；反向供水時12Y4 先提起，12Y5、12Y3 關(guān)閉，再操作12Y6 完成反向供水。技術(shù)供水系統(tǒng)改造前后對比，如圖1 所示。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)改造前后

原技術(shù)供水系統(tǒng)為1981 年建成投入運(yùn)行，歷經(jīng)多年運(yùn)行后設(shè)備設(shè)施存在不同程度老化，管路銹蝕嚴(yán)重，實(shí)際運(yùn)行時12Y3 出現(xiàn)過閥桿與閥體脫落事件，無法提供技術(shù)供水，影響水電機(jī)組正常發(fā)電；由于液壓閥較多且每個液壓閥通過電磁閥控制，夏季環(huán)境潮濕，存在直流絕緣低的安全隱患；采用油壓操作，廠房空間占用較大；正反供水操作復(fù)雜，容易出現(xiàn)誤操作，造成冷卻器憋壓事故。

2.2 四通閥技術(shù)供水運(yùn)行方式

四通閥由四通球閥、閥門電動裝置和電控設(shè)備組成，閥門結(jié)構(gòu)如圖2 所示。閥門電動裝置在電控設(shè)備的控制下，驅(qū)動四通閥芯轉(zhuǎn)動，閥芯每旋轉(zhuǎn)90°操作機(jī)構(gòu)自動停止，供水方式正、反向切換一次，防止長期單向供水引起管路冷卻器的堵塞而造成的冷卻效率降低和影響水電機(jī)組正常運(yùn)行。

圖2 閥門結(jié)構(gòu)示意（正、反供水方式）

2.3 四通閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）體積小巧，操作方便。以1 個四通閥代替原有的4 個電磁閥，減少了工作中可能發(fā)生故障的概率，同時減少了閥門、管道等工作設(shè)備數(shù)量和設(shè)備占地空間。閥門和管道安裝、操作方便、省時。

（2）減少流速損耗，提高效率。四通閥內(nèi)的球體和閥體的連接管道截面相等且球體通道采用圓弧連接，其流阻系數(shù)遠(yuǎn)比原有的4個電磁閥小，介質(zhì)通過球體時流體阻力小，因此該閥為節(jié)能產(chǎn)品。其核心部分采用球閥結(jié)構(gòu)，體積小，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)檢修方便[1]。

（3）閥體密封性能好。該閥的密封采用具有一定彈性變形和高強(qiáng)度的對位聚苯和金屬的硬密封結(jié)構(gòu)，耐磨性好；同時，采用密封自補(bǔ)償系統(tǒng)，密封面磨損后不銹鋼彈簧會將密封面推向閥芯，以產(chǎn)生足夠的密封力，使其密封達(dá)到零泄漏和免維護(hù)。

（4）換向可靠性高。球閥結(jié)構(gòu)因其自有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在啟閉過程中有擦拭性，因此在正常工況下不會被堵塞或卡死。即使在水體的潔凈度比較差的工況下也能保證閥門正常工作，這是它的突出特性[2]。

（5）節(jié)省投資。使用該閥可以減少工程的一次性投資，閥體及控制部分總投資約30萬元，如采用4個電磁閥及壓力油系統(tǒng)大約75萬元。同時，減少了設(shè)備的維修保養(yǎng)費(fèi)用，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度。年度運(yùn)行費(fèi)用大大減少，可以降低技術(shù)供水系統(tǒng)全生命周期成本。

2.4 四通閥安裝技術(shù)要求

（1）設(shè)備及管路安裝。由于技術(shù)供水系統(tǒng)濾水器、閥門、管路等大部分位于大壩廊道內(nèi)，拆除、安裝空間狹小，相互施工干擾較大，因此應(yīng)充分勘察現(xiàn)場，制定合理的運(yùn)輸方案。

（2）通電調(diào)試。四通閥電控機(jī)構(gòu)采用交流220 V供電，各項(xiàng)電氣裝置的安裝應(yīng)遵守《電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50254-2014）的規(guī)定。完成四通閥安裝后，應(yīng)對整個技術(shù)供水系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行梳理，開展系統(tǒng)聯(lián)調(diào)工作。

（3）第三方檢測。四通閥及管路安裝涉及焊接、設(shè)備管路密封性及強(qiáng)度檢測，應(yīng)委托第三方具備探傷資質(zhì)的公司對改造后所有焊接面進(jìn)行無損探傷，并出具探傷報告。

