30t國產纜機在構皮灘水電站運行中的典型故障分析及預防措施

【摘 要】構皮灘水電站是貴州省最大的水電站，大壩設計為雙曲拱壩，最大壩高232. 5 m，大壩主體混凝土量273萬m3。大壩適合纜索式起重機施工，經技術經濟綜合比較采用3臺30 t平移式纜機布置方案。構皮灘水電站的如期建成投產表明國產30t纜機已完全滿足工程施工進度與強度的要求，但在纜機的運行中還是出現了多起典型的故障，在此，對30 t國產纜機在構皮灘水電站運行中的典型故障進行分析并提出預防措施。

【關鍵詞】纜機；運行；故障；分析；預防措施

【Abstract】The Goupitan Hydropower Station is the largest hydropower station in Guizhou Province. The dam is designed as a double-curvature arch dam with a maximum height of 232. 5 m and a concrete volume of 2.73 million m3 . The dam is suitable for the construction of cable cranes. After comprehensive comparison of technology and economy， 3 sets of 30 t translating cranes are deployed. The construction and commissioning of the Goupitan hydropower station shows that the domestic 30-t cable machine has fully met the requirements of construction progress and strength， but there are still many typical failures in the operation of the cable machine. Here， the 30-ton domestic cable machine is The typical faults in the operation of Goupitan Hydropower Station are analyzed and preventive measures are proposed.

【Key words】Cable machine；Operation；Failure；Analysis；

1. 工程概況

構皮灘水電站位于貴州省余慶縣境內烏江干流河段，是烏江干流梯級第7級電站。該電站是國家“十五”期間開工建設的大型水電工程項目及貴州西電東送的標志性工程，也是烏江流域水電開發規劃中最大的水電站。電站總裝機容量300萬KW，年發電量96.82億KW·h。電站樞紐由混凝土雙曲拱壩，壩下水墊塘，壩身表、中泄洪孔，右岸地下式廠房，左岸泄洪洞及通航等建筑物組成。

2. 纜機的布置形式

構皮灘水電站大壩位于烏江V形對稱峽谷中，根據兩岸地形及樞紐布置，大壩施工適合采用纜索式起重機，經技術經濟綜合比較采用平移式纜機布置方案。該方案兩岸地形適合布置平移式纜機，土建工程量較小；纜機可覆蓋整個拱壩，不需另外布置施工機械，有利于壩體混凝土溫度控制，有利于2臺纜機抬吊大壩金屬結構件進行安裝；纜機運行速度快，倉面定位準確，有利于2～3臺纜機同澆1倉，對工程施工進度、施工質量更有保障。混凝土系統布置在右岸上游，且右岸地形較緩，根據地形條件和施工總布置，纜機主塔布置在右岸，副塔布置在左岸。3臺平移式纜機布置在同一高程，跨度為700 m，纜機主、副塔均為無塔架形式，纜機平臺各長180 m 。纜機主要技術參數見表1。

3. 運行中的典型故障分析及預防措施

3.1 提升電機故障。

3.1.1 故障分析。提升電機故障大多數發生在正常吊運混凝土快速下降過程中，共發生9次故障，其中有3次發生在供電系統突然斷電的情況下，1次發生在10 KV供電系統電壓波動的情況下，其余5次發生在供電系統沒有異常的情況下。

3.1.2 預防措施。（1）臨時措施是提高欠電壓保護值，從80%的欠電壓保護提高到85 %，也就是當整流變壓器原邊電壓低于85%時就會使纜機斷電，這樣就避免了整流變壓器副邊電壓過低引起逆變失敗的情況。但纜機在重載時急停的次數增多，也給纜機造成多次沖擊疲勞，存在重大安全隱患。最后加裝動態濾波無功補償裝置，使纜機的提升電機（950 KW）啟動時不再引起電網電壓閃變和電壓波動。（2）在提升直流電機電樞兩端并接過電壓及逆變消能平磁裝置，減少瞬間過電壓對電機的沖擊。（3）將纜機高速限速至90%運行，避免超載以及高速運行給電機帶來的強電流情況，降低電機運

行溫度和長期高速對電機的損傷和積累。

3.2 纜機副塔天輪軸斷裂。

（1） 故障分析。2006年10月21日22： 55分，構皮灘水電站2號纜機在澆筑混凝土的過程中將空罐向主塔方向牽引至離卸料平臺約3～4m時（此時，牽引操作減速即將至0位），副塔天輪軸突然斷裂。斷裂時，小車牽引繩和中間2根承馬繩均脫落輪槽，造成副車撐架上部變形，小車牽引繩有5處損傷；承馬牽引繩有1處損傷；小車主塔側第1個承馬兩側板扭曲變形。事故發生后，經纜機制造廠商、業主、監理和施工單位聯合鑒定結果如下：由于軸的材料和熱處理問題以及結構具有較大肩臺，致使應力集中，造成斷裂。

（2）預防措施。改善天輪軸材料和熱處理工藝，將軸肩臺部位改為圓錐過渡，避免了天輪軸原來設計不足造成的應力集中；重新加工天輪軸（包括主塔天輪軸），并全部進行了更換。

（3）采取措施。將天輪軸的材料改為38CrMoAlA氮化鋼，熱處理為調質氮化，表面加工采取磨削后進行拋光處理等，進一步降低材料的切口敏感性，提升了天輪軸的疲勞安全系數，從而延長了天輪軸的使用壽命。

