摘要：球阀系统是保证水轮机组安全稳定运行的关键，本文选取了广蓄A 厂球阀系统一些缺陷故障进行诊断分析，并对其处理措施进行了简述，为同类型电站或设备缺陷诊断及处理提供借鉴，以此共同提高对水电站设备的管理，保证机组安全运行。
关键词：球阀系统；缺陷；处理
0 引言
广州蓄能水电厂（以下简称“广蓄”）位于广东省从化市，距广州市区120公里，电站总装机容量240万千瓦，设计水头535米，综合效率76%。广蓄电站是我国自行设计和施工的第一座高水头、大容量的抽水蓄能电站。抽水蓄能机组具有发电、抽水、调相等功能，启动迅速、工况转换快，在电力系统中可起到调峰填谷、调频调压和事故备用的作用。
广蓄电站是高水头、长引水管道、采用一洞四机引水方案的大型抽水蓄能电站，在水轮机蜗壳前必须设置球阀，A厂球阀为横轴式双密封结构，主要由阀体、阀芯、密封装置和操作机构等组成，名义直径2210mm，
设计静水头 611.8m，最大工作水头775m，操作介质为上游引水管道内的压力水。
1球阀操作水三通阀控制接力器重锤
广蓄A厂4台机组在开、停机时，球阀操作水三通阀控制接力器重锤都会与墙壁及三通阀控制机构的固定支架发生碰撞，该设备安装位置偏僻、空间狭窄、光线昏暗，且只有在机组开、停机时短暂的几秒内发生碰撞，若不仔细观察很难发现，检修中很少关注的部件。碰撞原因分析：根据调速器系统液压图及三通阀控制机构图发现，开机时，BE电磁阀励磁后压力油通入接力器下腔，瞬间重锤由下到上沿扇形弧边运动，与墙壁和三通阀控制机构的固定支架发生碰撞；关机时，BE电磁阀失磁后压力油通入接力器上腔，瞬间重锤由上到下沿扇形弧边运动，与三通阀控制机构的固定支架和墙壁发生碰撞；究其根本原因为球阀操作水三通阀控制接力器重锤体型及尺寸存在设计缺陷。
广蓄A厂4台机组每年启停次数较高，每台2—4次/日，机组每次启停都伴随着球阀操作水三通阀控制接力器重锤的碰撞，长期以此状态运行将带来重大隐患。根据重锤所处的空间位置、运动轨迹及其重量，重新设计了重锤体型及尺寸（重量相同）进行更换，避免广蓄A厂机组开、停机时重锤与墙壁及其固定支架发生碰撞。
2球阀旁通阀
机组在调相工况运行或抽水工况起动的时候，转轮处于脱水空转、尾水被高压空气压至转轮以下，为形成密封水环及注入冷却水，并对转动部分给予润滑，因此要向蜗壳充水而设置了球阀旁通，用来连接球阀上游压力钢管和下游蜗壳的进口段，其上安装有气压操作的旁通安全阀和液压操作的旁通阀。
2.1旁通安全阀
球阀旁通安全阀属于常开阀门，具有球型阀芯的球阀，安装在球阀旁通管上游侧，操作介质是由BP电磁阀控制的压缩空气，靠弹簧复位。正常情况下BP电磁阀处于励磁状态，压缩空气进入旁通安全阀接力器开启腔，克服关闭腔弹簧的弹力，使阀门保持在常开状态；机组检修进行安全隔离时，关闭旁通安全阀，切断机组通过球阀旁通阀与上游水道的联系。
若球阀旁通管因故爆裂或连接法兰处大量漏水，因上游水道压力大，漏水量将迅速增大，当集水廊道水位上升到196.61m高程时，水淹厂房保护 ( FLOODING PROTECTION ) 动作，使旁通安全阀控制电磁阀BP动作，旁通安全阀接通排气，旁通安全阀在弹簧弹力作用下自动关闭，截断水流。
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此阀门常常发生漏气缺陷，在水轮机层能明显听见有漏气声音，经过解体阀门气动接力器检查，发现其接力器活塞密封老化严重，容易断裂；同时，在拆卸轴封时，发现部分已经碎裂，即时存在有完好的轴封，只要轻轻用力压也会断裂。诊断分析旁通安全阀接力器密封老化速度过快原因，一是橡胶密封自身材质特性决定的易老化；二是密封长期处于带压的干燥气体中，过度与氧气接触从而易老化；三是密封表面缺少润滑脂保护，安装时涂抹的凡士林早已干化。对此采取措施，更换耐氧化的聚氨酯材料，并在安装时涂抹适量的耐风化的润滑脂，如黄油而不是凡士林。
