錦屏二級水電站圓筒閥的安裝及動水關閉試驗

郭玉龍，田維平，王 承，李興易

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 611130)

1 概述

錦屏二級水電站采用圓筒閥作為機組可動水關閉的隔斷閥，安裝在固定導葉與活動導葉之間，閥體與導水機構需嚴格地保持一致和同心，且活動導葉在任何位置時或脫離控制情況下均不干擾圓筒閥閥體啟閉。由于沒有設置快速門等動水關閉機構，因此，在極端工況下保證圓筒閥動水可靠關閉，是確保機組運行安全的重要因素。盡管該工程高水頭、長引水隧洞的特點增加了圓筒閥動水關閉的難度，但對圓筒閥結構、控制程序進行了多次優化、改進后，最終成功地完成了額定負荷下的動水關閉試驗。

2 圓筒閥的安裝

圓筒閥為兩瓣結構，組拼后總重量約53．5t，筒閥在工地組焊成整圓后與頂蓋預裝配，最后與頂蓋一起吊入機坑參與導水機構的正式安裝。該工程圓筒閥的安裝主要從兩個方面進行控制，即工序控制和工藝控制。

2．1 工序控制

鑒于圓筒閥設備安裝需要穿插在導水機構的安裝過程中，因此，合理安排其施工工序尤為重要。為確保施工的合理性，在圓筒閥安裝前，現場各方共同對施工工序進行了詳細的分析及優化，最后通過現場的安裝實踐，總結出一套適合該工程圓筒閥安裝的施工工序。

(1)將主要工序的施工均合理地穿插在導水機構的安裝過程中;

(2)在導水機構預裝時進行筒閥本體的組拼及焊接;

(3)筒閥接力器作為筒閥最重要的傳動部件，為保證活塞桿動作的垂直性，其安裝位置應在導水機構預裝時確定，以避免正式安裝時其垂直度不滿足要求;

(4)筒閥導向條間隙的檢查應穿插在導水機構預裝檢查結束后，使用廠家提供的間隙測量塊隨頂蓋再單獨進行一次吊裝，從而確定導向條的現場加工量;

(5)上、下密封壓板及密封條的安裝應在導向條間隙檢查確定且頂蓋與筒閥吊出機坑后進行;

(6)筒閥本體與接力器活塞桿連接的超級螺母的外側封板應待筒閥無水調試合格后再封堵焊接，以便在無水調試過程中對筒閥中心進行修正與調整。

2．2 工藝控制

錦屏二級水電站圓筒閥直徑為8625mm，厚900mm，吊裝組拼時易產生變形，其安裝工藝控制是其重點。

(1)將圓筒閥整體吊至組拼平臺后，方可割除內支撐;

(2)組拼焊接時應在焊縫位置架設百分表進行監測，根據焊接變形情況適當調整焊接順序;

(3)為控制圓筒閥接力器安裝后活塞桿動作的垂直度，應重點控制接力器支座的水平符合要求，且在安裝后用臨時液壓裝置動作接力器，并架設百分表檢查活塞桿動作的垂直度;

(4)圓筒閥導向條間隙的檢查確定采用塞尺測量、對稱方向比較的方法進行，若對稱方向間隙值偏差較大，可松開圓筒閥本體與接力器活塞桿連接的超級螺母，并在圓筒閥本體上架設百分表監測其位移值，然后用千斤頂側向頂圓筒閥，進而調整圓筒閥至最佳中心位置。

3 無水、靜水調試

在閥體安裝、油壓系統調整完成后，對圓筒閥進行無水條件及靜水條件下的綜合調試，以確保圓筒閥綜合性能能達到設計要求。結合錦屏二級水電站8臺機組圓筒閥無水調試過程，發現圓筒閥接力器動作的同步性控制是貫穿無水調試過程的一條主線。

圓筒閥設置有6個油壓操作、雙作用直缸接力器，圓筒閥外側與座環間均布6個導向條。為了確保6個接力器在動作時保持嚴格的同步性，液壓系統采用6出口高速液壓馬達(分流器)向各個接力器供油，同時，在6個接力器控制閥組上均設置有一個電磁比例閥，比例閥通過接力器直線位移傳感器反饋的位置信號調節比例閥閥芯開度，從而調節6個接力器動作保持同步。圓筒閥在全開位置還設有可靠的鎖定裝置，鎖定裝置為液控單向閥，其液壓控制操作接入圓筒閥液壓操作系統中。

錦屏二級水電站在圓筒閥的無水調試過程中，多臺機組出現接力器動作不同步而導致閥體卡住的現象。結合圓筒閥液壓系統結構特點、現場安裝調試環境以及設備、管路安裝特點，分析有以下四種情況可導致接力器動作不同步:

(1)液控單向閥活塞發卡，可能導致接力器開啟、關閉筒閥時間節點存在差異;

(2)電磁比例閥閥芯發卡，可能導致接力器同步調節失效;

(3)油壓系統及管路未充分排氣，可能導致各接力器油壓壓力不均衡，使其動作不同步;

(4)液壓馬達(分流器)出現問題，可能導致6個接力器供油不均衡。

一旦發生卡阻現象，現場采用排除法對4種情況進行具體分析，即對液壓系統、管路及閥組進行充分排氣;對液控單向閥、電磁比例閥進行徹底的拆解及清洗，確保閥芯沒有明顯銹跡且動作靈活可靠。回裝后重新進行無水調試，若筒閥動作仍有發卡現象，則可能是液壓馬達損壞導致了閥體發卡現象的產生。

