紫坪鋪水電站位于四川省都江堰市,系岷江上游干流第五級電站,距都江堰9KM,距成都市64KM，電站設(shè)計(jì)裝機(jī)規(guī)模為760MW,安裝4臺單機(jī)容量190MW水輪發(fā)電機(jī)組，水頭變幅為68.4m~132.76m電站在系統(tǒng)中的主要作用是調(diào)峰、調(diào)頻、承擔(dān)系統(tǒng)事故備用，是一項(xiàng)以供水和發(fā)電為主的綜合利用工程。
1、機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行方式介紹
機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的主用水源為自流減壓：由每臺機(jī)組蝸殼取水通過X201D電動閥單獨(dú)供給本臺機(jī)組；機(jī)組技術(shù)供水的備用水源為水泵：兩臺水泵從尾水取水供至備用技術(shù)供水總管，同時(shí)備用技術(shù)供水總管通過四個(gè)聯(lián)絡(luò)閥1231D~4231D與每臺機(jī)組連接。而四臺機(jī)組主變冷卻水由備用技術(shù)供水總管供給。
由于備用技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備布置高程在尾水位以下10m左右，一旦該套設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)7201、7204閥門及閥門前密封墊損壞或管路損壞，將造成水淹廠房的嚴(yán)重后果。同時(shí)如果將備用取水方式投入運(yùn)行，水泵將按0.3～0.5MPa水壓控制長期自動起泵、打壓、停泵操作，這樣將導(dǎo)致設(shè)備損壞率升高，增加檢修成本和工作量。機(jī)組技術(shù)供水冷卻水壓需要在0.3～0.5MPa壓力范圍中調(diào)整一個(gè)穩(wěn)定的值來供給，而備用技術(shù)供水水壓在0.3～0.5MPa范圍內(nèi)始終是一個(gè)不穩(wěn)定的變量。鑒于上述原因，紫坪鋪電廠備用水源水泵尾水取水系統(tǒng)沒有投入運(yùn)行。
目前，紫坪鋪電廠四臺機(jī)組技術(shù)供水方式采用機(jī)組蝸殼取水做主用供水，而備用水源是將四臺機(jī)組聯(lián)絡(luò)閥打開，將四臺機(jī)組技術(shù)供水聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，用四 臺機(jī)組主用水源供給備用技術(shù)供水總管，從而保證四臺主變的冷卻供水。
2、紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥存在問題
紫坪鋪電廠四臺機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥選用的是以色列DOROT減壓閥膜片差壓式減壓閥，閥門公稱直徑為DN350。3#、4#機(jī)組減壓閥于2005年10月份投入運(yùn)行，2#機(jī)組減壓閥于2006年3月份投入運(yùn)行，1#機(jī)組減壓閥于2006年5月底投入運(yùn)行。
2006年10月5日，發(fā)現(xiàn)3#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥動作異常，全開后無法關(guān)閉。聯(lián)系廠家人員于2006年11月份對3#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥進(jìn)行了拆卸檢修，發(fā)現(xiàn)減壓閥閥桿斷裂、中心導(dǎo)向爪損壞、閥座脫落，經(jīng)更換損壞部件回裝后工作正常。
2007年11月6日，發(fā)現(xiàn)4#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥無法正常工作。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)減壓閥閥桿已斷裂、橡膠隔膜已損壞、導(dǎo)向爪已損壞、閥座已脫落。將檢修泵技術(shù)改造更換下來的水力控制閥部件拆下，對減壓閥損壞部件進(jìn)行更換后，減壓閥工作正常。
2007年11月14日，發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組減壓閥強(qiáng)烈振動、工作異常，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥出現(xiàn)類似3#、4#機(jī)組損壞情況。
在機(jī)組投運(yùn)后不到兩年時(shí)間，先后有3臺機(jī)組減壓閥出現(xiàn)基本情況相同的損壞。減壓閥損壞后，造成技術(shù)供水管路水壓失控，水壓異常升高，對空冷器，上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)油槽冷卻器構(gòu)成極大危害，造成冷卻器銅管爆裂。斷裂的導(dǎo)向爪和螺栓被沖入機(jī)組技術(shù)供水管路中，至今無法尋找，在技術(shù)供水管路中產(chǎn)生磨損和碰撞，引起管路內(nèi)噪音和破裂噴水的嚴(yán)重后患。