3.3 控制電纜和副車電源電纜斷芯嚴重。

（1）故障分析。施工初期共發生了10多起電纜斷芯故障，經現場觀察分析，其主要原因是電纜轉盤下有1對電纜導向輪，其半徑小（僅為50mm ），運行中導致電纜轉彎半徑小，使電纜造成較大的彎曲應力。

（2）預防措施。將電纜全部更換，將電纜導向輪拆除，增加防跳纜擋板，處理后再也沒有發生過電纜斷芯故障。

3.4 進口鋼絲繩使用費用高。

鋼絲繩是纜機的主要耗材之一，纜機鋼絲繩有提升鋼絲繩、小車牽引繩和承馬牽引繩。承馬牽引繩使用的是國產鋼絲繩；小車牽引繩和提升鋼絲繩最初使用的是原裝進口光面鋼絲繩（德國產卡薩爾CASAR），提升鋼絲繩型號為CASAR TURBO-PLAST一1770一36，小車牽引鋼絲繩型號為CASAR TURBOPLAST 1770一30。后由于進口光面鋼絲繩價格昂貴且使用期限較短，改為國產線接觸鋼絲繩。各種鋼絲繩使用情況及單位時間費用分析見表2。

從表2可見，國嚴鋼絲繩便用壽命不比進口鋼絲繩短，但國產提升鋼絲繩單位時間平均使用費用為25元/h，進口提升繩單位時間平均使用費用則高達222元/h，將近國產鋼絲繩的9倍。鋼絲繩在使用過程中主要是受拉力和彎曲應變。30 t纜機鋼絲繩的損壞主要特征是表面鋼絲斷裂，其原因是經多次彎曲應變后造成疲勞斷裂。因此，相對較好的柔性線接觸鋼絲繩其使用壽命較長。

（1）進口光面鋼絲繩特點。鋼絲脆硬，柔性相對較差，破斷拉力較大。由于鋼絲脆硬，容易受彎曲應變造成疲勞斷裂，其使用壽命較短，且價格昂貴，導致運行成本極高。當然，國產鋼絲繩為線接觸型，對滑輪等替換件磨損較嚴重，同時會使滑輪等替換件費用增加，但總費用要比進口鋼絲繩費用少得多，因此，國產線接觸鋼絲繩存在明顯的價格優勢。

（2）預防措施。纜機的鋼絲繩（包括提升繩、小車牽引繩、承馬牽引繩）全部采用國產線接觸鋼絲繩，由于構皮灘水電站離貴州鋼絲繩廠較近，該電站3臺纜機更換使用的都是貴州鋼絲繩廠的鋼絲繩，提升鋼絲繩型號為6 x 36SW + IWR-36，小車牽引鋼絲繩型號為6 x 30SW + IWR-30，從使用情況來看，完全可以替代原裝進口光面鋼絲繩，滿足施工需要。

3.5 雷擊事故。

3.5.1 故障分析。電站建設工地所處地理位置屬于雷電多發區，纜機又處于空曠的制高點位置，容易引雷和接雷。纜機投人運行后，因此遭到多次雷擊，造成其無線中控箱、電臺等設備元器件損壞的故障，影響了纜機的正常運行和施工進度。

3.5.2 預防措施。

（1）直擊雷防護。根據現場實際情況，在纜線上方橫跨江面安裝6根等間距避雷線，沿軌道方向上游側和下游側的2根避雷線分別布置在軌道端部外側5m左右。為了保證絕緣水平，避雷線距纜機塔架、牽引索上支等最高點的距離不小于1. 5 m。避雷線兩端接地，使得在雷擊時將雷電過電壓引入地下以確保纜機安全。該系統保護范圍覆蓋纜機上下游間全行程，左右岸寬800 m矩形區域。可確保包括全部纜機本體及操作室、微波天線等在雷強度不大于120 kA條件下不會遭受雷擊傷害。對避雷線的受力、安全系數進行計算，可以確定避雷線錨固點的位置，即距左右岸主索懸掛鉸點的距離（纜機主、副車外側）處的高程以得出避雷線的架設示意圖（見圖1），避雷線下的尼龍繩可以懸掛照明燈及其電源電纜。

（2）弱電設備防雷。為了保護弱電設備受到電壓（雷電或電源系統內部過電壓）侵襲時保護設備不致受損壞，按照有關標準的要求，對弱電設備的電源和信號部分加裝或更換SPD智能配電系統。

（3）采用單獨回路供應單臺纜機的一對一的供電方式，且互為備用。

（4）對牽引機構加裝逆變消能滅磁保護裝置，降低電壓波動造成的沖擊。

（5）對纜機（軌道）、架空避雷線、司機室、中控柜等設備接地情況定期測試，對接地電阻偏大，無法及時、有效、快速地釋放雷擊瞬間大電流，起不到保護設備目的的不良接地進行改造，并重新測試合格，保證接地電阻小于4Ω。

4. 結束語

構皮灘水電站3臺30 t無塔架平移式纜機由中國企業自行設計與制造，在國內屬于首創。構皮灘水電站的如期建成投產表明國產纜機完全滿足工程進度與強度的要求，保證工程建設的需要。從30 t國產纜機吊運混凝土達到的生產率來看，國內水電站建設者在纜機管理、操作技能及維護保養方面已達到了較高的水平，各纜機使用單位應加強技術交流，相互取長補短，進一步提高國產纜機的運行效率。

[文章編號]1619-2737（2018）04-20-796

[作者簡介] 吳維昱（1973-），男，籍貫：貴州貴陽人，職稱：工程師，從事水利水電工程建筑施工技術與管理工作。