惠州抽水蓄能电厂进水阀无法全开常见故障分析

王 斌

（南方电网调峰调频发电有限公司惠州蓄能发电有限公司，广东 惠州516000）

0 引言

惠州抽水蓄能电厂（以下称惠蓄）位于广东省惠州市博罗县城郊，是一座周调节的纯抽水蓄能电厂。电厂分A厂、B厂建设，A厂、B厂工程分别安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组，单级容量300 MW，总装机容量2 400 MW。电厂属于高水头（最小水头509 m）、长压力管道（4 772 m）的大型抽水蓄能电站，在水轮机前设置球阀作为进水阀。惠蓄机组自投产以来，多次因为球阀故障导致开机失败。现对惠蓄球阀操作回路及开启流程进行介绍，对球阀无法全开的常见故障进行分析，总结运行人员处理此类故障的思路。

1 惠蓄球阀操作回路简介

惠蓄球阀为卧轴式双密封结构，主要由阀体、阀芯、密封装置和操作机构等组成。球阀的开关及上下游密封的投退由球阀液压回路控制上游压力水进行操作，工作密封设在进水阀下游侧，检修密封设在进水阀上游侧，设有自动液压锁定和手动机械锁定。每台球阀有一个PLC控制系统，对球阀和上下游密封进行监视和控制。惠蓄球阀的液压回路图如图1所示。

2 惠蓄球阀开启流程及开启液压回路描述

球阀开启流程：当发出开球阀令后，下游密封控制电磁阀511EM励磁，液压锁定电磁阀512EM接着励磁，当收到530FC（下游密封控制阀位置传感器）、535SP（下游密封压力传感器）和535FC、536FC、537FC（下游密封位置传感器）退出的信号，确认球阀下游密封已经全部退出；当收到519FC（液压锁定投入位置传感器）退出和520FC（液压锁定退出位置传感器）投入的信号，确认球阀液压锁定已经全部退出。然后电磁阀510EM励磁开球阀，球阀的4个位置传感器502FC（球阀全关位置传感器）、503FC（球阀正在开启位置传感器）、504FC（球阀突然关闭位置传感器）、505FC（球阀全开位置传感器）依次收到信号，确认球阀全开，球阀开启流程结束。

球阀开启液压回路：球阀开启过程中，在收到下游密封及液压锁定退出信号后，510EM励磁开球阀，液压油通过管路进入辅助接力器505VD、506VD的上腔，使辅助接力器动作提起重锤505CP、506CP，并通过齿盘带动凸轮压紧导向阀组触头使导向阀501DR、502DR的P、A口接通，球阀操作水自上游压力钢管经过滤器引至导向阀501DR、502DR的P口、A口，进入球阀接力器的下腔。由于接力器下腔面积大于上腔，在向上的合力作用下球阀缓慢开启。惠蓄球阀开启操作液压回路示意图如图2所示。

3 球阀无法全开常见故障

（1）电磁阀故障

球阀开启过程中涉及下游密封控制电磁阀511EM、球阀液压锁定电磁阀512EM、球阀控制电磁阀510EM，任一电磁阀发生故障将导致球阀开启失败。电磁阀常见故障表现为电磁阀接头松动或锈蚀、线圈烧损、电磁阀内部节流片脱落。

图1 惠蓄球阀液压操作回路示意图

图2 惠蓄球阀开启操作液压回路示意图

（2）传感器故障

球阀开启过程中共涉及3个部件的传感器，分别是球阀下游密封传感器（530FC、535SP、535FC、536FC、537FC）、球阀液压锁定位置传感器（519FC、520FC）、球 阀 本 体 位 置 传 感 器（502FC、503FC、504FC、505FC）。当任一传感器故障将导致球阀开启流程无法继续，继而导致球阀开启失败。惠蓄因下游密封压力传感器535SP工作环境恶劣，经常被淤泥堵塞，球阀开启或关闭过程中无法收到下游密封退出或投入信号，导致开停机失败，在对其换型后，该问题仍然得不到有效解决，最终通过修改硬接线，将球阀下游密封压力开关535SP信号并入下游密封控制阀位置传感器530FC后，该问题得以解决。另外为防止单一传感器故障导致机组启动失败，惠蓄对球阀本体位置传感器进行了双重化配置，即在相同位置安装两个传感器，当其中任一传感器故障，不影响球阀的正常开关流程。

（3）球阀开启液压回路故障

球阀开启液压回路主要包括球阀下游密封退出回路，球阀液压锁定退出回路，球阀开启操作回路及球阀相关闭锁回路（下游密封投入闭锁球阀无法开启和尾闸关闭后闭锁球阀无法开启）。常见故障主要包括管路漏油、节流片堵塞、接力器密封损坏、逆止阀故障、闭锁导向阀异常等。