更換新的備件投運(yùn)時(shí)間不久又損壞，這樣將導(dǎo)致技術(shù)供水管路內(nèi)的損壞件堆積，引起管路堵塞，機(jī)組各部冷卻水壓降低或消失，引起機(jī)組軸承溫度升高，后造成機(jī)組被迫停機(jī)的事故發(fā)生。國外這種膜片差壓式減壓閥工況的極不穩(wěn)定性，導(dǎo)致了電廠停機(jī)經(jīng)常發(fā)生的后果。
3、紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥損壞的原因分析
由于這種DOROT減壓閥膜片差壓式減壓閥在運(yùn)行中經(jīng)常損壞，給電廠機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)造成極大影響。因此，我們對兩年來該減壓閥的運(yùn)行和檢修情況進(jìn)行了總結(jié)和分析，得出了該減壓閥容易損壞的以下三個(gè)方面的原因。
3.1、減壓閥設(shè)計(jì)選型方面的原因
紫坪鋪電廠機(jī)組水頭在68.4m~132.76m變化，水頭變幅之大在全國也很少見。初設(shè)計(jì)考慮采用兩級減壓方式實(shí)現(xiàn)，即第一級減壓至0.80 MPa，第二級減壓至0.30~0.40 MPa。但由于現(xiàn)場管路布置條件限制，只能安裝一臺減壓閥，因此設(shè)計(jì)終定為一級減壓，在某國技術(shù)代表的承諾下，選用了該國的膜片差壓式減壓閥。該減壓閥的大大減壓比為1：3，當(dāng)水頭達(dá)到大水頭132.76m時(shí)，該減壓閥出口低能調(diào)至0.46 MPa，否則為惡劣工況區(qū)。由于電廠水源為雪山融化水，水溫較低，常年保持在18℃以下，水冷卻效果很好。電廠機(jī)組技術(shù)供水經(jīng)現(xiàn)場運(yùn)行檢驗(yàn)，水壓在0.25 MPa～0.40 MPa為合適。因此該減壓閥在技術(shù)供水系統(tǒng)中，經(jīng)常工作于正常工作調(diào)節(jié)壓力范圍之外，長期工作在惡劣工況區(qū)，導(dǎo)致減壓閥使用壽命短，容易損壞。
3.2、減壓閥結(jié)構(gòu)方面的原因
通過損壞減壓閥的分析，在結(jié)構(gòu)上存在容易損壞的缺陷，并且損壞是一個(gè)逐漸加劇的過程：第一步損壞是由于導(dǎo)向爪與底座密封圈之間存在無法消除的間隙，且閥桿和閥在高速水流的沖擊下無法保持完全垂直運(yùn)動，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)水力波動使導(dǎo)向爪與密封圈發(fā)生碰撞，在機(jī)組長期工作壓力范圍內(nèi)，6個(gè)導(dǎo)向爪上均勻地磨出了一圈磨損痕跡。第二步損壞是在第一步損壞的基礎(chǔ)上，機(jī)組經(jīng)常進(jìn)行開、停機(jī)操作，在導(dǎo)向爪上、下移動過程中，因磨損痕跡的出現(xiàn)和閥桿無法保持垂直運(yùn)動的影響，使導(dǎo)向爪對底座密封圈產(chǎn)生了一定的拉伸破壞力，從而使導(dǎo)向爪斷裂、底座密封圈脫落。第三步損壞是由于導(dǎo)向爪斷裂后，操作桿和閥盤擺動幅度增大，出現(xiàn)偏斜、卡澀現(xiàn)象，后出現(xiàn)操作桿疲勞性斷裂，橡膠隔膜損壞，導(dǎo)致減壓閥無法正常工作。
3.3、機(jī)組技術(shù)供水運(yùn)行方式方面的原因
受紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行方式影響，機(jī)組技術(shù)供水備用水源尾水取水方式不可用。主變冷卻用水又取自備用技術(shù)供水總管。因此機(jī)組備用技術(shù)供水總管不允許斷流。為保證機(jī)組備用技術(shù)供水水源，機(jī)組技術(shù)供水備用水源由四臺機(jī)組主用水源通過聯(lián)絡(luò)閥1231D～4231D聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，由于每臺機(jī)組減壓閥后壓力不可能調(diào)整到完全相同，造成減壓閥為了消除壓力差長期參與調(diào)節(jié)，影響了使用壽命。同時(shí)由于機(jī)組開、停機(jī)時(shí)的瞬間流量變化非常大，對聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的機(jī)組減壓閥產(chǎn)生的瞬間調(diào)整沖擊也非常大。
4、紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥更換選型
為解決紫坪鋪電廠機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥容易損壞的問題，決定對紫坪鋪電廠機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥進(jìn)行重新選型，選型后的減壓閥能從根本上解決現(xiàn)有減壓閥所有存在的問題。選型標(biāo)準(zhǔn)如下：
