高水頭電站組合式減壓閥應用

                      高水頭電站組合式減壓閥應用

                       上海申弘閥門有限公司

之前介紹小型水電站減壓閥工作原理，現在介紹高水頭電站組合式減壓閥應用摘要：

減壓閥的性能，直接影響機組技術供水的品質，影響機組的安全穩定運行，本文針對ZJY46H型減壓閥和膜片差壓式減壓閥在天生橋二級電站運用的實際情況，對兩種類型減壓閥的優缺點進行對比分析，進行經驗總結，并結合對ZJY46H型減壓閥本體及其控制回路的改進，說明ZJY46H型減壓閥在高水頭電站運用是可行的。

高水頭電站組合式減壓閥應用關鍵詞：水電站 技術供水 組合式減壓閥 應用

1. 概述： 
天生橋二級電站位于廣西隆林縣與貴州安龍縣交界處的南盤江上，總裝機6×220MW，*機組于1992年12月投運，1994年末一期4臺機組全部投運，2000年二期2臺機組全部投運。電站技術供水系統采用單元供水方式，即兩臺機組為一單元，電站初期運行技術供水主供水采用水泵供水，一單元有兩臺工作泵，一臺備用泵，水泵運行方式設計為循環備用，壓力鋼管減壓供水作為備用供水。在天生橋一級電站水庫投運后，采用壓力鋼管減壓供水作為機組技術供水主供水，每臺機組壓力鋼管上設有一個取水口，各自經減壓后接入供水聯絡管。但由于電站投運初期由于河流內泥沙含量較大，導致水泵軸套、密封頻繁損壞，故障率較高，因此在1994年將技術供水主供水改為壓力鋼管減壓供水，水泵供水為備用供水。

2. 電站相關參數： 
機組型式：立軸單輪混流式 高水頭： 機組技術供水方式：自流減壓（主供水）、水泵（備用水）； 單機技術供水流量：1300m3/h； 單機供水壓力：0.7MPa（主機）。 3. 機組技術供水系統簡介 
3.1  技術供水系統如圖所示，電廠機組技術供水為兩套裝置.主供水為自流減壓；備用為水泵供水。圖一中虛線以上部分為自流減壓供水系統;以下部分為水泵供水系統。3#、4#、5#、6#機技術供水系統與1#、2#機基本相同。 
如圖一所示，由S101-S201 DN300閘閥自電動閥分別自壓力鋼管取水，過電動閥S102、S202后分別經1#機減壓閥和2#機減壓閥，減壓后匯到供水總管，再經濾水器分別供至1#、2#機組技術供水系統。 
    在S101和S102之間聯接1#制冷減壓閥供廠房空調用水；在減壓閥出口裝有安全泄壓
閥。S102和S202是DN300電動閘閥，控制機組供水減壓閥的啟閉。總管上的SD001是其它機組供水系統的隔離閥，便于各供水系統之間的相互切換。 
    減壓閥的出口壓力整定值為0.7MPa，再由機組各用用戶閥調至所需的壓力。水電站上、下游水位的差值。上游水位減去下游水位稱毛水頭。毛水頭減去水頭損失，稱凈水頭。水頭損失是指上游水流由取水口(前池或調壓井處)經高壓管道至蝸殼進口斷面這一過程中的局部水頭損失和沿程損失之和。由于水電站上、下游水位是經常變化的，年內上、下游不同水位實際出現的各種組合將形成不同的水頭值，其中數值大者為大水頭，數值小者為小水頭。平均水頭可用不同的公式計算，簡單的方法是取大水頭和小水頭的算術平均值。水電站上游引水進口斷面和下游尾水出口斷面之間的單位重量水體所具有的能量差值，常以米(m)計量。一般以兩處斷面的水位差值表示，稱為水電站毛水頭。從毛水頭中扣除引水系統各項水頭損失后，即得水電站凈水頭。水電站水頭和引用流量是構成水電站發電能力的兩個主要動力因素，常用的特征水頭如下。



水頭

①大水頭
即水電站上下游水位中可能同期出現的大差值。它是水電站建筑物設計和水輪機結構強度設計時的一項重要數據。
②小水頭
即水電站上下游水位中可能同期出現的小差值。它是水輪發電機在效率降低的情況下，保證水輪機安全穩定運行的低水頭。
③平均水頭
一般以算術平均水頭表示，有時也用電能加權平均水頭表示。前者是水庫徑流調節后各時段的水頭累計值除以總時段數。后者是將徑流調節后各時段的水頭，乘以相應時段的出力，累計后再除以計算期的總出力。水電站平均水頭和電能加權平均水頭，用于確定水輪發電機或水泵水輪機的各項參數，如直徑和轉速等。
④設計水頭
中國現以水電站運行中能保證水輪發電機發足額定容量的小水頭為設計水頭。歐美各國則稱之為水電站額定水頭，蘇聯稱之為計算水頭。當水電站運行水頭小于設計水頭時，機組出力達不到額定出力，因此它是選擇水輪機尺寸的一個基本數據。設計水頭應通過比較分析確定。歐美各國有時也把水輪機率相應的水頭稱之為設計水頭。


