惠州抽水蓄能电站进水阀关闭规律与轴套故障关系研究

林恺，李德武

(惠州蓄能水电厂，广东惠州516100)

惠州抽水蓄能电站进水阀关闭规律与轴套故障关系研究

林恺，李德武

(惠州蓄能水电厂，广东惠州516100)

惠州抽水蓄能电站进水阀原轴套在机组投运后不到一年即出现了故障，现场检查发现轴套自润滑材料脱落卡塞进水阀枢轴，以致进水阀无法正常开启，对各种工况受力分析发现轴套在静态下受力最大，说明原轴套的损坏与进水阀参与过渡过程调节无关。经排查原轴套制造工艺存在缺陷，导致自润滑材料脱落。对轴套进行换型后已运行达一年，进水阀各项运行指标保持稳定，进一步验证了进水阀参与过渡过程调节与原轴套故障无必然联系。

进水阀；过渡过程调节；轴套故障；关闭规律

1 概述

惠州抽水蓄能电站 (以下简称惠蓄)位于广东省惠州市博罗县礤头村，是一座周调节的纯抽水蓄能电站。电站分A厂、B厂建设，A厂、B厂工程分别安装4台机组，单机容量 (发电工况)300MW，额定设计转速为500 r/min，额定净水头为517.4m。主体工程于2004年10月正式开工，2009年5月首台机组投产发电，2011年全部建成投产。

为了保证机组安全和可靠的运行，水轮机的入水口处均装设有进水阀，上游与压力钢管连接，下游与水轮机进水蜗壳连接。一方面在水轮机及发电机组检修时通过该阀切断压力钢管内的水流，保证检修的安全，另一方面在水轮机及发电机出现异常时可有效切断水流，防止事故的发生〔1〕。

进水阀采用球阀形式，为横轴双密封结构，主要由阀体、阀芯、密封装置和操作机构 (双接力器)等组成，两侧分别连接上游压力钢管和下游延伸段，进水阀公称直径为2 m，设计压力为7.6MPa。进水阀结构如图1所示。

2 进水阀运行方式和轴套受力分析

机组正常开机时，进水阀线性开启，导叶在进水阀开启40%后分段打开，如图2所示。在机组停机时，无论是正常停机还是跳机，进水阀和导叶均同时关闭，进水阀的关闭规律一致，而导叶关闭规律在不同的情况下却不相同。由于操作油压和机械过速装置动作精度的影响，为保证机组过渡过程达到调节保证的要求，最终机组关闭规律调整至如图3所示〔2-3〕。

5号机组2011年3月15日启动调试后，2个月后即出现进水阀枢轴卡阻现象，7个月后进水阀完全无法打开。经现场检查及分析后确认进水阀轴套存在故障。

由于轴套的损坏程度取决于其受力情况，因此选取了最恶劣的几种停机工况和正常开机工况对进水阀轴套进行受力分析。计算结果如图4所示，其中图 (a)为4台机组同在最高水头下同负荷的工况；图 (b)为4台机组在最高水头下同时甩负荷工况，其中1台机组导叶无法关闭；图 (c)为3台机停水下的工况，1台机组在最高水头满负荷运行时进水阀的动水关闭；图 (d)为机组但正常开机工况。

从图3中可以看出，轴套受力最大的时候是当进水阀关闭且下游密封处于投入状态。在各种过渡过程工况中，进水阀动水关闭工况下受力最大，但该工况下轴套受力的最大值还不到进水阀处于静态时轴套受力值的一半。

从图3(d)中可以看出，导叶在进水阀开启40%后打开，此时机组流量完全跟随导叶的开度变化，说明进水阀在40%～100%这个开度区间对机组流量起不到调节作用，这与球阀在30%开度后受力迅速下降关系也是一致的〔4〕。结合图2可以看出进水阀在正常停机过程也未对机组流量起到调节作用。因此说明在机组正常开停机过程，进水阀没有用于截断水流。

3 进水阀原轴套故障问题分析

从备品轴套的结构看出，进水阀轴套为青铜表面粘接共计24块feroglideT814材料的自润滑层，因此初步怀疑自润滑层脱落卡塞枢轴导致进水阀无法开启。

2012年初对5号机组进水阀轴套进行了更换，拆卸过程中发现其中1个轴套内壁粘结的自润滑层已基本全部脱落，部分自润滑层已被压碎。

设备供货商经过全面试验、分析5号机组拆卸下来的轴套，认为自润滑材料脱落的原因是制造过程工艺、质量控制存在漏洞，因为自润滑材料的胶合过程对压力和温度有非常高的要求。

