构皮滩水电站

构皮滩发电厂技术供水系统减压阀改造应用
陈育红   构皮滩发电厂

摘要：减压阀的性能，直接影响机组技术供水的品质，影响机组的安全稳定运行，本文针对以色列膜片差压式减压阀和ZJY46H-40CDN500型减压阀在构皮滩发电厂运用的实际情况，对两种类型减压阀的优缺点进行对比分析，说明ZJY46H型减压阀在高水头电站运用是可行的。

1、概述：

构皮滩发电厂位于乌江干流中游，是乌江干流开发的第7个梯级电站，控制流域面积43250km2，多年平均径流量222亿m3。本工程开发的主要任务是发电，兼顾航运、防洪及其他综合利用；水库总库容64.51亿m3，调节库容29.02亿m3，死库容26.62亿m3，正常蓄水位630m；电站装机5×600MW，多年平均发电量96.82亿kW•h。是乌江流域单台容量、总装机容量最大及超高电压等级的特大型水电站，也是中国华电集团公司在建及投产的最大水力发电厂。2009年工程通过首台机组（#5机）启动阶段质量监督和启动阶段单位工程验收及启动试运行验收后于2009年7月31日投入运行，2009年底实现五投。

2、电站相关参数：

3、机组技术供水系统简介

3.1机组技术供水系统（如下图一所示）设计采用技术供水水源机组（小机）集中供水和单机单元自流减压供水的混合供水方式，其中一路是采用5台水源机组发电减压后的尾水集中汇流至汇流母管，从汇流母管上分别引出5路供水作为600MW机组的技术供水主用水源，另一路采用600MW机组钢管取水通过自流减压后作为600MW机组的技术供水备用水源。

3.2机组备用技术供水系统减压阀更改原因

由于技术供水水源机组尚在安装施工，未形成技术供水系统的相互备用，600MW机组的技术供水采用单机单元自流减压供水方式单回路运行（目前600MW机组的主用技术供水）。单机单元自流减压供水安装两台以色列多若特管理控制阀门有限公司隔膜式减压阀，采用两级减压阀减压的方式供机组使用，其中：一级减压阀额定压力为4.0MPa，二级减压阀额定压力为2.5MPa。减压阀的调整压力为一级减压阀后压力为0.9～1.0MPa，二级减压阀后压力为0.5～0.6MPa。因备用技术供水系统以色列多若特减压阀存在失效等隐患，为考虑机组安全稳定运行，除对以色列多若特减压阀进行必要的加固反措外，在#10F水源机组段安装了ZJY46H-40C型自流减压系统减压阀，作为600MW机组的备用供水水源，并将600MW#1、#5机组以色列多若特减压阀更换为ZJY46H-40C型自流减压系统减压阀。

4、减压阀应用简介与分析

4.1以色列多若特差压式减压阀：

2010年6月12日上午巡视检查发现#5机组技术供水二级减压阀后端水压为1.0MPa，空冷器及各部轴承供水水压为0.8MPa（正常运行水压为0.2～0.6MPa），运行人员及时调整空冷器及各部轴承供水阀开度，将空冷器及各部轴承供水水压调整为0.6MPa，并通知检修人员现场检查，发现系#5机组备用技术供水一、二级减压阀压力无法调整。6月12日晚至13日低谷停机检查分析后确认#5机组减压阀已经失效，6月14日解体检查两级减压阀，发现一级减压阀阀杆断裂，阀座脱出，阀芯卡在阀体内；二级减压阀阀杆断裂，且阀杆、阀芯已冲走，减压阀下隔离盘中心孔下游侧偏磨严重，阀门内部严重破损。6月15日被迫申请停机进行处理，6月27日23时分更换#5机组技术供水减压阀（中基ZJY46H-40CDN500型减压阀）恢复5#机组技术供水，8点08分#5机复备交调度恢复运行。2010年8月11日23时，对#4机组备用技术供水系统二级减压阀进行解体检查，发现阀座固定螺栓有1颗脱落，2颗螺栓松动。

