瀑布溝水電站清水系統(tǒng)改造

周 霖，陳勇旭，武 彬

(國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川漢源610041)

瀑布溝水電站是大渡河干流水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)第17個(gè)梯級(jí)電站，以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程。電站裝機(jī)總?cè)萘? 600 MW，采用6臺(tái)單機(jī)容量600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，清水系統(tǒng)清水池在壩后824.5 m高程處，水源取至機(jī)組進(jìn)水口，取水泵的啟停通過(guò)清水池液位儀控制，水廠清水池設(shè)置有啟泵、啟備用泵、停泵3個(gè)水位控制點(diǎn)。當(dāng)廠房用水時(shí)，由于清水系統(tǒng)管路管線較長(zhǎng)、壓力較大容易造成系統(tǒng)壓力波動(dòng)產(chǎn)生較大的水錘，使管路振動(dòng)增大，造成減壓閥后端管路法蘭斷裂，危及廠房設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 清水系統(tǒng)介紹

為了確保水輪機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備高效率、無(wú)故障運(yùn)行，必須在冷卻器、密封內(nèi)外始終保持源源不斷的無(wú)任何腐蝕顆粒清潔水，以便給冷卻器密封環(huán)提供冷卻和潤(rùn)滑。清潔過(guò)濾水將減少冷卻器、密封和軸套過(guò)早磨損，瀑布溝水電站設(shè)置了清水系統(tǒng)，確保較大的顆粒和雜質(zhì)能夠得到有效濾除。

瀑布溝清水系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)著廠房機(jī)組主軸密封、空壓機(jī)、冷卻用水，以及消防用水和生活用水，共設(shè)置有4趟管路，其中兩趟管路作為消防水系統(tǒng)專用，另兩趟管路供空壓機(jī)、機(jī)組主軸密封及生活用水用。

其中機(jī)組消防供水管路的正常壓力為0.4～0.6 MPa，管路公稱壓力1.6 MPa;主變消防供水管路的正常壓力為 0.4～0.6 MPa，管路公稱壓力1.6 MPa;主軸密封冷卻水正常水壓為0.2～0.4 MPa，管路公稱壓力1.0 MPa;空壓機(jī)冷卻水正常水壓為0.2～0.4 MPa管路公稱壓力1.0 MPa。

瀑布溝發(fā)電機(jī)層高程為677.5 m，主軸密封冷卻水系統(tǒng)布置在水輪機(jī)層，安裝高程為662.5 m，清水池布置在壩后824.5 m，落差高達(dá)162 m，遠(yuǎn)大于各管路系統(tǒng)公稱壓力。因此，該系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置減壓閥系統(tǒng)。

瀑布溝清水系統(tǒng)減壓閥系統(tǒng)布置在瀑布溝地下廠房上支洞，安裝高程為692 m，4趟管路分別設(shè)置了1個(gè)減壓閥進(jìn)行減壓。

