吳旭明 陳榮洲

（浙江浙能北海水力發(fā)電有限公司，浙江 麗水 323907）

一、電站概況

灘坑水電站位于浙江省麗水市青田縣境內(nèi)的甌江支流小溪中游河段，距大溪小溪匯合口約26km，距青田縣城西門32km，距溫州市公路里程92km，距離麗水市公路里程107km。電站接近電網(wǎng)負荷中心，對外交通便利，經(jīng)濟指標較好，綜合效益明顯，是甌江流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃中的一座重要骨干電站。

灘坑水電站裝有3臺200MW混流式水輪發(fā)電機組，多年平均發(fā)電量10.23億kW?h，保證出力87.75MW，年利用小時1705h；水庫正常蓄水位160m，水頭變幅81～127m，具有多年調(diào)節(jié)性能。電站建成后將擔負浙江省電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)，同時兼顧防洪，并具有其他綜合利用效益。

二、筒形閥及其應(yīng)用簡介

1. 筒形閥性能簡介

筒形閥是水輪機的一種進水閥門，關(guān)閉時布置在固定導葉與活動導葉之間，開啟時提升到座環(huán)與頂蓋所形成的環(huán)形空腔內(nèi)，筒體下端面與座環(huán)和頂蓋流道平齊。為了保證筒形閥平穩(wěn)地開啟和關(guān)閉，設(shè)置有同步裝置和失步保護裝置，由直缸接力器操作，用鏈輪鏈條實現(xiàn)5個接力器的同步運動。

筒形閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、全關(guān)時密封性能好、全開時不產(chǎn)生水頭損失的優(yōu)點。能起到動水關(guān)閉及停機時保護導水機構(gòu)避免間隙汽蝕和泥沙磨損的作用。

筒形閥閥體的上、下游間隙以及下端面形狀都是在水力試驗室的能量臺上通過試驗確定的，能保證當動水關(guān)閉時，在筒體上作用最小拉力。筒形閥在全關(guān)位置時，由于上、下端的密封布置，使作用在筒體上的水壓力是向下的，具有自密封作用。筒形閥采用直缸接力器操作，較之油馬達操作，具有油壓設(shè)備較小的優(yōu)點。

筒形閥由筒體、操作機構(gòu)、同步機構(gòu)及行程指示裝置三大部分組成。筒形閥機械液壓系統(tǒng)圖，見圖1。

2.灘坑水電站筒形閥基本數(shù)據(jù)

筒形閥筒體外徑 φ6628mm

筒形閥筒體壁厚 120mm

筒形閥筒體高度 1203mm

筒形閥操作接力器個數(shù) 5個

接力器直徑 φ280mm

接力器行程 1128mm

筒形閥開啟時間 約90s

筒形閥關(guān)閉時間 約60s

圖1 筒形閥機械液壓系統(tǒng)圖

接力器操作油壓 6.3MPa

筒形閥最大工作水頭 127m

筒形閥承受的最大升壓水頭 160m

筒形閥的最大漏水量（初裝） 10L/s

筒形閥的油壓裝置型號 HYZ-4-6.3/s

電站臺數(shù) 3臺

三、灘坑水電站應(yīng)用筒形閥和進水口閘門、蝴蝶閥的比較

灘坑水電站發(fā)電廠房為引水式地面廠房，單管單機，最長引水系統(tǒng)長約428m。電站年利用小時為1705h，擔任系統(tǒng)峰荷，機組啟停較頻繁，停機時間相對較長。

為保護機組，在水輪機前需設(shè)進水閥或在進水口設(shè)快速事故門。在該水頭段，進水閥一般選用蝴蝶閥或筒形閥。該電站擬定三個方案進行比較，從技術(shù)經(jīng)濟上各有優(yōu)缺點。

1.方案1：蝴蝶閥+事故閘門

蝴蝶閥技術(shù)相對成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，大量用于200m水頭以下的水輪機進水閥。蝴蝶閥在過流狀態(tài)存在流阻損失，雙平板蝶閥其流阻系數(shù)一般在0.08～0.1之間，但其引起的水頭損失所造成的電能損失是不容忽視的。根據(jù)目前的水平，蝴蝶閥外漏基本可以做到為零，但對于大直徑蝴蝶閥，閥體分瓣后，不可避免的存在內(nèi)漏現(xiàn)象。該工程初估蝴蝶閥公稱直徑約為6.2m，大直徑蝴蝶閥制造難度相對較大，但目前國內(nèi)已制造并成功投入使用的雙平板蝴蝶閥直徑為5.3m，國外水電站投入使用的蝴蝶閥最大直徑為8.23m。