A、整體結(jié)構(gòu)合理且剛性好，以防止零部件斷裂現(xiàn)象；
B、活塞式結(jié)構(gòu)，以防止橡膠膜片老化、強(qiáng)度不夠、斷裂現(xiàn)象；
C、流量與壓力的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、穩(wěn)定，以滿足三臺運(yùn)行一臺備用的工況；
D、滿足機(jī)組開、停機(jī)，甩負(fù)荷工況時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
經(jīng)過對各種減壓閥資料收集和到相關(guān)電廠進(jìn)行考察，決定采用北京時(shí)代中基科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的ZJY46H型活塞式減壓閥，替代紫坪鋪電廠目前用的國外進(jìn)口的差壓膜片式減壓閥。
4.1、ZJY46H型活塞式減壓閥的特點(diǎn)
如圖四所示：P1為進(jìn)口壓力；P2為出口壓力。由主閥和反饋控制系統(tǒng)組成。
4.1.1、合理的結(jié)構(gòu)：由P1流向P2水流為從上至下在節(jié)流錐上形成流暢的態(tài)式，紊流現(xiàn)象減少；由內(nèi)鎖定螺母和安全拉桿組成的出口壓力內(nèi)鎖定裝置可有效保護(hù)因產(chǎn)品故障出口壓力升高現(xiàn)象；雙外置反饋控制系統(tǒng)通過切換閥作互為備用的切換，以保證反饋控制系統(tǒng)無故障地對主閥控制。反沖排污系統(tǒng)可保證反饋系統(tǒng)無堵塞地運(yùn)行。由于主閥和控制閥均采用活塞式結(jié)構(gòu)在整體剛性方面各承壓部位有足夠的強(qiáng)度。我們在寶珠寺電站（高水頭104m） 和天生橋發(fā)電總廠（高水頭214m）調(diào)查，該產(chǎn)品從未發(fā)生過部件斷裂現(xiàn)象。
4.1.2、壓力和流量特性
如圖四所示、Pt為減壓閥主閥彈簧壓力；Pk為減壓閥主閥壓力調(diào)節(jié)腔壓力；Pt′為反饋系統(tǒng)控制閥彈簧壓力；Pk′為反饋系統(tǒng)控制閥壓力調(diào)節(jié)腔壓力；h為閥座和節(jié)流錐的開啟高度（相當(dāng)于過流面積）。
減壓閥正常工況時(shí)， Pt=Pk ，在控制閥Pt′=Pk′。此時(shí)，主閥和控制閥的閥座與節(jié)流錐開啟高度是一個(gè)定值。因此，P2是一個(gè)低壓值。
在進(jìn)口壓力P1變化時(shí)， P2是不變的，工作原理如下：當(dāng)P1上升時(shí)，減壓閥的首先表現(xiàn)為P2+ΔP2，其值經(jīng)出口管至控制閥，使Pt′+ΔPt′，ΔPt′+ΔPt′=Pk′（新平衡），L減小，Pk′壓力增大，經(jīng)導(dǎo)管，使主閥的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk（新平衡），主閥H減小、ΔP2值恢復(fù)為原P2值。當(dāng)P1下降時(shí)，主閥與控制閥的工況則與上述的工況相反。
當(dāng)出口流量Q增大時(shí)，工況為P1下降時(shí)的工況。當(dāng)出口流量Q減小時(shí)，工況為P1上升時(shí)的工況。過流面積是隨著用水量的變化而變化的。
4.1.3、減壓比
因不受P1的影響，只要Pk有足夠的壓力與Pt和Pk形成平衡，形成合適的主閥過流面積，減壓比相應(yīng)會較大。以下是我們調(diào)查ZJY46H-16型活塞式減壓閥電站運(yùn)行參數(shù)：
序號 | 電站名稱 | 口徑（mm） | 壓力（MPa） | P2（MPa） | 數(shù)量（臺） | 電站裝機(jī) （WM×臺） | P1水頭(m) | 電站所在地 |
1. | 天生橋發(fā)電總廠 | 300 | 1.6 | 0.60 | 4 | 220×5 | 214~176 | 貴州、興義 |
2. | 天生橋一級電廠 | 400 | 2.5 | 0.35 | 2 | 300×4 | 148~72 | 貴州、興義 |
3. | 馬關(guān)水力發(fā)電廠 | 150 | 4.0 | 0.30 | 2 | 6×2 | 330~280 | 云南、馬關(guān) |
4. | 南令二級電站 | 200 | 4.0 | 0.35 | 2 | 6×4 | 320~280 | 云南、文山 |
5. | 祿勸水電站 | 200 | 4.0 | 0.28 | 2 | 8×2 | 320~260 | 云南、昆明 |
6. | 小牛頸 | 100 | 4.0 | 0.30 | 1 | 6×2 | 360~350 | 四川、天全 |
4.1.4、流量分析
紫坪鋪電站機(jī)組單機(jī)額定流量為1100m3/h，主變?yōu)?80m3/h，要求單閥供水大于1580m3/h。本次選用ZJY46H-16C DN350減壓閥，廠方提供相關(guān)參數(shù)為：過流直徑325mm；大行程H（見圖四）為52mm。因此，大過流面積為：53093 mm2。大水頭170m（加水錘壓力）。