差压式减压阀结构示意图

4.2减压阀损坏原因分析，通过对机组运行方式和运行工况和损坏的以色列减压阀部件分析：

4.2.1过流面形状复杂,从而当高速水流通过时产生紊流。如图二所示:图中P1为进口压力、P2为出口压力。进口高压水流冲击阀盘，由于阀盘上形状复杂，导致流态的紊乱。

4.2.2导向爪与阀座的间隙太大（总间隙1mm）。因此，当紊流产生时形成导向爪与阀座之间的相互撞击。由于导向爪为铜材质、阀座为不锈钢材质，工作时间一长，在导向爪上形成撞击痕迹。如图三所示

4.2.3最终，因机组开停机或流量变化时，导向爪上形成痕迹卡在阀座上，在纵向受力的工况下，导致导向爪、阀杆的弯曲或断裂。如图四所示。#5、#4机减压阀解体检查看，阀座不锈钢圈螺栓存在松动、脱落隐患，隔膜碟锁固螺栓也无安全锁定措施等，致使减压阀在使用过程中存在一定的安全风险。

4.3以色列减压阀反措：

4.3.1将减压阀导向爪由铜质材料更换为不锈钢材料（以色列新阀已实施）。

4.3.2在减压阀阀盖上加装导向杆，便于在运行中观察减压阀的开启和关闭情况（以色列新阀已实施）。

4.3.3采取进一步做好防止螺栓、阀座松动措施。即先将减压阀解体，将减压阀阀座固定螺栓与“L”型锁定块采用点焊方式固定，在阀座上部与阀体存在的间隙部分采用环氧树脂浇注办法，对间隙部位进行严密浇注（工地实施）。进行焊接时，为确保不损坏阀座密封圈，点焊“L”型锁定块与固定螺栓时控制温度上升过快并做好现场冷却措施，采取对称点焊，并用浸水的石棉布做好相应保护。为确保焊接质量满足要求，派专业的高级焊接人员进行焊接，并安排专业技术人员和以色列厂家服务人员共同现场监护。

4.3.4阀座、隔膜碟等固定螺栓在装配时须涂上专用螺纹锁固胶后预紧，并将阀杆螺母用锁定片锁固在上隔膜碟上。经过对各种减压阀资料收集和到相关电厂进行考察，选用湘潭中基电站辅机制造有限公司生产的ZJY46H-40CDN500的活塞式减压阀，分别安装在#1、#5机组，替代目前用的以色列差压膜片式减压阀。

4.4ZJY46H-40C型减压阀：

减压阀的自力调节工作原理如图五所示：

P1为减压阀的进口压力；P2为减压阀出口压力；Pt为减压阀主阀的弹簧压力；Pk为减压阀主阀的压力调节腔压力；Pt′为反馈系统控制阀弹簧压力；Pk′为反馈系统控制阀压力调节腔压力；h为减压阀阀座和节流锥的开启高度（相当于主阀的过流面积）。

减压阀正常工况时，Pt=Pk，在控制阀Pt′=Pk′。此时、主阀和控制阀的阀座与节流锥开启高度h是一个定值（即过流面积一定过流量一定）。因此，减压阀出口压力相对是一个低压值P2。

当P1上升时，减压阀的P2+ΔP2首先表现为上升，其值通过反馈系统出口管传到控制阀，使Pt′+ΔPt′，ΔPt′与Pk′的力达到新的平衡，控制阀h减小；相应ΔPk′压力增大，经压力导管，使主阀的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk压力达到新的平衡，主阀h减小、ΔP2值恢复为原P2值。当进口压力P1下降时，主阀与控制阀的工况则与上述的工况相反。

当出口流量Q增大时，减压阀的工况相当于P1下降时的工况。当出口流量Q减小时，减压阀的工况相当于P1上升时的工况。

从减压阀的过流方式分析：水流沿节流锥流向出口，有效地减少了紊流现象，有利于P2的稳定性和低噪声。如图六所示。

从减压阀的流量特性分析：当机组供水量为2000m3/h时，减压阀节流锥行程H为30mm(最大为100mm),只使用了最大流量的3/7，满足电厂单台减压阀供两台机的要求。在单调节5#机组ZJY46H-40CDN500减压阀时，过流量从30%至100%进行调节（流量变化），P2值变化值为0.50～0.53MPa，误差0.03MPa，满足《GB12245-2006减压阀性能试验方法》误差不大于10%的要求。

