筒形阀在滩坑水电站中的应用

吴旭明 陈荣洲

（浙江浙能北海水力发电有限公司，浙江 丽水 323907）

一、电站概况

滩坑水电站位于浙江省丽水市青田县境内的瓯江支流小溪中游河段，距大溪小溪汇合口约26km，距青田县城西门32km，距温州市公路里程92km，距离丽水市公路里程107km。电站接近电网负荷中心，对外交通便利，经济指标较好，综合效益明显，是瓯江流域水电梯级开发规划中的一座重要骨干电站。

滩坑水电站装有3台200MW混流式水轮发电机组，多年平均发电量10.23亿kW・h，保证出力87.75MW，年利用小时1705h；水库正常蓄水位160m，水头变幅81～127m，具有多年调节性能。电站建成后将担负浙江省电力系统调峰、调频、调相及事故备用任务，同时兼顾防洪，并具有其他综合利用效益。

二、筒形阀及其应用简介

1. 筒形阀性能简介

筒形阀是水轮机的一种进水阀门，关闭时布置在固定导叶与活动导叶之间，开启时提升到座环与顶盖所形成的环形空腔内，筒体下端面与座环和顶盖流道平齐。为了保证筒形阀平稳地开启和关闭，设置有同步装置和失步保护装置，由直缸接力器操作，用链轮链条实现5个接力器的同步运动。

筒形阀具有结构紧凑、重量轻、全关时密封性能好、全开时不产生水头损失的优点。能起到动水关闭及停机时保护导水机构避免间隙汽蚀和泥沙磨损的作用。

筒形阀阀体的上、下游间隙以及下端面形状都是在水力试验室的能量台上通过试验确定的，能保证当动水关闭时，在筒体上作用最小拉力。筒形阀在全关位置时，由于上、下端的密封布置，使作用在筒体上的水压力是向下的，具有自密封作用。筒形阀采用直缸接力器操作，较之油马达操作，具有油压设备较小的优点。

筒形阀由筒体、操作机构、同步机构及行程指示装置三大部分组成。筒形阀机械液压系统图，见图1。

2.滩坑水电站筒形阀基本数据

筒形阀筒体外径 φ6628mm

筒形阀筒体壁厚 120mm

筒形阀筒体高度 1203mm

筒形阀操作接力器个数 5个

接力器直径 φ280mm

接力器行程 1128mm

筒形阀开启时间 约90s

筒形阀关闭时间 约60s

图1 筒形阀机械液压系统图

接力器操作油压 6.3MPa

筒形阀最大工作水头 127m

筒形阀承受的最大升压水头 160m

筒形阀的最大漏水量（初装） 10L/s

筒形阀的油压装置型号 HYZ-4-6.3/s

电站台数 3台

三、滩坑水电站应用筒形阀和进水口闸门、蝴蝶阀的比较

滩坑水电站发电厂房为引水式地面厂房，单管单机，最长引水系统长约428m。电站年利用小时为1705h，担任系统峰荷，机组启停较频繁，停机时间相对较长。

为保护机组，在水轮机前需设进水阀或在进水口设快速事故门。在该水头段，进水阀一般选用蝴蝶阀或筒形阀。该电站拟定三个方案进行比较，从技术经济上各有优缺点。

1.方案1：蝴蝶阀+事故闸门

蝴蝶阀技术相对成熟，结构紧凑，工作可靠，大量用于200m水头以下的水轮机进水阀。蝴蝶阀在过流状态存在流阻损失，双平板蝶阀其流阻系数一般在0.08～0.1之间，但其引起的水头损失所造成的电能损失是不容忽视的。根据目前的水平，蝴蝶阀外漏基本可以做到为零，但对于大直径蝴蝶阀，阀体分瓣后，不可避免的存在内漏现象。该工程初估蝴蝶阀公称直径约为6.2m，大直径蝴蝶阀制造难度相对较大，但目前国内已制造并成功投入使用的双平板蝴蝶阀直径为5.3m，国外水电站投入使用的蝴蝶阀最大直径为8.23m。