2.方案2：筒形閥+事故閘門

筒形閥作為一種置于固定導葉與活動導葉之間的圓筒式閥門，具有結(jié)構(gòu)簡單，不增加廠房尺寸等優(yōu)點。本工程初估筒形閥外徑約為φ6.7m。目前，國內(nèi)采用筒形閥的電站有：漫灣φ7450mm×1450mm（外徑×高度）、大朝山φ7937mm×1837mm（外徑×高度）、石泉擴機φ5450mm×1500mm（外徑×高度）、小浪底φ8400mm×1710mm（外徑×高度）。該電站水頭屬于中高水頭范圍，作為一種普通水頭的混流式機組安裝筒形閥，只要工藝設(shè)計牢固、同步裝置系統(tǒng)設(shè)計正確，其性能是可以保證的。根據(jù)目前國內(nèi)已投運電站筒形閥的實際調(diào)試、運行情況，為保證機組運行的可靠性，在機組運行初期，要求進水口事故閘門能在4min內(nèi)關(guān)閉。

表1 進水口閘門、蝴蝶閥與筒形閥方案比較 單位：萬元

3.方案3：快速閘門+檢修閘門

快速閘門方案布置簡單，但是由于該電站年利用小時數(shù)較低，平均停機時間約為4560h，而且機組經(jīng)常運行水頭在110m以上。在機組停機期間，一般不關(guān)閉快速閘門，相應(yīng)導葉的漏水量十分可觀。

各方案經(jīng)濟指標比較，見表1。

綜合比較，從技術(shù)上看，雖然筒形閥在初期安裝、調(diào)試上可能存在一定難度，但在進水口設(shè)置事故閘門后，仍可起到機組防飛逸的保護功能，而且運行上可避免大量的導葉漏水，節(jié)約運行成本。另外從經(jīng)濟角度，其一次性投資和運行維護費用也較低。灘坑水電站由于水頭較高及引水系統(tǒng)布置的特點，經(jīng)多次論證后最終選擇采用筒形閥+事故閘門方案。

四、現(xiàn)場應(yīng)用

1.筒形閥優(yōu)點

筒形閥在灘坑水電站投運以來，實際應(yīng)用有以下優(yōu)點：

(1）由于筒形閥具有良好的密封性能，停機時關(guān)閉筒形閥可消除導葉前后的壓力差，防止導葉關(guān)閉位置因間隙汽蝕和泥沙磨損對導水機構(gòu)造成損壞，從而延長機組的大修周期，降低機組大修成本。

(2）圓筒閥能快速動水關(guān)閉（關(guān)閉時間為60s左右），且緊靠水輪機蝸殼進口，因而能更快速有效地保護機組，減少機組的飛逸持續(xù)時間，防止事故擴大。

(3）關(guān)閉時漏水量小，僅為10L/s，是不裝筒形閥機組導葉漏水量的2%左右，從而可減少電能損失。

2.存在的問題

但與此同時，應(yīng)用過程中也存在如下問題。

(1）1＃機筒形閥在運行初期達不到全開位置的現(xiàn)象時有發(fā)生，需工作人員現(xiàn)場處理，影響了機組正常運行。經(jīng)過對筒形閥筒體的檢查，筒體發(fā)生了偏移，是初期安裝質(zhì)量不過關(guān)所致。經(jīng)重新調(diào)整更正，卡機現(xiàn)象基本不再發(fā)生。后來，其他兩臺機組吸取1＃機的經(jīng)驗，未再發(fā)生卡機和100%開度位置問題。

(2）水電機組在電力系統(tǒng)中擔負調(diào)峰及事故備用，必須充分發(fā)揮其開停機頻繁、并網(wǎng)速度快的優(yōu)越性。而灘坑水電站開停機流程設(shè)計為機組備用時關(guān)閉筒形閥，使機組開機并網(wǎng)超過3min，未充分發(fā)揮水電機組啟動速度快、運行靈活的優(yōu)點。

五、結(jié) 語

灘坑水電站是浙江省第一個采用筒形閥的水電站，3臺200MW水輪發(fā)電機組分別于2008年8月16日、2009年2月12日、2009年7月10日投產(chǎn)發(fā)電。目前，灘坑水電站的筒形閥總體運行良好，2009年7月7日3＃機筒形閥成功進行了動水關(guān)閉試驗。因目前水庫水位偏低還未達到正常蓄水位，筒形閥的各項技術(shù)指標將繼續(xù)接受運行檢驗。但筒形閥在灘坑水電站中的嘗試應(yīng)用，為筒形閥在水電站的更廣泛使用提供了值得借鑒的理論和實踐依據(jù)。

【1】張利民.水輪機筒形閥綜述.東方電機,1992(1):l8-28.

【2】王承勇,劉安國.光照水電站裝設(shè)筒形閥分析.貴州水力發(fā)電,2004,10(1).

【3】林洪德,張利民.水輪機筒形閥的發(fā)展趨勢.東方電機,2004(2):21-26.