（4）竣工驗(yàn)收。技術(shù)供水系統(tǒng)安裝完畢后，應(yīng)按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢查、試驗(yàn)和驗(yàn)收，做到各系統(tǒng)運(yùn)行正常、各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求和設(shè)備無有害震動和不良噪聲。

（5）設(shè)備維護(hù)。設(shè)備及管路、管件按規(guī)定進(jìn)行清掃、除銹、防腐及涂漆。特別是活動部件應(yīng)定期試驗(yàn)，避免發(fā)卡生銹。

3 四通閥的操作及注意事項(xiàng)

3.1 閥門操作機(jī)構(gòu)參數(shù)和操作準(zhǔn)備

（1）操作機(jī)構(gòu)有手動操作、電機(jī)自動控制操作和遙控操作3 種操作方式。其中，電機(jī)自動控制操作采用TET閥門電動裝置，主要參數(shù)如下：QT40-1型，電機(jī)功率90 W，額定電壓380 V，額定電流0.8 A，輸出轉(zhuǎn)矩400 N·m，輸出轉(zhuǎn)速1 r/min，防護(hù)等級IP67。

（2）閥門操作機(jī)構(gòu)的操作準(zhǔn)備應(yīng)注意以下3 個方面：①操作機(jī)構(gòu)安裝完成后首次投電運(yùn)行時，必須確認(rèn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向是否正確，若不正確可能對操作機(jī)構(gòu)造成損壞。為此，先轉(zhuǎn)動手輪，將閥門運(yùn)行至“開-關(guān)”中間位置，然后進(jìn)行開或關(guān)的操作，以檢查電機(jī)自動控制操作時閥門的轉(zhuǎn)動方向是否正確，若閥門轉(zhuǎn)動方向與上述的正確方向相反，應(yīng)立即停止操作，并應(yīng)再次檢查接線。②“關(guān)”向限位開關(guān)的設(shè)定。電機(jī)電源相序正確后，拉動“手-電動”切換手柄至手動位置，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使閥門至全關(guān)位置。利用“L”形扳手，松動下部凸輪上的螺釘，調(diào)整凸輪，使之與下部的微動開關(guān)接觸（剛好聽到咔嗒聲），然后緊固螺釘。接通電源，按下“開”向按鈕，反方向運(yùn)行某個角度，然后再向“關(guān)”方向運(yùn)行，以檢查閥門“關(guān)”方向限位是否準(zhǔn)確。重復(fù)幾次達(dá)到要求為止。③“開”向限位開關(guān)的設(shè)定。拉動“手-電動”切換手柄至手動位置后，逆時針轉(zhuǎn)動手輪，使閥門至全開位置。利用“L”形扳手，松動上部凸輪上的螺釘，調(diào)整凸輪，使之與上部的微動開關(guān)接觸（剛好聽到咔嗒聲），然后緊固螺釘。接通電源，按下“關(guān)”向按鈕，反方向運(yùn)行即向“開”方向運(yùn)行，以檢查閥門“開”方向限位是否準(zhǔn)確。重復(fù)幾次達(dá)到要求為止。

3.2 閥門操作試驗(yàn)

（1）閥體檢查。嚴(yán)格檢查閥桿密封，確定填料是否安裝適當(dāng)、填料壓蓋螺栓是否處于初期位置。檢查后，閥體應(yīng)處于良好的工作狀態(tài)，并隨時可以操作。

（2）閥體轉(zhuǎn)動。通過“開—關(guān)”或“關(guān)—開”循環(huán)操作進(jìn)行觀察，若沒發(fā)現(xiàn)明顯的問題，則在檢查密封性能和操作性能的同時就可進(jìn)行帶壓試驗(yàn)。

（3）電動閥門操作。接通電源前，先手動將閘板開啟10°～20°。接通電源后，觀查電動機(jī)的轉(zhuǎn)向是否與開、關(guān)指示方向一致，各指示燈按鈕、行程控制機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩限制機(jī)構(gòu)等是否正常。