2 清水系統(tǒng)改造前狀況

2.1 大渡河泥沙含量情況

2.1.1 天然河流泥沙含量

多年年平均含沙量0.832 kg/m3

多年汛期平均含沙量1.21 kg/m3

懸移質(zhì)泥沙中莫氏硬度≥5的硬礦物含量33.0%～72.0%

其中，粒徑大＞0.05，莫氏硬度≥5的硬礦物含量占總沙量50.2%。

圖1 清水系統(tǒng)改造前示意圖

2.1.2 水庫(kù)運(yùn)行10 a的引水含沙量

多年年平均含沙量 0.111 kg/m3

多年汛期平均含沙量 0.182 kg/m3

其中，粒徑＞0.01，莫氏硬度≥5的硬礦物含量占總沙量2.52%。

2.1.3 水庫(kù)運(yùn)行20 a的引水含沙量

多年年平均含沙量 0.112 kg/m3

多年汛期平均含沙量 0.183 kg/m3

其中，粒徑≥0.01的汛期含沙量沙量0.0137 kg/m3。

表1 泥沙粒級(jí)配表

2.2 清水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

由于瀑布溝清水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一級(jí)減壓閥模式，因此要求該減壓閥減壓比必須較大才能滿足要求，但現(xiàn)場(chǎng)安裝的減壓閥減壓比較小，調(diào)節(jié)范圍小，不滿足運(yùn)行使用要求;雖然該減壓閥最低調(diào)節(jié)壓力可達(dá)到0.4 MPa，但由于該趟管路系統(tǒng)長(zhǎng)期壓力波動(dòng)產(chǎn)生的水錘致使該減壓閥長(zhǎng)期處于惡劣工況下運(yùn)行，導(dǎo)致了該減壓閥運(yùn)行工作不穩(wěn)定;同時(shí)，該減壓閥后端未設(shè)計(jì)安裝泄壓閥，當(dāng)減壓閥定值漂移后，后端管路供水壓力增大后無(wú)法安全泄壓;加之管路后端無(wú)柔性連接且減壓閥后端管路及附件按1.0 MPa壓力等級(jí)設(shè)計(jì)，當(dāng)減壓閥定值漂移后，清水管路壓力過(guò)高(達(dá)1.4 MPa)極易造成法蘭破裂。如此惡性循環(huán)，致使管路減壓功能幾乎完全失效，管路法蘭多次破裂，嚴(yán)重影響廠房設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 清水系統(tǒng)改造內(nèi)容

3.1 改造內(nèi)容

基于以上因素，我廠對(duì)清水系統(tǒng)進(jìn)行了以下改造:

1)上支洞閥門井清潔水管路分別增設(shè)一級(jí)減壓閥，壓力等級(jí)為2.5 MPa。

2)上支洞閥門井清潔水管路 Y型過(guò)濾器由1.6 MPa壓力等級(jí)更換為2.5 MPa壓力等級(jí)。

3)消防水管與清潔水管路之間增設(shè)一趟聯(lián)絡(luò)管，并設(shè)聯(lián)絡(luò)閥。

4)上支洞口閥門井消防和清潔水管路分別增設(shè)泄壓管路，安裝DN100、DN150泄壓閥及球閥。

5)上支洞口閥門井清潔水管減壓閥后端分別增設(shè)常開(kāi)檢修閥門。

6)二級(jí)減壓閥后端各增加一個(gè)橡膠接頭。

3.2 閥門選型

針對(duì)泄壓閥、減壓閥選型提出了以下要求:

1)可調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)速度，能有效防止水錘及降噪功能，閥室的設(shè)計(jì)應(yīng)能可靠地防止汽蝕的發(fā)生、雜物的附著。

2)不管廠房用水流量如何變化，減壓閥通過(guò)一級(jí)減壓將閥后壓力減小為0.45～0.55 MPa。減壓閥應(yīng)能長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行，出口壓力可根據(jù)需要方便調(diào)整。

圖2 清水系統(tǒng)改造后示意圖

3)減壓閥、泄壓閥密封應(yīng)可靠，減壓閥的彈簧、橡膠膜片、橡膠密封圈的使用壽命應(yīng)在10萬(wàn)h以上;靜態(tài)密封試驗(yàn)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，減壓閥不得有滲漏;進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)，閥后出口壓力表的升壓值在采用軟密封結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)為0。

4)減壓閥應(yīng)調(diào)節(jié)靈敏，位置定位準(zhǔn)確，無(wú)卡阻、異常振動(dòng)及壓力波動(dòng)現(xiàn)象，減壓閥之間能連續(xù)調(diào)整，不得有卡阻和異常振動(dòng)。

5)減壓閥前后各配備一塊防震壓力表，表閥前應(yīng)設(shè)置有手動(dòng)閥門。

6)減壓閥在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)其出口流量一定、進(jìn)口壓力變化時(shí)，出口壓力偏差值≤5%。

7)減壓閥在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)進(jìn)口壓力一定時(shí)出口流量從該工況下最大流量的20%～100%，變化時(shí)，出口壓力負(fù)偏差值不得超過(guò)10%，減壓閥的閥后壓力應(yīng)小于閥前壓力的0.5倍。減壓閥進(jìn)口壓力的波動(dòng)應(yīng)控制在進(jìn)口壓力給定值的80%～105%。減壓閥應(yīng)設(shè)有節(jié)流裝置，在相對(duì)較大的壓力損失情況下，有較寬的流量范圍。

8)泄壓閥應(yīng)能具有準(zhǔn)確的壓力控制和止回功能，能夠快速開(kāi)啟;能將管路系統(tǒng)中＞0.7 MPa的壓力泄掉，并可維持主閥上游壓力在一定范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)壓力。

