硗碛水电站球阀密封压力油操作系统分析及改造
硗碛水电站为亚洲最高水头混流式水轮机，其最大、最小运行水头分别为551.7m、458.5m。球阀前端最小的静水压力为4.58MPa，而球阀密封操作油压最大为4.0MPa，从而在球阀密封环动作时，球阀前端压力水不可避免的通过密封环与球阀本体之间的间隙窜入操作油回路，造成球阀油压装置液压系统大量进水，致使操作油劣化，电磁阀弹簧锈蚀、阀芯发卡，球阀不能正常开启和关闭，严重的影响了机组的安全性和可靠性。通过将球阀工作、检修密封操作由油压操作改为水压操作、油控制，让球阀密封装置油水分离，避免了操作油劣化、电磁阀弹簧锈蚀、阀芯发卡，球阀的自动控制得到了保证，提高了硗碛水电站运行的稳定性和可靠性，减轻了运维人员的工作强度。
1、概述
硗碛水电站位于青衣江宝兴河流域东河上游河段，为高坝引水式的电站。该电站为宝兴河流域梯级规划“一库八级”的龙头水库电站，坝前正常蓄水位2140m，死水位2060m，水库总库容为2.12×108m3，调节库容为1.87×108m3，具有年调节性能。电站安装3台80MW混流式水力发电机组，总装机容量240MW，1号、2号机组于2006年12月29日投产发电，3号机组于2007年4月6日投产发电。水轮机型号为：HL(FV13+)-LJ-228.84，额定水头、最大水头、最小水头分别为490m、551.7m、458.5m，投运时为亚洲最高水头混流式水轮机。调速器型号为PFWT—80—4.0-STARS，导叶接力器控制操作额定油压为4.0MPa。发电机组进水口球阀控制系统型号ZQKG-4.0/32，球阀接力器及其密封控制操作控制操作额定油压为4.0MPa。
硗碛电站1～3号机组自投入运行后，多次发生由于球阀油压装置油混水，导致控制回路电磁阀弹簧锈蚀、阀芯发卡，造成球阀不能正常开启和关闭，严重的影响了机组的安全性和可靠性。究其原因，由于球阀密封操作油压最大为4.0MPa，而密封前端最小的静水压力为4.58MPa，从而在球阀密封环动作时，球阀前端压力水不可避免的通过密封环与球阀本体之间的间隙窜入操作油回路，造成球阀油压装置液压系统大量进水，导致操作油劣化。
球阀工作密封结构图如图1所示，检修密封结构与此相同。
图1 球阀工作密封结构图
2、原球阀密封控制操作方式及其存在的问题
2.1、原球阀密封控制操作液压原理
原球阀密封控制操作液压原理见图2。
图2 原球阀密封控制操作液压原理图
2.2、原球阀密封控制过程及其存在问题
通过图2可以看出，压力油通过电磁阀的控制，直接通入球阀密封装置控制活塞腔。由图1可以看出，球阀本体和密封装置活塞腔之间是动静配合，不可避免的有间隙。硗碛电站水轮机水头高，球阀前端最小的静水压强为4.58MPa，球阀密封装置操作、控制油压最大为4.0MPa，在这种情况下，球阀前端高压水通过球阀本体和密封装置活塞腔之间的间隙渗入到工作密封退出腔，通过回油管流入漏油装置内。通过液压油循环进入操作油系统，由于液压油中含有大量的水分，致使油质劣化，锈蚀电磁阀弹簧，导致电磁阀不能可靠地动作，从而导致球阀不能自动开启，影响机组运行的稳定性和可靠性。另外，由于球阀油压装置透平油混入大量水分，为保证油质，需要频繁的对透平油进行过滤，大大加大了运维人员的工作强度。有时需要运维人员手动协助开启球阀，增加了误操作的可能性，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为影响到运维人员和机组的安全性。
3、球阀密封控制操作方式技术改造方案及其特点
3.1 1)技术改造后的球阀液压系统如图3。
图3 技术改造后的球阀液压系统图
2)图中各阀门正常运行状态如表1。
表1 各阀门正常运行状态表
3.2、技术改造方案的总体思路如下：
1)将球阀工作、检修密封操作由油压操作改为水压操作、油控制;
2)球阀工作、检修密封投入、退出由液压换向阀控制，该液压换向阀控制介质为压力油，来自球阀油压装置。
3)水压操作源从平压装置上游管路引取，通过两级滤水装置净化水质后，分别引向球阀工作密封装置和检修密封装置;密封环前后水压一致，但是密封环活塞腔的面积远大于密封环与球阀活门的接触面积，所以能实现密封环可靠地动作;在密封回路装设油压控制的液动换向阀，通过电磁阀控制液动换向阀的开启和关闭，以实现密封装置的投入和退出。
3.3、技术改造后球阀密封运行方式及其注意事项
1)在自动运行情况下，密封装置的投退利用电磁阀控制的液动换向阀现实。
2)机组球阀开启之前，应详细检查球阀密封操作水系统各阀门处于表1所述状态。
3)机组停机过程中发现球阀密封水操作工作密封投不上，导致机组低转速长期运行，此时应投入球阀检修密封。
4)当球阀密封液动换向阀故障不能动作时，应开启检修密封排水阀1 263阀，开启旁通操作手阀1261阀，通过水压将检修密封关闭。
5)在以上均失效，比如水过滤器严重堵塞，或水管路漏水导致水压不够等情况下，就关闭1 250阀，关闭1 252阀，开启1 149阀，手动液压泵打油压关闭检修密封。
6)1247-1，1249-1，1251-1三个水过滤器排污阀应该定期手动排污。
3.4、技术改造后球阀密封运行的功效
1)硗碛球阀密封改造后，球阀自动开启成功率大幅提高，提高了机组自动运行的可靠度，大幅缩短机组开停机时间，减少不必要的耗水，大大提高了机组运行的可靠性和经济性。
2)硗碛球阀密封改造后，球阀油压装置再没有出现油混水的安全隐患，减少了运维人员的透平油净化处理工作。
3)硗碛球阀密封改造后，运维人员不再手动协助开启球阀，减少了运维人员的工作强度及减少误操作的可能，提高了机组运行的安全性和稳定性。
4、结语
硗碛水电站从实际情况及运行特点出发，抓住了问题的根源，通过简单易行的技术改造方案，解决了由于球阀密封环动作时前端压力水通过密封环与球阀本体之间的间隙窜入操作油回路，导致控制回路电磁阀弹簧锈蚀、阀芯发卡球阀不能正常开启关闭的问题，很大程度减少了运维人员的工作强度，极大的提高了硗碛水电站运行的稳定性和可靠性。
