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摘要：利用离心泵特性曲线的规律，某电站对备用技术供水泵出口的水力控制阀开闭速度进行了优化，成功解决了备用技术供水泵启动瞬间电流过大导致启动柜开关跳闸的故障，有效保证了电站备用技术供水系统的安全运行。作者在多年的电站设备管理和前期管理工作中，遇到多个类似问题。本文从综合此类故障主要因素出发，结合水力控制阀机械结构原理，提供了一种解决类似故障的经验，对电站可研阶段机电设备选型及运行电站类似故障处理均有一定的借鉴。
关键词：水力控制阀；过流跳闸；分析
1 某电站技术供水系统概述
某电站机组技术供水系统采用单机单元自流减压供水方式为主，尾水管取水泵加压供水方式为辅的两种供水形式。在技术供水正常情况下，采用蜗壳自流减压供水为主用供水，当主用技术供水设备故障需要检修或主用技术供水系统滤水器堵塞造成系统压力低时报警时，可在线切换至水泵加压供水方式。单从理论而言，电站技术供水设计没有任何瑕疵，但是，在实际运行中，受各种工况影响，备用供水方式还存在一定安全风险。
电站备用技术供水主要由以下设备组成：1台DN500/PN25电动偏心半球阀、1台离心泵、1台DN500/PN16的水力泵控阀、1台过滤精度为4mm的DN500/PN25全自动滤水器及管路系统组成。水力泵控阀的应用，一定程度上提高了备用技术供水的可靠性，该阀经过适当调节，可以集减压、定压、逆止、电控开关作用于一生，操作简单便捷，可靠性高。电站人员利用离心水泵特有的性能（离心水泵特性曲线），将电站所有机组备用技術供水泵出口的水力泵控阀开启速度进行了调整，从根源上消除了备用技术供水泵启动瞬间因过流保护动作，频繁跳闸的故障。
2 备用技术供水泵故障过程回顾
该电站主用技术供水设备较稳定且机组备用台数较多，从首台机组投产后一段时间以来，任何一台机组的备用技术供水系统从未在线启动。但是随着水电单机容量的增大，单台机组安全稳定要求越来越高，若主用技术供水一旦出现故障时，备用技术供水泵能否顺利启动，将直接影响到电站安全或电网安全。故为保证电站备用技术供水系统的可靠，电站运行人员严格执行定期轮换试验制，力求备用技术供水随时可用。
某日，在电站员工对某台机备用技术供水系统执行定期试验时，出现备用供水泵电机启动瞬间电流过大导致启动柜开关跳闸的故障。由于电机保护装置设定启动间隔时间为15min，水泵启动故障后必须经15min延时方能进行第二次启动。若在机组运行过程中，主、备技术供水需要紧急切换，一旦启动过程中出现以上情况，势必威胁机组安全运行。
3 电站备用技术供水系统分析
为了解决水泵启动瞬间电流过大导致启动柜开关跳闸的故障，对离心水泵特性进行了分析学习，判断为水泵启动时泵控阀开启过快，导致水泵出口管路流量较大，流量的增大使离心泵的轴功率相应增大，轴功率增大后电机电流相应增大，当水泵启动瞬间电流达到启动柜设定的电流过大跳闸保护定值后，开关自动跳闸，水泵停止工作。
找到原因后，工作人员对电站备用技术供水系统进行了分析，最后决定利用水力控制阀结构特性，调节阀口开启速度，从而控制启动水泵的瞬间电流保持在规定范围，通过试验成功解决了以上问题。
3.1 备用技术供水水力控制阀结构原理
图1 水力控制阀结构图
水力控制阀主要由阀门本体及流量加速器C、行程开关F、开阀速度调节阀A、关阀速度调节阀B、隔膜阀E、电磁阀D组成。其中，阀门本体经耐压隔膜、阀盘分为三个腔体（上、中、下腔），上腔为控制腔。当阀门关闭后，下腔压力等于上游管路水压力，中腔压力为下游管路水压力。
