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 进水球阀工作密封自动退出的故障分析及改进

摘 要:仙游抽水蓄能电站进水球阀采用长江控制研究所制造的液压控制系统,运行过程中曾出现工作密封自动退出的不正常现象。经原因分析并进行改进,取消了液压控制系统锁锭控制阀组,再未发生工作密封自动退出故障。

关键字:抽水蓄能机组 进水球阀 工作密封 液压控制系统


仙游抽水蓄能电站采用“1管2机”布置形式,额定水头430m,每台机组压力钢管与水泵水轮机之间设置进水球阀。正常情况下球阀静水启闭,事故时动水关闭球阀,防止事故扩大。球阀内上游侧设置检修密封、下游侧设置工作密封,正常开停机时工作密封参与控制,只有在机组检修时才手动投入检修密封。工作密封的投入能可靠地截断水流,减少导叶漏水量及其对导叶的磨损,防止机组蠕动。

1 球阀液压控制系统

球阀液压控制系统主要包括主接力器的开启、关闭控制,工作密封及检修密封投入、退出控制,工作旁通阀及检修旁通阀开启、关闭控制,其液压原理图如图1所示。

1.1 球阀开启控制

监控系统发出球阀开启令后,首先接力器锁锭控制阀SV07开启侧励磁打开截止阀HV08,然后平压控制阀SV05得电励磁打开工作旁通阀。正常开停机时检修旁通阀均在全开位置,只有在检修时才关闭。此时通过旁通管路对球阀两侧进行平压,当球阀两侧平压之后工作密封控制阀SV04退出侧得电励磁,取自上游侧压力钢管的密封操作水源,经工作、检修密封锁闭阀HV07后退出工作密封。HV07经主接力器开启腔油压进行闭锁防止球阀开启后密封误操作。当工作密封退出后,开阀SV02得电励磁压力油经检修密封闭锁阀HV05、工作密封闭锁阀HV04、机械过速关阀先导阀HV02、事故关阀SV01、关阀SV03到达主操作阀HV01开启腔,此时HV01的开启及关闭腔均通压力油。由于开启腔作用面积大,使HV01阀芯推动左移,主接力器开启腔通压力油、关闭腔通排油开启球阀阀体。开启腔通以压力油后经闭锁管路闭锁HV07,防止密封误操作。当球阀全开后,SV05失电关闭工作旁通阀;当工作旁通阀全关后,至此球阀开启流程执行完毕。

1.2 球阀关闭控制

监控系统发出球阀关闭令后,平压控制阀SV05得电励磁打开工作旁通阀;工作旁通阀全开后关阀SV03得电励磁,使主操作阀HV01开启腔接通排油。由于HV01关闭腔一直通压力油,此时HV01阀芯右移,接力器开启腔通排油、关闭腔通压力油关闭球阀阀体。当球阀阀体全关后,工作密封控制阀SV04投入侧得电励磁投入工作密封;当工作密封投入后,平压控制阀SV05失电关闭工作旁通阀;当工作旁通阀全关后,接力器锁锭控制阀SV07关闭侧得电关闭截止阀HV08,防止球阀在全关时误开启,至此球阀关闭流程执行完毕。

2 球阀工作密封自动退出分析

2.1 球阀工作密封自动退出

2012年12月29日,1号机组停机稳态时,上位机监盘发现球阀工作密封退出。上位机查看事件记录,没有发出球阀开启命令,工作旁通阀在全关位置,现地球阀控制柜上工作密封确实在退出位置,工作密封处可听到很大的漏水声,进一步检查发现球阀工作密封投入及退出腔、检修密封投入腔及退出腔4个压力表均为0。

2.2 原因查找及分析

球阀工作密封显示退出状态后,检查球阀工作密封投入腔及退出腔压力均为0,检修密封投入腔及退出腔压力也为0。在球阀电气控制柜上手动投入工作密封,但工作密封不能正常投入,检查电气控制回路均正常。此时手动捅工作密封控制阀SV04投入腔,但阀芯没有动作,工作密封仍在退出位置。