（4）帶壓試驗(yàn)。閥體檢查一切正常后，開展閥體整體帶壓試驗(yàn)，檢查閥體帶壓運(yùn)行情況，確保閥體帶壓后密封良好、操作靈活。

（5）投入正常運(yùn)行。四通閥試驗(yàn)正常后切換到正向供水位置，切斷電源，正式投入運(yùn)行。

3.3 閥門操作方式

根據(jù)四通閥介質(zhì)流向原理，只需操作扳手或電機(jī)自動控制操作機(jī)構(gòu)將閥芯轉(zhuǎn)動90°即可同時對2種流向進(jìn)行切換，方便迅速實(shí)現(xiàn)一閥多用的效果。

（1）正常運(yùn)行選用電機(jī)自動控制，此方式為首選運(yùn)行方式。

（2）手動操作轉(zhuǎn)動時間長，一般在電動出現(xiàn)故障情況下應(yīng)用。

（3）遙控操作采用遙控方式直接控制電機(jī)，此種方式不建議使用，以防止誤操作。

3.4 注意事項(xiàng)

四通閥閥體既是一種運(yùn)動件又是一種磨損件，要求在正常運(yùn)行狀態(tài)下閥門連續(xù)使用壽命不小于5 a[3]。

（1）手自切換。由于操作機(jī)構(gòu)安裝高度較高，手自切換開關(guān)離地面大約1.5 m，建議操作時使用梯子，不要站在管路上操作，確保操作人員安全。

（2）切斷電源。操作機(jī)構(gòu)電源平時從配電箱斷開，避免機(jī)構(gòu)誤動。

（3）閥門由于長期保持在某個位置不動，其可操作性在某種程度上會下降，要定期檢查和維修。閥門承壓部件和固定裝配連接處的承壓密封要經(jīng)常檢查并確認(rèn)完好。閥門螺紋、軸承或齒輪等工作交界面應(yīng)定期潤滑。閥體盡量在1個月左右轉(zhuǎn)動1次，防止接觸面長時間受力，同時檢測操作機(jī)構(gòu)的靈活性及供電的可靠性。

4 運(yùn)行效果

四通閥更新后，技術(shù)供水系統(tǒng)由于采用電動操作提高了工作效率，節(jié)省了人力資源，同時設(shè)備體積減小，減少了占用空間。通過開機(jī)試驗(yàn)，技術(shù)供水水量大小可以滿足水電機(jī)組運(yùn)行要求。

4.1 操作便捷性

改造前，4 個閥門分別進(jìn)行操作費(fèi)時費(fèi)力，容易出現(xiàn)人為失誤。改造后，使用四通閥的技術(shù)供水系統(tǒng)在后期運(yùn)行與維護(hù)過程中操作流程及步驟得到簡化，操作人員工作量得到降低。

4.2 運(yùn)行穩(wěn)定性

改造前，技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備較多，經(jīng)過長時間運(yùn)行，故障率明顯增大。改造后，技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量減少，便于運(yùn)行維護(hù)和管理，設(shè)備安全運(yùn)行能力得到改善。

4.3 運(yùn)行維護(hù)經(jīng)濟(jì)性

改造前，4 個電磁閥及壓力油系統(tǒng)等年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約3萬元。改造后，采用四通閥及操作機(jī)構(gòu)，節(jié)省了閥門數(shù)量，取消了壓力油系統(tǒng)，日常操作機(jī)構(gòu)檢修、運(yùn)行費(fèi)用每年約0.3 萬元，大大減少了日常運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，年度節(jié)省費(fèi)用約2.7 萬元，使設(shè)備全生命周期成本降低。

5 結(jié)語

在大型水利發(fā)電工程建設(shè)及管理中，技術(shù)供水系統(tǒng)是整個輔機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，對保障水電機(jī)組運(yùn)行安全意義重大。潘家口水庫壩后式電站水電機(jī)組于1981 年并網(wǎng)發(fā)電，當(dāng)時設(shè)計(jì)技術(shù)供水采用4 個電磁閥、1.0 MPa 油壓操作系統(tǒng)，操作復(fù)雜，故障率較高。本次對技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)行更新，采用新型的四通閥完成技術(shù)供水正反向操作，滿足了水電機(jī)組運(yùn)行要求。今后，應(yīng)注重對水電機(jī)組設(shè)備操作和維護(hù)人員的專業(yè)技能培訓(xùn)，使相關(guān)人員熟知技術(shù)供水系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)，審慎操作閘閥啟閉，了解風(fēng)險點(diǎn)及應(yīng)急措施，防范操作失誤及突發(fā)風(fēng)險，保障設(shè)備安全運(yùn)行。