考虑到原轴套的结构形式存在固有风险，即粘结工艺要求高，且脱落后易卡涩轴套与枢轴间的缝隙导致进水阀无法操作，因此决定就轴套的设计进行修改。对国内外各种形式轴套进行调研并反复论证，最终选定铜基镶嵌自润滑材料轴套 (型号: OILES 500SP1－SL464LT)。该轴套抗拉强度为755 N·mm－2，屈服强度为345 N·mm－2，硬度为HB210，PV最大值为1.65 N/mm2·m/s。

4 轴套换型后运行情况

惠蓄于2012年底和2013年初分别完成A，B厂共8台机组进水阀新轴套的更换工作。轴套换型运行1年后，各台机组进水阀平均操作次数为740次 (进水阀开启和关闭各算1次)，其中操作次数最多的6号机组达1 008次 (其中发电工况启动315次，抽水工况启动189次)。

测量4号机组进水阀开启过程中接力器开启腔的压力，新轴套更换后和运行1年后的开启腔压力均保持在4.6MPa左右，较为稳定。各台机组进水阀开启和关闭时间保持33～35 s，未出现变化。

5 总结

惠蓄机组进水阀原轴套出现故障时，最初怀疑是与进水阀参与了过渡过程调节相关，但从进水阀轴套受力分析看出，过渡过程参与调节受到的作用力远小于进水阀处于关闭状态时的受力。经过对原轴套设计、制造等进行排查，发现原轴套的损坏是因为制造过程工艺、质量控制存在漏洞，进一步验证了进水阀参与过渡过程调节与原轴套故障无必然联系。

蓄能电站与常规电站在进水阀设计上不同，常规电站进水阀仅检修时操作，而蓄能电站进水阀每次开停机均要进行开关，但通常不用于截断水流。惠蓄机组进水阀在正常开停机过程中与导叶的开启关闭相互配合也达到了不截断水流的目的。但在机组出现甩负荷时，从电站安全角度考虑，进水阀应跟随导叶随动关闭。惠蓄进水阀所采用的先快后慢的关闭规律，可抑制机组进入 “S”区时因流量振荡所引起的巨大水锤，避免危害水道系统的稳定〔5〕。

〔1〕张清双，刘根节.水轮机进水球阀的结构设计 〔J〕.阀门，2009，(6):1-5.

〔2〕林恺.惠州抽水蓄能机组过渡过程实测结果与仿真分析 〔J〕.广东电力，2011，24(6):14-17.

〔3〕刘立志，樊红刚，陈乃祥.抽水蓄能电站导叶关闭规律的优化 〔J〕.清华大学学报 (自然科学版)，2006，43(11): 1 892-1895.

〔4〕赵冰燃，吕桂萍.球阀动水关闭应力分析 〔J〕.阀门，2011，(3):8-9.

〔5〕侯才水，程永光.高水头可逆式机组导叶与球阀的协联关闭〔J〕.武汉大学学报 (工学版)，2005，38(3):59-62.

Research on the relationship between bushing defect and closing law ofmain inlet valve in Huizhou Pum ped Storage Power Plant

LIN Kai，Li De-wu
(Huizhou Pumped Storage Power Station，Huizhou 516100，China)

The primary bushings ofmain intake valve in Huizhou Pumped Storage Power Station were found damaged in less than a year after the commercial operation.The site inspections showed that the self-lubricating material of the inlet valve bushing fell off and was jammed into the valve trunnion which caused the inlet valve cannot be opened normally.Through the forces analysis under all the differentoperation conditions，itwas found that the bushing bore the largest force in its static state，which indicated that，main inlet valve involved in the transition regulation was irrelevant to the bushing damage.The manufacturing defects were confirmed to be the main cause of the fallen self-lubricating material.In one year after the replacement of the new type bushings，all the operation conditions of the inlet valve were normal and stable，which further proved that the inlet valve involved in the transition regulation had nothing to do with the damage of primary bushing.

main inlet valve；transition regulation；bushing defect；closing law

TM752.1；TM614

B

1008-0198(2014)06-0010-03

林恺(1982)，男，福建浦城人。高级工程师，硕士，从事抽水蓄能电站生产管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.06.003

2014-04-22 改回日期:2014-07-07