考虑先将检修密封投入后再查找原因。手动将检修密封控制阀V503切换至投入位置,但检修密封投入腔压力仍为0,检修密封不能投入。工作密封及检修密封投入均由压力水操作,操作水从球阀前的压力钢管取水,经过工作、检修密封锁闭阀HV07后分为两路,即工作密封操作水路、检修密封操作水路。现地手动投入检修密封时,检修密封仍无法投入。故考虑是否为操作水回路被切断导致密封退出。

工作、检修密封锁闭阀HV07为单向油操作控制阀,其控制腔与球阀接力器开启腔连通,当球阀开启后,压力油经球阀开启腔到达工作、检修密封闭锁阀HV07的控制腔,推动阀芯走交叉位,从而切断工作密封及检修密封操作水回路,并且使工作密封投入及退出腔、检修密封投入及退出腔均通排水,从而保证球阀阀体不在全关位置时,工作密封及检修密封均不会由于误动而投入损坏密封。

通过分析判断,工作、检修密封闭锁阀HV07控制腔此时应该有压力油,从而推动阀芯左移走交叉位,使密封操作压力水截止,工作密封投入腔通排水导致工作密封退出。两个接力器开启腔上端各有一个测压接头,此接头也可作接力器内排气用。在球阀接力器(靠安装场侧)开启腔上端测压接头处接入临时压力表,发现有2MPa的压力,此压力通过闭锁管路到达工作、检修密封闭锁阀HV07控制腔,使密封自动退出。通过此处的接头将压力油泄压排除后球阀工作密封自动投入。

球阀接力器本体上没有设置机械式锁锭装置。为了保证球阀在全关时不发生球阀开启误动,在球阀主接力器开启腔操作管路上设置截止阀HV08,此阀由接力器锁锭控制阀SV07控制其投入及退出。

接力器锁锭控制阀SV07在球阀全关后动作,关闭截止阀HV08,切断接力器开启腔操作油路。由于球阀接力器活塞有一定漏油量,其通过活塞渗漏至开启腔的漏油不能及时排除,经长时间后油压慢慢升高,当工作、检修密封闭锁阀HV07控制腔压力超过其弹簧作用力时,推动操作阀芯左移、截断密封操作压力水,同时工作密封、检修密封投入腔及退出腔均通排水,在球阀阀体内水压的作用下使工作密封自动退出。

图1 球阀液压控制原理图

3 解决方案

球阀接力器活塞少量漏油是允许的且无法避免,因此就必须采取有效措施将接力器关闭腔压力油经活塞渗漏至开启腔的油及时排除,避免长时间积累后油压升高使工作、检修密封闭锁阀HV07阀芯左移,从而避免切断密封操作水,保证密封长时间可靠投入。

考虑到球阀设置有压力截止阀SV09,其在机组停机稳态时关闭,截断油路防止球阀误动。因此取消球阀液压控制系统中接力器锁锭控制阀SV07及截止阀HV08,即当球阀全关时接力器开启腔直接通集油槽排油,保证渗漏油及时排出。改进后的液压系统图(局部)如图2所示。

图2 改进后的液压系统图(局部)

液压系统修改后,球阀控制流程同时也做相应修改,在球阀开启时第一步就打开旁通阀对球阀两侧进行平压,取消打开接力器锁锭控制阀SV07的控制;在球阀关闭时最后将工作旁通阀关闭后流程即执行完毕,取消关闭接力器锁锭控制阀SV07的控制。

将接力器液压锁锭控制阀SV07及截止阀HV08取消之后,球阀在全关时能及时有效地排除渗漏油。1号机组球阀运行至今再未出现过工作密封自动退出现象,其他3台球阀液压系统也进行了同样的改进。

4 结束语

对1号机球阀工作密封自动退出的原因分析及成功改进,为同类型液压控制阀控制的系统提供了借鉴及经验。球阀液压系统改进后,完全达到预期目的,在机组长时间处于停机稳态及球阀全关时,工作密封不发生自动退出现象,减少高压漏水对导叶的磨损,以及避免机组蠕动,保证球阀及机组安全运行。

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