我們要求ZJY46H-16C DN350減壓閥在低水頭時(shí)滿足流量為1580m3/h的要求。廠家提供的相關(guān)電廠運(yùn)行實(shí)測相關(guān)參數(shù)如下：
電站名稱 | 口徑（mm） | 壓力（MPa） | P2（MPa） | 數(shù)量（臺） | 電站裝機(jī) （WM×臺） | P1水頭(m) | 電站所在地 | ||||
天生橋一級電廠 | 400 | 2.5 | 0.35 | 2 | 300×4 | 148~72 | 貴州、興義 | ||||
閥前壓力（MPa） | 閥的過流面積(mm2) | 流量（m3/h） | 過流孔流速（m/s） | 備注 | |||||||
0.10 | 30864； （大：72068） | 2000 | 18 | 過流流直徑：370mm 行程（H）：65mm | |||||||
根據(jù)ZJY46H-16C DN350減壓閥的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，我們推算出來的數(shù)據(jù)如下：當(dāng)閥前壓力為0.10 MPa、流速為18m/s、流量為1100 m3/h時(shí)，所需過流面積為：16975mm2，（大過流面積為：53093 mm2）只占大過流面積32%。
當(dāng)閥前壓力上升時(shí)，根據(jù)根據(jù)減壓閥的工作原理，主閥過流面積只會減小，所以ZJY46H-16C DN350減壓閥的過流量應(yīng)該能夠滿足機(jī)組運(yùn)行要求。
5、ZJY46H-16C DN350減壓閥的電廠試運(yùn)行
2008年4月26日晚8時(shí)，第一臺ZJY46H-16C DN350減壓閥在紫坪鋪電站的3#機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)投入試運(yùn)行。即時(shí)工況為：P1為1.00 MPa；P2為0.35MPa。機(jī)組后各用水點(diǎn)壓力表指示平穩(wěn)，減壓閥只聽到水流聲，無異常噪音。運(yùn)行一小時(shí)后，我們和廠家對減壓閥進(jìn)行了相關(guān)測試，結(jié)果如下：
1、反饋系統(tǒng)切換：切換時(shí)P2無壓力波動;
2、調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)控制閥，P2調(diào)節(jié)范圍在0.25~0.55MPa，調(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏；
3、關(guān)閉減壓閥后的閥門，P2升高至0.40MPa停止，打開減壓閥后的閥門，P2回復(fù)至0.35MPa；
4、流量與減壓閥過流面積：電磁流量計(jì)顯示為1100m3/h，此時(shí)主閥過流面積為17357mm2（大過流面積53092mm2），只占大過流面積的32%，還有充分的的過流量。計(jì)算出過流孔流速為17.6m/s。與我們的分析數(shù)據(jù)相關(guān)不大。
至2008年10月止，紫坪鋪電站全部機(jī)組的技術(shù)供水系統(tǒng)全部改造完畢。
6、結(jié)論
紫坪鋪電站通過對機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥進(jìn)行改造后，達(dá)到了以下幾方面效果：
1、消除了紫坪鋪電廠在設(shè)計(jì)選型方面的問題， ZJY46H-16型活塞式減壓閥的減壓比能達(dá)到10：1，所以能滿足我廠68.4m~132.76m 水頭下，減壓閥后壓力為0.25MPa～0.40 MPa的變幅范圍，同時(shí)一級減壓即可。
2、消除了紫坪鋪電廠原有國外減壓閥在結(jié)構(gòu)上容易損壞的問題。ZJY46H-16型活塞式減壓閥從結(jié)構(gòu)上看，活塞桿受活塞和支撐筋兩點(diǎn)定位，能保證活塞桿和閥盤位置在工作中保持垂直上下移動，閥盤不會與其它部件發(fā)生碰撞，而且沒有橡膠隔膜等容易損壞的部件，并且該減壓閥各零部件結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，具有使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，從而減少了大量的維護(hù)工作量。
3、ZJY46H-16型活塞式減壓閥從今年四月運(yùn)行至今，未出現(xiàn)任何故障，為電廠安全運(yùn)行提供了保障。
7、遺留問題
目前遺留的問題是由于機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式已無法進(jìn)行更改，因此四臺機(jī)組主用供水和備用技術(shù)供水總管屬聯(lián)絡(luò)運(yùn)行方式，而水源由四臺機(jī)組蝸殼取水供給。技術(shù)供水聯(lián)絡(luò)運(yùn)行方式對減壓閥產(chǎn)生的長期參與調(diào)節(jié)的影響仍然存在，可能會縮短減壓閥的使用壽命，由于更換后的減壓閥結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，這方面的影響將不會太大。