浅析某水电站水电站球阀动水关闭试验

浅析某水电站水电站球阀动水关闭试验

摘要：某水电站水电站工程采用引水式开发，机组为立轴混流式。电站装机容

量6×100 MW，总容量60万千瓦，设计平均发电量为40.33亿千瓦时。电站最大

水头331m，设计水头299m，最小水头299m，发电死水位717.0m。引水系统采

用一条引水隧洞经过调压井后分为两根压力钢管，每根压力钢管连接三台机组

（一管三机）。每台机组对应配置一个进水阀（球阀），球阀型号为QF400-WY-180，两台球阀共用一套油压装置。

球阀动水关闭试验是为了评价球阀及相关设备抗震性能和安全性,通过不同负

荷下模拟水轮发电机组在发生事故而导致导水机构不能关闭情况下,检验球阀在动

水中紧急关闭的能力,且球阀本体不产生损坏或有害变形。

关键词：球阀；动水关闭

一、球阀的基本结构及作用

1.1球阀的基本结构

球阀由以下基本部分组成：（1）阀门本体结构（包括：阀体、活门、阀轴、轴承（套）密封装置等）；（2）阀门操作机构（含接力器，臂柄等部件用于操

作活门全关或全开）；（3）旁通阀；（4）空气阀；（5）伸缩节；（6）连接管；（7）阀门自动操作系统等。

1.2球阀的作用

球阀是水轮发电机组必不可缺少的重要部件，安装在水轮机组的进水管道上，它的作用是：（1）进水管道或机组检修时关闭阀门以切断水流；（2）机组长期

停机时关闭阀门以减少水量的漏损；（3）机组发生事故而导水结构不能关闭时，紧急关闭阀门，以防止事故的进一步扩大。某水电站水电站球阀有关技术参数如下：

表1.1球阀有关技术参数

二、试验目的

2.1试验开展的必要性

水轮机组进水主阀是水电厂重要的事故保护设备之一，其设计、制造、安装质量的好坏

直接影响电站的安全运行，云南省内大中型机组中常见的主阀类型有球阀、球阀和筒阀，未

设置主阀的机组一般在进水口设有事故快速闸门。

基于主阀在电站安全保障方面的重要性，国家有关标准要求主阀必须具备动水关闭的能

力(GB/T 14478-2012 大中型水轮机进水阀门基本技术条件第4.2条机组在任何运行工况下，

进水阀门应能动水关闭且不产生有害振动)。

然而主阀是否具备动水关闭的能力，能否在事故发生时真正起到保护作用，仅仅通过机

组正常开停机过程观察主阀启闭状况，是无法真正检验和掌握其实际运行状况的。而动水关

闭试验就是在做好安全措施的前提下，人为创造动水关闭的条件，从静水到动水、从低负荷

到高负荷，有步骤的检验主阀在动水关闭过程中关闭时间、阀体位移、阀体及钢管振动、水

压等相关参数是否满足设计要求和厂家技术条件。此外，在工况相对恶劣但风险可控的前提

下对主阀进行动水关闭考验，能够及早发现并暴露主阀隐藏的问题和缺陷，比如：焊缝缺陷、连接法兰漏水、阀体基础螺栓松动变形、伸缩节伸缩量及主阀振动异常等。

因此，从国家标准要求及电站安全运行等方面考虑，机组有必要开展进水球阀动水关闭

试验。

2.2试验主要有以下目的:

1）检验球阀在动水关闭过程中，伸缩节、上下游钢管、球阀本体、球阀基础支墩是否满

足设计规范要求、是否会出现超过允许值的振动响应或位移异常现象；检验球阀伸缩节的抗

振能力；检验进水口引水钢管外包混凝土的承载能力；主厂房结构抗振能力初步评估。根据

上述试验结果，参照中华人民共和国相关标准及其它标准，对某水电站电站的有关结构进行

评估。

2）验证在给定运行工况下，球阀在规定时间内完成动水关闭操作的可靠性；

3）测定有关油路的实际操作油压，分析球阀的操作力矩是否符合要求；

4）监测机组振动状态，评价水轮发电机组的振动量是否满足要求；

5）为制定球阀开、关安全操作规程提供参考资料；

6）为电站安全运行提供技术资料和决策依据。

三、试验方法和步骤

3.1 试验方法

首先在导叶全关、机组停机时完成球阀静水启闭试验，要求开启、关闭操作正常，球阀

启闭到位，控制柜状态指示灯显示正确，开启、关闭时间满足设计要求，启闭过程球阀监视

无异常。静水试验完成后机组带负荷进行球阀动水关闭试验，试验按25%、50%、75%、100%额定负荷依次进行(试验次数经各方协商后再决定，如：可以只按50%、100%额定负荷进行

两次，也可增加空载下动水关闭试验)。现地操作球阀控制柜，关闭球阀，球阀活门逐渐由全开向全关转动，机组有功功率相应逐渐减小，当负荷接近0MW时通过按动机组LCU紧急停

机按钮跳发电机出口断路器和励磁系统灭磁开关、动作调速器紧急停机电磁阀，最终球阀全关，机组完成停机过程。每次试验完毕后分析测试数据，评估球阀动水关闭能力，若在安全

控制指标以内，方可进行下一次负荷试验，直到试验结束为止。

3.2 试验步骤

3.2.1 静水试验

（1）球阀静水启闭试验

试验条件：进水口闸门开启，机组处于停机状态，导叶全关且锁锭投入，导叶漏水量满

足要求，机组制动风闸投入，球阀检修密封退出，球阀锁锭拔出，球阀油压装置工作正常，

压力及油位处于正常工作范围之内。

当测试设备启动后，旁通阀打开平压，现地手动操作开启球阀，用活门转角位移传感器

记录开启行程，测定开启时间；试验过程中观察活门是否正常，全开后行程开关信号是否正

常开出。

开启时间测试完成后完成关闭时间测试，记录关闭时间，观察活门是否关闭到位，行程

开关信号是否正常。为确保在厂用交流电消失的情况下球阀启闭的可靠性，人为切除油泵电

机交流电源，进行球阀启闭试验，记录油压装置油压下降情况，观察启闭过程是否正常。电

源消失的情况下，球阀能够正常启闭的次数应能满足厂家的技术要求。

（2）紧急停机回路球阀传动试验

待球阀开关机时间测定完成后，进行紧急停机回路传动试验。

试验条件：机组处于停机状态，导叶全关且锁锭投入，导叶漏水量满足要求，机组制动

风闸投入，球阀锁锭拔出，紧急停机回路工作正常，球阀处于全开位置。

待测试设备启动后，按下现地LCU柜“紧急停机”按钮，观察球阀和导叶动作是否正常，

检验紧急停机回路中联动关闭导叶和球阀的正确性。试验结束进行相应复归。

（3）紧急停机回路导叶传动试验

待紧急停机回路球阀传动试验完成后，进行紧急停机回路导叶传动试验。

试验条件：进水口闸门开启，机组处于停机状态，球阀全关且锁锭投入，导叶全开，机

组制动风闸投入，调速系统油压装置工作正常。

待测试设备启动后，按下现地LCU柜“紧急停机”按钮，观察导叶是否正常关闭。试验完

成后复归LCU紧急停机信号及紧急停机电磁阀。

（4）进水闸门动作试验

为避免出现事故时，进水闸门能够快速落下，在静水情况下进行闸门的动作试验。

试验条件：机组处于停机状态，导叶全关且锁锭投入，球阀处于全关状态且工作密封和

锁锭投入。

操作启闭装置将进水闸门提起，解除锁锭后放入门槽内，观察事故闸门能否正常落下，

用秒表记录关闭时间。试验完成后将闸门提起，恢复闸门全开状态。

3.2.2 动水试验

所有静水试验全部完成且测试正常后才能进行动水试验。