4 清水系統(tǒng)改造后情況

4.1 泄壓閥工作原理

圖3 泄壓閥工作原理圖

泄壓閥由水力操作，通過(guò)先導(dǎo)閥控制，保持上游的關(guān)閉壓力;動(dòng)作時(shí)通過(guò)先導(dǎo)閥的控制，快速開(kāi)啟以保持管路壓力，關(guān)閉時(shí)動(dòng)作速度較慢，以防止管道形成波浪，實(shí)現(xiàn)閥門自動(dòng)操作，壓力設(shè)定只需調(diào)整先導(dǎo)閥上螺栓，順時(shí)針調(diào)整，設(shè)定的釋放壓力則升高，反之則降低。

圖4 管理穩(wěn)壓裝置

當(dāng)進(jìn)口壓力升高時(shí)，先導(dǎo)閥閥瓣向上打開(kāi)，增加泄壓閥主閥開(kāi)度泄流，確保管路系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)口壓力降低后，先導(dǎo)閥閥瓣向下關(guān)閉，進(jìn)而關(guān)閉主閥。

4.2 減壓閥工作原理

圖5 減壓閥工作原理

該減壓閥能自動(dòng)減小進(jìn)口壓力至設(shè)定值，不會(huì)因上游的壓力變化或上游壓力的狀況而影響下游壓力。設(shè)定減壓閥定值時(shí)，當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)先導(dǎo)閥上螺栓時(shí)，出口壓力逐漸增加，當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺栓時(shí)，出口壓力逐漸減小。

圖6 進(jìn)口壓力控制裝置

當(dāng)出口壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，先導(dǎo)閥主閥閉，進(jìn)而減小主閥開(kāi)度，確保出口壓力穩(wěn)定;當(dāng)出口壓力減小時(shí)，先導(dǎo)閥閥瓣向下打開(kāi)，進(jìn)而增加主閥開(kāi)度。止回閥的作用是當(dāng)出口壓力大于進(jìn)口壓力時(shí)，上游壓力進(jìn)入主閥上部控制腔，關(guān)閉主閥。

4.3 管線過(guò)濾裝置

主閥水平安裝在管線上，主管線的進(jìn)水口安裝Y型過(guò)濾器，可確保管線中大顆粒雜物不能進(jìn)入主閥，但水流中的細(xì)小泥沙、懸浮物及金屬離子等進(jìn)入主閥，會(huì)造成減壓閥、泄壓閥主閥控制管路及針閥產(chǎn)生堵塞，造成主閥失靈，因此控制管路處安裝有一套絲狀過(guò)濾膜，防止細(xì)小雜物進(jìn)入，同時(shí)在主閥入口處安裝有一主以備兩趟控制導(dǎo)管，確保減壓閥、泄壓閥運(yùn)行穩(wěn)定性。

4.4 清水系統(tǒng)管路改造后優(yōu)點(diǎn)

4.4.1 壓力穩(wěn)定

管路系統(tǒng)設(shè)置了兩級(jí)減壓閥，且該減壓閥減壓比較高、調(diào)節(jié)范圍增大，可達(dá)到所需的壓力，確保廠房用水壓力穩(wěn)定。

4.4.2 運(yùn)行平穩(wěn)

該減壓閥運(yùn)行中無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、無(wú)壓力漂移、無(wú)卡阻現(xiàn)象，且切換功能操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)。

4.4.3 可靠性高

由于該減壓閥裝有壓力反饋功能，從而保證了出口壓力不超限，從而保護(hù)了閥后設(shè)備的安全;同時(shí)，管路設(shè)計(jì)安裝了泄壓閥，可有效避免后端管路供水壓力增大后安全泄壓，確保清水系統(tǒng)管路壓力穩(wěn)定。

4.4.4 安全性高

管路后端增加了柔性連接且減壓閥后端管路及附件按2.5 MPa壓力等級(jí)設(shè)計(jì)，可有效避免減壓閥定值漂移后，極易造成法蘭破裂及設(shè)備損壞。且閥門流面采用特殊結(jié)構(gòu)和材料，可減壓閥、泄壓閥不會(huì)產(chǎn)生氣蝕、磨蝕和堵塞現(xiàn)象。

4.4.5 運(yùn)行維護(hù)方便

對(duì)出廠調(diào)試好的減壓閥、泄壓閥，安裝完畢后直接充水即可投入使用，平時(shí)無(wú)需調(diào)整。

［1］中華人民共和國(guó)公安部.GB50016—2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.北京:中華人民共和國(guó)公安部，2006.

［2］陸培文.實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電站輔機(jī)分會(huì).電站常用閥門手冊(cè)［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2000.