天荒坪电站球阀位置开关的改进

张书友，曾 辉

（天荒坪抽水蓄能有限责任公司，浙江 安吉 313302）

天荒坪抽水蓄能电站是一座高水头、高水位变幅、高转速的日调节纯抽水蓄能电站。根据设计要求，机组有发电、发电调相、抽水、抽水调相、停机等5种工况，在整个电网系统中承担调峰调谷、事故备用等任务。

全厂6台机组的进水阀为横轴双面密封球阀，采用油压操作，通径为2 m。球阀安装在压力钢管和水泵水轮机蜗壳进口段之间，起着机组正常停机和事故切断水流的作用。整个球阀系统由挪威KVAERNER公司供货，主要有球阀本体部分、球阀电气控制部分、球阀油压部分组成。天荒坪电站首台机组于1998年9月投运，在经过数年运行以后球阀位置开关故障导致机组启动异常次数明显上升，需对出现的问题进行分析并采取措施加以改进。

1 2种球阀位置开关工作原理

1.1 球阀机械压紧式开关工作原理

机械压紧式开关一般安装在预定的位置，当与机械连动的部件触动行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。机械压紧式开关的结构原理如图1所示，当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时，撞杆转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。

机械压紧式开关原理简单，主要有以下缺点：

图1 滚轮式行程开关

（1）需要接触行程开关连杆，然后有机械式行程动作，若此步有问题，会影响到电气触点通断，直接关系电路动作与否。

（2）通过机械接触转换为电信号，易受电气内接点位置影响。

（3）电气内触点容易受机械点接触压力大小影响，易发生变形。

（4）电气内触点容易氧化，接触不良。

由于球阀的位置开关使用的是机械压紧开关，其固有的缺陷导致多次出现故障，从而影响机组稳定运行。

1.2 球阀接近式开关工作原理

接近开关大多由一个高频振荡器和一个整形放大器组成，图2为接近开关工作原理图。振荡器振荡后，在开关的感应面上产生交变磁场，当金属物体接近感应面时，金属体产生涡流，吸收了振荡器的能量，使振荡器减弱以致停振。振荡与停振是2种不同的状态，由整形放大器转换成二进制的开关信号，从而达到检测位置的目的。

图2 接近式开关工作原理

接近式开关可无接触、无压力地发出检测信号，具有灵敏度高、频率响应快、重复定位精度高、工作稳定可靠、使用寿命长等优点，在自动控制系统中已获得广泛应用。

接近式开关的特点：

（1）非接触检测，避免了对传感器自身和目标物的损坏。

（2）无触点输出，操作寿命长。

（3）即使在有水或油喷溅的恶劣环境中也能稳定检测。

（4）反应速度快。

（5）小型感测头，安装灵活。

2 球阀位置开关运行故障分析与处理

2.1 球阀机械压紧式开关故障原因

球阀工作环境恶劣，经常出现球阀工作密封下游螺栓和球阀枢轴u型密封漏水、球阀工作旁通阀的排污孔渗水；检修旁通阀在关闭状态下漏水；工作旁通阀漏水等情况，导致球阀机械压紧式开关工作环境很潮湿，造成球阀机械压紧式开关内接点锈蚀短路、线路直流接地等故障。

机械压紧式开关是接触开关，长期处于受压缩状态，这样容易造成弹簧转臂故障。若撞块移动速度太慢，则触点就不能瞬时切断电路，使电弧在触点上停留时间过长，触点易烧蚀。

2.2 更换开关

将球阀的位置开关由机械压紧式位置开关全部更换成接近感应位置开关。为解决球阀枢轴漏水的问题，将U型改成V型结构，逐步更换成新V型结构的密封。另外还逐步将锈蚀的枢轴密封槽更换成不锈钢结构，这样解决了位置开关工作环境较潮湿的问题。球阀位置开关经改进后，运行稳定性有很大提高，经过了发电、发电调相、抽水、抽水调相等工况运行，球阀位置开关工作正常，球阀位置开关达到了原技术要求。

将有类似问题的工作密封位置开关更换成接近式开关后，仍存在一些故障。主要原因是由于上下游压力差变化，密封投入后有细微的变化（位置开关感应距离变化），加上机组在停机时振动较大导致传动杆位置超出开关感应的距离。后改变开关与传动杆的感应方式，开关放置由原来在传动方向对侧改为旁侧，但是效果不是很好，这是由于使用初期因检修过程中尾水管排水导致球阀前后压差出现一定变化，相应密封投退也出现一定的位置变化，由此反映为位置开关感应距离的变化，加上机组在停机时振动较大导致传动杆位置超出开关感应的距离。后将位置开关由原来正向放置改为侧向放置，同时在传动杆上增加了感应块以适当增加感应范围，解决了上述问题。

3 结语

球阀是抽水蓄能机组中的重要设备，在选择球阀位置开关时，应考虑结构和原理简单，并能满足现场工况需要。若位置开关防潮性能不足，则容易造成经常性直流接地。若安装距离太近，则容易造成位置开关电磁相互干扰。

天荒坪抽水蓄能电站球阀位置开关经过多次改进，达到了有关技术规范的要求，提高了机组的启动成功率、运行可靠性、稳定性和可用率，降低了设备故障率，为天荒坪抽水蓄能电站生产目标的完成提供了可靠的保障。

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