从减压阀的压力特性分析：在单调节5#机组减压阀时，进口压力为1.60MPa。P2值整定为0.50MPa，手动减压阀后阀门的开度，使进口压力在1.00～1.60MPa变化。P2值变化值为0.5－0.51MPa，误差0.01MPa。满足《GB12245-2006减压阀性能试验方法》误差不大于5%的要求。ZJY46HCDN500减压阀的综合技术参数满足构皮滩发电厂运行要求。

5、结束语

构皮滩发电厂通过对600MW机组技术供水系统#1、#5机组以及#10F水源机组旁通减压系统减压阀进行改造后，达到了以下几方面效果：

ZJY46H-40CDN500活塞式减压阀的减压比满足我厂160m～200m水头下，减压阀后压力稳定为0.5Mpa左右的要求，同时一级减压即可。

消除了构皮滩发电厂原有国外减压阀在结构上容易损坏的问题。ZJY46H-40CDN500活塞式减压阀从结构上看，活塞杆受活塞和支撑筋两点定位，能保证活塞杆和节流锥位置在工作中保持垂直上下移动，节流锥不会与其它部件发生碰撞，而且没有橡胶隔膜等容易损坏的部件，并且该减压阀各零部件结构坚固耐用，具有使用寿命长的优点，从而减少了大量的维护工作量。

ZJY46H-40CDN500活塞式减压阀能有效地避免了膜片差压式减压阀存在的缺陷重复发生，阀门在性能的稳定性、安全性、使用寿命、防泥沙能力及检修维护等方面都具有良好的优越性，实践证明，构皮滩发电厂机组自流减压技术供水系统的改造是成功的。

电站概况：

构皮滩水电站是国家“十五”计划重点工程、是贵州省实施“西电东送”战略的标志性工程，是贵州省、中国华电集团公司已建成最大的水电站。

构皮滩水电站位于贵州省余庆县境内，是乌江流域梯级滚动开发的第五级，上距乌江渡水电站137千米，下距河口涪陵455千米，控制流域面积43250平方公里，占全流域的49%，坝址多年平均流量717立方米每秒，坝址多年平均径流量226亿立方米。

电站主要任务是发电，兼顾航运、防洪及其他综合利用。水库总库容64.54亿立方米，调节库容29.02亿立方米，正常蓄水位630米。地下电站装机容量5×600兆瓦，保证出力746.4兆瓦，设计多年平均发电量96.82亿千瓦时。

工程重大作用：

构皮滩电站是贵州省历史上最大的水电站，总装机容量300万KW，超过长江上的葛洲坝电站。具有多年水电开发经验的构皮滩电站建设公司副总工程师雷辉光告诉记者：“这样大规模的水电建设，在过去不引进国外的先进设备，是难以想像的。但构皮滩电站却实现了水电站机组全部国产化。”

据了解，构皮滩水电站机组是我国通过三峡工程建设引进、吸收国际先进发电机设备制造技术后，自行设计、制造的特大型机组，每台机组垂直高度近25层楼高，安装各种机械、电气配件10万件，重4000t，最大的配件———发电机转轮1200t，各种管道40000多m、电缆总数30000多m，其中1号—5号水轮机由哈尔滨电机厂有限责任公司生产，1号—3号发电机由天津阿尔斯通水电设备有限公司生产，4号、5号发电机由东方电机股份有限公司生产。

电站从2003年11月8日正式开工，到2009年7月31日首台机发电，建设时间之短令国外同行侧目。雷辉光介绍，在如此短的时间内，用国产机组建这样一座大坝，彰显的就是中国力量。

据了解，贵州省电力总装机容量将达到3000万KW，相当于两座三峡电站。届时，可形成向广东输送5条交流、2条直送电网路。