2.2旁通液压阀
球阀旁通液压阀具有不锈钢阀芯和阀座的针形阀，直径200mm，操作介质是取自调速器压油罐64bar的压力油，由位于调速器油箱上的BD电磁阀控制其接力器，安装在旁通管的下游侧。
机组在抽水工况起动或者抽水调相工况、发电调相工况运行时，打开该阀，向蜗壳充水并保持合适的压力，以利于转轮室充气压水，使转轮脱水运行，减小转轮阻力矩和对系统有功功率的消耗。抽水工况起动并网后该阀即关闭，抽水调相工况和发电调相工况运行中则保持开启直至停机。
球阀旁通液压阀解体后检查其全部密封，端面法兰面及法兰垫密封有老化及变形现象，各处轴封、活塞密封及其他O型密封无变形，但伴有老化现象。诊断分析其密封老化变形原因，长期处于高压的油中，高压油里容有氧气及水分促使密封老化变形，频繁的动作也是变形原因之一。处理措施：定期检验油的水分，发现及时处理以提高油的品质；解体后更换全部如下表的密封件，并对球阀旁通液压阀开启腔、关闭腔油压试验（压力9.6MPa，试验时间30min），保压后压降＜5bar，无渗漏为合格。
3球阀接力器
球阀的开启与关闭由双接力器控制，缸体直径φ560，缸体总长2415，操作介质是取自上游压力钢管的高压水。接力器上端关闭腔一直接通高压水，下端开启腔通过供排高压水来控制接力器开启与关闭，当开启腔通入与关闭腔同等压力高压水时，此时由活塞杆的面积差所受压力开启球阀。
最近几年，球阀接力器陆续出现窜水，接力器关闭时，因上端关闭腔带压而下端开启腔无水压，会有明显的窜水过流声，检修时解体接力器检查，发现缸体内壁有较为严重的锈蚀拉伤现象，大面积的拉伤痕迹并且深度可达2mm。诊断分析主要原因是缸体内壁锈蚀后，随着时间增加锈渍增大脱落，脱落后随着接力器活塞的上下往复运动将缸体拉伤，从而导致接力器内部两腔窜水。
处理措施：将接力器缸体更换成不锈钢缸体，采用2Cr13材料锻造毛坯件，经车削加工而成，同时更换接力器活塞及端盖密封。检查接力器缸体外观、尺寸、UT等均符合图纸技术要求，组装后按照接力器图纸进行耐压试验（170bar，30min），保压试验（170bar，30min）以及行程检测2074.7±0.6mm，检查无渗漏无变形，均符合要求。
4结语
广蓄A厂首次充水投入使用至今，机组已经运行了近25年，且机组启动率高，随着时间推移，设备缺陷也日益增多。本文选取了球阀操作水三通阀控制接力器重锤、球阀旁通阀以及球阀接力器等球阀系统三个关键设备缺陷进行阐述，并结合自身的工作在实践中总结经验，以此共同提高对水电站设备的管理，保证机组安全生产，为社会提供更好的电力服务。
参考文献：
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[2] 张芳; 姚文革. 高水头大型球阀的设计要点. 中国新技术新产品，2018.
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[5] 刘云. 水轮发电机故障处理与检修. 中国水利水电出版社，2002年2月第1版
论文作者:罗杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/25
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