在現場調試過程中出現動作不同步現象的機組中，部分液壓閥閥芯因長時間存放其表面產生銹跡，產生銹跡的閥芯經清洗、細微研磨后均能動作靈活，不影響其正常使用，同時，為避免后續機組出現類似情況，對長期存放的液壓閥及閥組內涂抹黃油或透平油，以避免閥芯生銹。經排除法驗證后懷疑是液壓馬達損壞導致閥體發卡所致，最后將液壓馬達返廠拆解，均在其內部發現有金屬屑，且確認液壓馬達(分流器)已損壞。該型號液壓馬達(分流器)轉速高，且其材料為鑄鐵材質，脆性大。而圓筒閥液壓系統復雜，接力器、閥組、管路等安裝、焊接環節較多，油壓系統中極易存在金屬雜質在經過分流器時發生高速撞擊，從而導致分流器損壞，因此，加強設備及管路前期安裝、焊接的過程控制是保證此類分流器能可靠運行的重要保證。為確保此類型圓筒閥無水調試能順利完成，應從以上方面進行重點控制。任何一個環節或步驟出現問題，都將影響調試工作的進行甚至會對設備造成嚴重損害。

無水調試完成后，在機組充水后、開機前，應模擬開停機程序進行圓筒閥靜水動作試驗，調整圓筒閥開關時間、開關曲線滿足設計要求。

4 動水關閉試驗

錦屏二級水電站先后在3#、5#、8#機組進行了圓筒閥動水關閉試驗，即模擬調速系統和導葉傳動系統故障，在空載和25%、50%、75%、100%額定負荷下操作圓筒閥全關，并記錄關閉過程中接力器上下腔油壓、機組擺度、頂蓋下沉與振幅、蝸殼、頂蓋、壓力鋼管和尾水管壓力波動、機組負荷變化等參數。

錦屏二級水電站水頭高、引水隧洞長，機組甩負荷、增減負荷(數值較大)時調壓室水位幅值波動大、周期長、波動衰減慢，蝸殼壓力上升大，轉速上升快，從而給圓筒閥動水關閉試驗帶來了困難與挑戰。2013年9月，3#機組首次進行圓筒閥動水關閉試驗，在做300MW(50%)負荷下動水關閉圓筒閥時，由于圓筒閥關閉太快(關閉時間為60s)，蝸殼內水錘壓力已經接近極限值，繼續試驗風險太大，動水關閉試驗被迫終止。廠家經過對相關數據進行分析研究后決定，為了減緩蝸殼內壓力上升過快，將關閉時間延長至80s，并將之前的一段關閉改為兩段關閉(即在最后5%行程時增加緩沖，緩沖時間為12s)。

2014年5月，5#機組進行動水關閉試驗，試驗過程中，之前蝸殼內水錘壓力過大的問題得到了有效解決。但機組在300MW負荷下接力器下腔及筒閥上腔出現明顯的壓力脈動，為了確保機組安全，決定在450MW前加做一次377MW負荷試驗。在377MW負荷下動水關閉圓筒閥時，測得接力器壓力、筒閥下拉力(接力器活塞桿拉力)峰值已接近設計值，試驗再次被迫終止。經過對相關數據進行分析研究后發現是由于筒閥上腔周圍水的壓力脈動通過接力器活塞桿的下拉力的波動傳遞至接力器下腔，從而引起接力器下腔的壓力脈動。通過廠家的數據分析及模型試驗，為了減少圓筒閥動水關閉時上腔壓力脈動及下拉力，決定對8#機圓筒閥進行技術改進，即在機坑內頂起頂蓋，在座環上環板位置焊接全高度的不銹鋼鋼板，減小圓筒閥與上環板間的徑向間隙(由原設計的12mm改為6mm)，同時再次調節圓筒閥的關閉規律，二段關閉的拐點由最后5%行程改為最后2%行程時增加緩沖，線性關閉時間也由80s延長至95s。

2014年11月，8#機組進行了圓筒閥動水關閉的全過程試驗(即空載、150MW、300MW、450 MW、600MW工況)，試驗過程中圓筒閥在各試驗工況下均能可靠關閉，蝸殼內水錘壓力、筒閥接力器下腔壓力(可換算接力器下拉力)峰值均在設計和預期范圍內，100%負荷條件下圓筒閥動水關閉試驗終于取得成功。

2015年3月，在錦屏二級水電站1#～7#機組圓筒閥動水關閉試驗咨詢會上，與會專家認為經技術改進后的8#機組圓筒閥動水關閉試驗是成功的。為此，決定對其余機組按照8#機組的模式進行技術改進，并再選取一臺改進后的機組進行動水試驗，以驗證技術改進后的結構適用于其余機組。2015年5月，改進完成的5#機組順利完成了圓筒閥動水關閉試驗的全過程試驗，標志著8#機組的技術改進同樣適用于其余機組。因此，在此基礎上，電廠將對剩余機組進行相同改進，同時，在經過專家論證后其余機組將不再進行動水關閉試驗。

5 結語

大多數水電站設置圓筒閥的主要作用是減少停機期間導水機構的漏水量，在設置圓筒閥的同時也設置了快速關閉閘門作為電站極端工況的保護，故對圓筒閥是否進行100%負荷下的動水關閉試驗并不十分關注。但錦屏二級水電站未設置快速閘門，圓筒閥兼備快速閘門的功能，因此，為了確保動水關閉試驗順利完成，業主高度重視，組織國內知名專家進行了多次現場調研和咨詢，廠家也進行了積極的響應和研究，最終完成了100%負荷下的動水關閉試驗，為運行單位提供了重要的安全保證。