3.1.1 水力控制阀开启原理
水泵启动的同时电磁阀D励磁，阀门上游水通过电磁阀内部通路后形成两路水流，第一路压力水作用于隔膜阀E的上部，切断隔膜阀E左右两边水流；第二路压力水作用于流量加速器C的隔膜腔下部，流量加速器C阀芯上移，从而使流量加速器的2、3通路接通，使得阀门上腔内的压力水经流量加速器3、2、开阀速度调节阀A排至空气，在主管路压力水不断作用下，阀门缓慢开启，阀门开启速度可以通过调节开阀速度调节阀A的大小来实现。
3.1.2 水力控制阀关闭原理
阀门关闭时，电磁阀D失磁，使得电磁阀左右两侧压力水切断、使得两路压力水经电磁阀D上部排入大气。第一路为隔膜阀E的上腔压力水释放，使隔膜阀E左右两边水流接通；第二路为流量加速器C的隔膜腔下部压力水释放，在弹簧和自身重量作用下流量加速器C阀芯下移，使得流量加速器C的1、3接通，上游侧压力水经关阀速度调节阀B、流量加速器C的1、3进入阀门上腔，在压力水的作用下，阀门缓慢关闭。当阀门完全关闭时，阀门及相应联动机构会自动关闭泵的电机。
当阀门下游压力超过上游压力时，阀门可以通过内部管路的调节，立即开始关闭，不受电子控制模式的影响，有效保护了水泵和系统的安全。
3.2 离心泵特性曲线
由电机输入泵轴的功率称为泵的轴功率，单位为W或kW。离心泵的有效功率是指液体在单位时间内从叶轮获得的能量，则有
Ne = HgQρ
式中：
Ne------离心泵的有效功率，W；
Q--------离心泵的实际流量，m3/s；
H--------离心泵的有效压头，m。
N ----轴功率，kW。
图2 离心泵的特性曲线
离心泵压头H、轴功率N及效率η均随流量Q而变，它们之间的关系可用泵的特性曲线或离心泵工作性能曲线表示。虽然各种型号的离心泵都有其本身独有的特性曲线，且不受管路特性的影响，但它们都具有一些共同的规律：
（1）离心泵的压头一般随流量加大而下降（在流量极小时可能有例外）。
（2）离心泵的轴功率在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。故在启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机。停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮。
4 解决的问题
通过对水力泵控阀开阀速度调节阀A的调整，达到对阀门开启速度的调节，使水泵启动时，电磁阀励磁后，阀门上腔的压力水经开阀速度调节阀A排至空气，阀门在主管路压力的作用下缓慢开启，解决了以下四个问题。
第一、避免了水泵启动时阀门开启过快导致电机启动电流过大出现电气回路跳闸问题；
第二、避免了因普通阀门在水泵启动时开启速度过慢，导致系统压力和流量不足的现象，水力泵控阀通过内部调节，在阀门的开启和系统压力、流量方面达到相互的协调统一，大大提高了备用技术供水系统的稳定性。
第三、对备用技术供水系统的减压和流量控制起到了一定的调节作用。
第四、该水力泵控阀具有较好的逆止功能，当阀门下游压力超过上游压力时，阀门可以通过自身控制管路的调节，减小主阀开度或开始关闭，不受电子控制模式的影响，有效保护了水泵和系统的安全。
5 结论及经验
该型水力控制阀具有较高的稳定性和通用性，阀门集减压、定压、逆止、电控开关控制于一体，具有开启、关闭速度调节功能和阀口开度指示功能，在离心水泵出口使用该阀门时，大大提高了水泵等设备和管道系统的可靠性。该型号水力控制阀制作工艺精良，若运行得当，几乎可以实现免维护功能。该阀以管路中的水或其他液体作为操作动力，通过不同控制元件和控制管路连接，从而达到控制主阀的开、关及调节工况的目的。目前在国内各大电站得到极为广泛应用，这些水力控制阀门的应用对于提高电站的自动化水平，实现真正的远程操作和少人值守目标创造了条件，是一种值得推广的产品。