2.方案2：筒形阀+事故闸门

筒形阀作为一种置于固定导叶与活动导叶之间的圆筒式阀门，具有结构简单，不增加厂房尺寸等优点。本工程初估筒形阀外径约为φ6.7m。目前，国内采用筒形阀的电站有：漫湾φ7450mm×1450mm（外径×高度）、大朝山φ7937mm×1837mm（外径×高度）、石泉扩机φ5450mm×1500mm（外径×高度）、小浪底φ8400mm×1710mm（外径×高度）。该电站水头属于中高水头范围，作为一种普通水头的混流式机组安装筒形阀，只要工艺设计牢固、同步装置系统设计正确，其性能是可以保证的。根据目前国内已投运电站筒形阀的实际调试、运行情况，为保证机组运行的可靠性，在机组运行初期，要求进水口事故闸门能在4min内关闭。

表1 进水口闸门、蝴蝶阀与筒形阀方案比较 单位：万元

3.方案3：快速闸门+检修闸门

快速闸门方案布置简单，但是由于该电站年利用小时数较低，平均停机时间约为4560h，而且机组经常运行水头在110m以上。在机组停机期间，一般不关闭快速闸门，相应导叶的漏水量十分可观。

各方案经济指标比较，见表1。

综合比较，从技术上看，虽然筒形阀在初期安装、调试上可能存在一定难度，但在进水口设置事故闸门后，仍可起到机组防飞逸的保护功能，而且运行上可避免大量的导叶漏水，节约运行成本。另外从经济角度，其一次性投资和运行维护费用也较低。滩坑水电站由于水头较高及引水系统布置的特点，经多次论证后最终选择采用筒形阀+事故闸门方案。

四、现场应用

1.筒形阀优点

筒形阀在滩坑水电站投运以来，实际应用有以下优点：

(1）由于筒形阀具有良好的密封性能，停机时关闭筒形阀可消除导叶前后的压力差，防止导叶关闭位置因间隙汽蚀和泥沙磨损对导水机构造成损坏，从而延长机组的大修周期，降低机组大修成本。

(2）圆筒阀能快速动水关闭（关闭时间为60s左右），且紧靠水轮机蜗壳进口，因而能更快速有效地保护机组，减少机组的飞逸持续时间，防止事故扩大。

(3）关闭时漏水量小，仅为10L/s，是不装筒形阀机组导叶漏水量的2%左右，从而可减少电能损失。

2.存在的问题

但与此同时，应用过程中也存在如下问题。

(1）1＃机筒形阀在运行初期达不到全开位置的现象时有发生，需工作人员现场处理，影响了机组正常运行。经过对筒形阀筒体的检查，筒体发生了偏移，是初期安装质量不过关所致。经重新调整更正，卡机现象基本不再发生。后来，其他两台机组吸取1＃机的经验，未再发生卡机和100%开度位置问题。

(2）水电机组在电力系统中担负调峰及事故备用，必须充分发挥其开停机频繁、并网速度快的优越性。而滩坑水电站开停机流程设计为机组备用时关闭筒形阀，使机组开机并网超过3min，未充分发挥水电机组启动速度快、运行灵活的优点。

五、结 语

滩坑水电站是浙江省第一个采用筒形阀的水电站，3台200MW水轮发电机组分别于2008年8月16日、2009年2月12日、2009年7月10日投产发电。目前，滩坑水电站的筒形阀总体运行良好，2009年7月7日3＃机筒形阀成功进行了动水关闭试验。因目前水库水位偏低还未达到正常蓄水位，筒形阀的各项技术指标将继续接受运行检验。但筒形阀在滩坑水电站中的尝试应用，为筒形阀在水电站的更广泛使用提供了值得借鉴的理论和实践依据。

【1】张利民.水轮机筒形阀综述.东方电机,1992(1):l8-28.

【2】王承勇,刘安国.光照水电站装设筒形阀分析.贵州水力发电,2004,10(1).

【3】林洪德,张利民.水轮机筒形阀的发展趋势.东方电机,2004(2):21-26.