（4）球阀操作水回路故障

惠蓄球阀操作水回路设有两组操作机构，共8个导向阀组（501DR、502DR）16个阀芯、每两个阀组对应一个重锤和凸轮机构，两个凸轮呈相对位置安装在驱动轴上，每个凸轮对应左右两个阀芯触头，从而实现4个阀组对单个接力器进行4路并联同步供水操作，压力水进入接力器后因下腔面积大于上腔面积，在向上的合力作用下球阀缓慢开启。球阀操作水回路常见故障包括管路漏水、接力器内漏上下腔串水、节流片堵塞、导向阀阀芯卡塞等。惠蓄曾出现球阀开启至90%后无法继续开启的问题，对相关操作水管路、接力器、节流片检查未发现异常。最终在将16个球阀操作水导向阀芯逐一拆解后，发现其中一个阀芯因内部卡簧断裂，导致其所固定的U型密封圈及锁定垫片松脱，滑移至阀杆端部，引起阀杆卡涩，造成阀组供水口（P口）在球阀开启时不能正常连通至接通接力器下腔的A口。由于操作水机构共有8个阀组，接力器下腔面积大于上腔，在其他7个阀组的作用下刚开球阀时由于力矩较大球阀还能克服摩擦缓慢开启，球阀开至90%左右时力矩达到平衡，导致球阀无法全开。

（5）球阀枢轴轴套卡塞故障

惠蓄自2011年开始陆续有3台机组（5号、3号和4号机组）频繁出现球阀开关超时现象。在对球阀枢轴轴套检查后发现，因TENMAT轴套的自润滑材料和铜基材粘连的胶水涂抹不均匀导致球阀在开关过程中枢轴轴套中的自润滑材料脱落，造成轴套内部卡塞，球阀开关困难。最终惠蓄于2013年选用新型的OILES自润滑轴套对8台机组球阀枢轴轴套进行更换，截至目前运行正常。

4 球阀无法全开故障处理思路

（1）球阀无法全开将导致球阀开启流程超时，机组转机械停机，球阀进入关闭流程。运行人员到达现场后应检查球阀是否已经关闭到位，全关信号是否收到，接力器是否已经到位，液压锁定是否已经投入，下游密封是否投入，现场管路有无漏水、漏油情况，球阀重锤是否脱落。一旦球阀无法关闭，首先确认导叶已全关，当机组转速小于5%后，机械刹车和高压注油系统应在投入状态，当未自动投入时，立即手动投入。然后根据现场实际情况尽快组织人员采取措施关闭球阀。当球阀全关后，下游密封或液压锁定无法投入时，立即投入上游密封和手动机械锁定。处理问题的基本原则是迅速采取措施限制事故的发展，将事故置于可控状态。

（2）结合报警站报警信号和球阀开启流程的Evenlog（事件记录）进行分析。确认电磁阀510EM、511EM、512EM是否动作正常，如有异常，检查相关电磁阀线圈是否烧毁，接头是否松动。确认球阀液压锁定位置传感器519FC、520FC，下游密封控制阀位置传感器530FC，下游密封位置传感器535FC、536FC、537FC，下游密封压力传感器535SP，球阀位置传感器 502FC、503FC、504FC、505FC 在开启过程中信号接收正常，如有异常，检查相关传感器。

（3）检查球阀的控制回路是否正常，主要涉及PLC卡件及相关回路端子。

（4）检查球阀与尾闸闭锁回路是否正常，检查球阀与下游密封闭锁回路是否正常，检查重点为闭锁导向阀及电气闭锁回路。

（5）检查球阀液压操作回路是否正常。现地开球阀试验，如果球阀操作机构重锤提起顺利，凸轮及导向阀各触头位置无误，证明球阀操作液压回路正常。

（6）检查球阀操作水回路是否正常，有无堵塞或节流片被卡塞情况。检查球阀操作水导向阀，有无串水或者阀芯卡塞。检查球阀操作水接力器是否有异常的过水声音。

（7）检查球阀枢轴是否正常，是否存在球阀拐臂限位铜环间隙不均匀的异常现象。

（8）当故障处理完毕后，对机组进行SR工况试机，确保机组已恢复正常。同时组织相关人员对其他机组进行检查，确认不会存在同类型缺陷。

5 结语

进水阀作为抽水蓄能机组的重要设备，其正常工作对机组的稳定运行有着重要意义。当进水阀出现故障时，可能多种故障现象同时产生，在短时间内判断出故障原因，尽快恢复机组正常运行是电厂运行人员必须掌握的技能。