作者简介：
张宏亮（1981.9-），男 山西长治人，工程师，作者长期从事大中型水电设备管理和电源项目前期管理工作）
关键词：水力控制阀；过流跳闸；分析
1 某电站技术供水系统概述
某电站机组技术供水系统采用单机单元自流减压供水方式为主，尾水管取水泵加压供水方式为辅的两种供水形式。在技术供水正常情况下，采用蜗壳自流减压供水为主用供水，当主用技术供水设备故障需要检修或主用技术供水系统滤水器堵塞造成系统压力低时报警时，可在线切换至水泵加压供水方式。单从理论而言，电站技术供水设计没有任何瑕疵，但是，在实际运行中，受各种工况影响，备用供水方式还存在一定安全风险。
电站备用技术供水主要由以下设备组成：1台DN500/PN25电动偏心半球阀、1台离心泵、1台DN500/PN16的水力泵控阀、1台过滤精度为4mm的DN500/PN25全自动滤水器及管路系统组成。水力泵控阀的应用，一定程度上提高了备用技术供水的可靠性，该阀经过适当调节，可以集减压、定压、逆止、电控开关作用于一生，操作简单便捷，可靠性高。电站人员利用离心水泵特有的性能（离心水泵特性曲线），将电站所有机组备用技術供水泵出口的水力泵控阀开启速度进行了调整，从根源上消除了备用技术供水泵启动瞬间因过流保护动作，频繁跳闸的故障。
2 备用技术供水泵故障过程回顾
该电站主用技术供水设备较稳定且机组备用台数较多，从首台机组投产后一段时间以来，任何一台机组的备用技术供水系统从未在线启动。但是随着水电单机容量的增大，单台机组安全稳定要求越来越高，若主用技术供水一旦出现故障时，备用技术供水泵能否顺利启动，将直接影响到电站安全或电网安全。故为保证电站备用技术供水系统的可靠，电站运行人员严格执行定期轮换试验制，力求备用技术供水随时可用。
某日，在电站员工对某台机备用技术供水系统执行定期试验时，出现备用供水泵电机启动瞬间电流过大导致启动柜开关跳闸的故障。由于电机保护装置设定启动间隔时间为15min，水泵启动故障后必须经15min延时方能进行第二次启动。若在机组运行过程中，主、备技术供水需要紧急切换，一旦启动过程中出现以上情况，势必威胁机组安全运行。
3 电站备用技术供水系统分析
为了解决水泵启动瞬间电流过大导致启动柜开关跳闸的故障，对离心水泵特性进行了分析学习，判断为水泵启动时泵控阀开启过快，导致水泵出口管路流量较大，流量的增大使离心泵的轴功率相应增大，轴功率增大后电机电流相应增大，当水泵启动瞬间电流达到启动柜设定的电流过大跳闸保护定值后，开关自动跳闸，水泵停止工作。
找到原因后，工作人员对电站备用技术供水系统进行了分析，最后决定利用水力控制阀结构特性，调节阀口开启速度，从而控制启动水泵的瞬间电流保持在规定范围，通过试验成功解决了以上问题。
3.1 备用技术供水水力控制阀结构原理
图1 水力控制阀结构图
水力控制阀主要由阀门本体及流量加速器C、行程开关F、开阀速度调节阀A、关阀速度调节阀B、隔膜阀E、电磁阀D组成。其中，阀门本体经耐压隔膜、阀盘分为三个腔体（上、中、下腔），上腔为控制腔。当阀门关闭后，下腔压力等于上游管路水压力，中腔压力为下游管路水压力。
3.1.1 水力控制阀开启原理