基本性能

(1)調壓范圍：它是指減壓閥輸出壓力P2的可調范圍，在此范圍內要求達到規定的精度。調壓范圍主要與調壓彈簧的剛度有關。
(2)壓力特性：它是指流量g為定值時，因輸入壓力波動而引起輸出壓力波動的特性。輸出壓力波動越小，減壓閥的特性越好。輸出壓力必須低于輸入壓力—定值才基本上不隨輸入壓力變化而變化。
(3)流量特性：它是指輸入壓力—定時，輸出壓力隨輸出流量g的變化而變化的持性。當流量g發生變化時，輸出壓力的變化越小越好。一般輸出壓力越低，它隨輸出流量的變化波動就越小。
對于中高水頭水電站而言，自流減壓供水方式是為經濟的技術供水方式。而減壓閥是水電站機組自流減壓技術供水系統的重要消能部件，其性能的優劣直接影響著機組技術供水的正常供應乃至整個電站的安全運行。

上海申弘閥門有限公司生產的氣體減壓閥，水減壓閥，減壓閥在正常工作時，閥芯表面上端面處會發生明顯空化現象，且空泡大體積分數為0．537％，距離閥芯約1m的監測點(點13)的聲壓級約為77dB。 根據數值計算結果，進一步開展了減壓閥節流錐型線優化設計，優化后的減壓閥在保證減壓效果的同時，空化性能有所改善并且噪聲有一定的下降，達到了優化的目的。 在上述研究的基礎上，設計了二級減壓方案，并對二級減壓方案中所采用的兩級減壓進行了流場、空化及噪聲數值仿真計算。與一級減壓方案相比，兩級減壓方案中減壓閥的流場均有效改善，低壓區有效減小，閥芯附近大空泡體積分數遠遠小于一級方案，有較好的空化性能，并且減壓閥附近的噪聲相對一級減壓方案降低，表明二級減壓方案優于一級方案。



3.3  機組主用技術供水更改原因 
電廠常年水頭約200m,就經濟運行的角度出發，以水泵作為主供水更為合算。原設計就是以水泵供水為主供水。但因泥沙磨損、水泵故障、停機維修等方面的原因，導致運行費用高；同時，因故障停機維修，導致了電網供電不正常，而且，維修維護工作量大。故于1994年改為自流減壓供水為機組主供水。

4. 減壓系統穩壓閥應用簡介 
天生橋二級電站使用的ZJY46H-25Q型自流減壓系統減壓穩壓閥共13臺。其中：ZJY46H-25Q/Ⅴ DN300×6臺用于主機供水，出口壓力可調節值為0.3-0.9MPa，整定值為0.7MPa；ZJY46H-25Q/Ⅴ DN250×2臺用于廠房空調供水，出口壓力可調節值為0.3-0.9MPa，整定值為0.4MPa； ZJY46H-25Q/Ⅴ DN150×2臺用于廠房生活用水，出口壓力可調節值為0.3-0.6MPa，整定值為0.3MPa；ZJY46H-25Q/Ⅴ DN100×3臺用于家屬區生活用水出口壓力可調節值為0.3-0.6MPa，整定值為0.35MPa。 5. 機組自流減壓技術供水運行過程 
天生橋二級電站于建站初期使用的減壓閥，為1994年3月安裝的德國進口Y43H-25C DN300的先導活塞式減壓閥，因試運行時噪聲、振動、出口壓力波動等原因不能滿足運行要求而停止運行；1996年1月安裝ZJY46H-25Q DN300減壓閥，調試后滿足運行要求投入機組運行；1996年7月，解體檢修因ZJY46H-25Q減壓閥時，發現ZJY46H-25Q減壓閥的組合式節流錐嚴重磨損較嚴重而停運，8月改用廠家改進的抗蝕型堆焊鎳基合金的整體節流錐后繼續投運；1997年ZJY46H-25Q減壓閥改裝為安全性、可靠性更高的可反沖排污雙反饋系統和出口壓力安全鎖定系統；1999年在電廠旁的中山包電站改用國外某品牌膜片差壓式減壓閥試運行，因膜片擊穿而停用國外某品牌膜片差壓式減壓閥，恢復使用ZJY46H-25Q型減壓閥運行；2005年，ZJY46H-25Q減壓閥控制系統控制先導閥改為廠家提供的新型活塞式先導閥，安全運行至今。



6. 經驗總結 
    天生橋發電總廠機組自流減壓技術供水系統自1996年始，安全運行至今，我們主要做以下幾點工作。即本文基于某電站技術供水系統，基于商業CFD軟件較系統地開展了減壓閥內部流動的流場特性、空化特性及噪聲性能數值研究，完成的主要工作如下： 三維數值計算結果表明，所選用的減壓閥可以滿足該電站對技術供水水壓的要求，水流在通過閥芯與閥座之間的過流區域時流速被加劇從而導致較大的壓力降。減壓閥在正常工作時，閥芯表面上端面處會發生明顯展開 對于中高水頭水電站而言，自流減壓供水方式是為經濟的技術供水方式。而減壓閥是水電站機組自流減壓技術供水系統的重要消能部件，其性能的優劣直接影響著機組技術供水的正常供應乃至整個電站的安全運行。本文基于某電站技術供水系統，基于商業CFD軟件較系統地開展了減壓閥內部流動的流場特性、空化特性及噪聲性能數值研究，完成的主要工作如下： 三維數值計算結果表明，所選用的減壓閥可以滿足該電站對技術供水水壓的要求，水流在通過閥芯與閥座之間的過流區域時流速被加劇從而導致較大的壓力降。

1、系統減壓閥合理的選型；

2、及時地與制造商作相關技術的互動；

3、供水重點部位的重點巡檢；

4、做好減壓閥定期的維護保養工作。

6.1  系統減壓閥合理的選型

與本產品相關論文：壓縮空氣減壓閥在萊鋼應用