水泵启动的同时电磁阀D励磁，阀门上游水通过电磁阀内部通路后形成两路水流，第一路压力水作用于隔膜阀E的上部，切断隔膜阀E左右两边水流；第二路压力水作用于流量加速器C的隔膜腔下部，流量加速器C阀芯上移，从而使流量加速器的2、3通路接通，使得阀门上腔内的压力水经流量加速器3、2、开阀速度调节阀A排至空气，在主管路压力水不断作用下，阀门缓慢开启，阀门开启速度可以通过调节开阀速度调节阀A的大小来实现。
3.1.2 水力控制阀关闭原理
阀门关闭时，电磁阀D失磁，使得电磁阀左右两侧压力水切断、使得两路压力水经电磁阀D上部排入大气。第一路为隔膜阀E的上腔压力水释放，使隔膜阀E左右两边水流接通；第二路为流量加速器C的隔膜腔下部压力水释放，在弹簧和自身重量作用下流量加速器C阀芯下移，使得流量加速器C的1、3接通，上游侧压力水经关阀速度调节阀B、流量加速器C的1、3进入阀门上腔，在压力水的作用下，阀门缓慢关闭。当阀门完全关闭时，阀门及相应联动机构会自动关闭泵的电机。
当阀门下游压力超过上游压力时，阀门可以通过内部管路的调节，立即开始关闭，不受电子控制模式的影响，有效保护了水泵和系统的安全。
3.2 离心泵特性曲线
由电机输入泵轴的功率称为泵的轴功率，单位为W或kW。离心泵的有效功率是指液体在单位时间内从叶轮获得的能量，则有
Ne = HgQρ
式中：
Ne------离心泵的有效功率，W；
Q--------离心泵的实际流量，m3/s；
H--------离心泵的有效压头，m。
N ----轴功率，kW。
图2 离心泵的特性曲线
离心泵压头H、轴功率N及效率η均随流量Q而变，它们之间的关系可用泵的特性曲线或离心泵工作性能曲线表示。虽然各种型号的离心泵都有其本身独有的特性曲线，且不受管路特性的影响，但它们都具有一些共同的规律：
（1）离心泵的压头一般随流量加大而下降（在流量极小时可能有例外）。
（2）离心泵的轴功率在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。故在启动离心泵时，应关闭泵出口阀门，以减小启动电流，保护电机。停泵时先关闭出口阀门主要是为了防止高压液体倒流损坏叶轮。
4 解决的问题
通过对水力泵控阀开阀速度调节阀A的调整，达到对阀门开启速度的调节，使水泵启动时，电磁阀励磁后，阀门上腔的压力水经开阀速度调节阀A排至空气，阀门在主管路压力的作用下缓慢开启，解决了以下四个问题。
第一、避免了水泵启动时阀门开启过快导致电机启动电流过大出现电气回路跳闸问题；
第二、避免了因普通阀门在水泵启动时开启速度过慢，导致系统压力和流量不足的现象，水力泵控阀通过内部调节，在阀门的开启和系统压力、流量方面达到相互的协调统一，大大提高了备用技术供水系统的稳定性。
第三、对备用技术供水系统的减压和流量控制起到了一定的调节作用。
第四、该水力泵控阀具有较好的逆止功能，当阀门下游压力超过上游压力时，阀门可以通过自身控制管路的调节，减小主阀开度或开始关闭，不受电子控制模式的影响，有效保护了水泵和系统的安全。
5 结论及经验
该型水力控制阀具有较高的稳定性和通用性，阀门集减压、定压、逆止、电控开关控制于一体，具有开启、关闭速度调节功能和阀口开度指示功能，在离心水泵出口使用该阀门时，大大提高了水泵等设备和管道系统的可靠性。该型号水力控制阀制作工艺精良，若运行得当，几乎可以实现免维护功能。该阀以管路中的水或其他液体作为操作动力，通过不同控制元件和控制管路连接，从而达到控制主阀的开、关及调节工况的目的。目前在国内各大电站得到极为广泛应用，这些水力控制阀门的应用对于提高电站的自动化水平，实现真正的远程操作和少人值守目标创造了条件，是一种值得推广的产品。
作者简介：
张宏亮（1981.9-），男 山西长治人，工程师，作者长期从事大中型水电设备管理和电源项目前期管理工作）