抽水蓄能電站中的豎井施工載人系統(tǒng)研究

李軍 吳定清 王艷梅 胡鵬飛

摘要：抽水蓄能電站豎井施工過程中，如何解決施工作業(yè)人員的垂直運輸，保障人員運輸過程中的安全，一直是一個擺在施工技術(shù)人員面前的難題。因此，本研究對豎井施工載人系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計，使其在滿足安全的前提下，實現(xiàn)快速整體拆移，提高生產(chǎn)效率，降低施工成本的目的。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站;豎井;載人;安全施工

中圖分類號：U455.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-6903（2021）12-0059-03

0引言

在抽水蓄能電站地下洞室群中，設(shè)計有出線井、排風(fēng)井、調(diào)壓井等多條不同功能、不同斷面、不同深度的豎井，以滿足電站運行要求。一般情況下，豎井在開挖支護(hù)、混凝土澆筑期間，主要通過在井壁敷設(shè)籠式豎梯、轉(zhuǎn)梯，或是在井口布設(shè)礦用絞車和防墜罐籠等方式，用于運輸施工人員進(jìn)出豎井工作面。但是在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，豎梯、轉(zhuǎn)梯不僅安裝難度大、安全風(fēng)險高，且隨著豎井深度的增加，作業(yè)人員上、下通行的難度也將不斷增大，體力消耗不斷增加;尤其是開挖支護(hù)階段，為防止爆破對豎梯、轉(zhuǎn)梯產(chǎn)生破壞，豎梯、轉(zhuǎn)梯只能安裝至距離作業(yè)面約10～15m位置，需另行在豎梯、轉(zhuǎn)梯底部掛設(shè)軟梯至作業(yè)面，且需隨著開挖的進(jìn)行，還需采用其他方式作為施工平臺定期對豎梯、轉(zhuǎn)梯進(jìn)行延長;導(dǎo)致安全風(fēng)險增高、施工效率降低。而采用礦用絞車與防墜罐籠相結(jié)合的運輸方式，雖然安全性能較高，但絞車、罐籠及電控系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)較多、體型龐大、安拆及操作復(fù)雜，而且施工成本較高，不利于工程高效、快速、連續(xù)、安全的施工。因此，研究設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、安拆方便、運行快捷、安全可靠的載人提升裝置對抽水蓄能電站中豎井安全、快速施工具有重要的現(xiàn)實意義。

1工程概況

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內(nèi)，由國網(wǎng)新源控股有限公司負(fù)責(zé)建設(shè)、運營、管理。建成后，以三回500kV線路接入京津冀北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用任務(wù)。電站為一等大型工程，分兩期建設(shè)，總裝機(jī)容量3600MW，為

目前在建世界裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電站[1]。

電站地下洞室群主要設(shè)計有2條開挖斷面為11m×12m，最大深度為161.9m的出線豎井;1條開挖斷面為φ12.4m，深192.83m的排風(fēng)豎井;6條開挖斷面為φ11.8m，深98.4m的尾水調(diào)壓井等，數(shù)量較多，施工周期較長，安全風(fēng)險較高。因此，對豎井施工載人系統(tǒng)的研究顯得尤為重要。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計

載人系統(tǒng)是利用力矩平衡原理設(shè)計的一種曳引式升降機(jī)，布設(shè)在豎井上部井口處，主要由固定框架、懸吊平臺、吊船、曳引機(jī)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)五大部分組成。

（1）固定框架。固定框架主要用于吊船的懸吊及電纜線盤的固定，布置在懸吊平臺端頭，與懸吊平臺端頭采用高強螺栓連接。

（2）懸吊平臺。懸吊平臺主要用于固定框架、曳引機(jī)構(gòu)及配重的固定，是設(shè)備的主要受力構(gòu)件。與固定框架部位伸入井口，其剩余部分坐落在井口的地面上，并在端部增加配重及地腳螺栓錨固，以保障懸吊平臺整體穩(wěn)定性。

（3）吊船。吊船類似于電梯轎廂，通過曳引機(jī)構(gòu)的4根鋼絲繩固定在懸吊平臺井道側(cè)的框架內(nèi)。

（4）曳引機(jī)構(gòu)。曳引機(jī)構(gòu)是懸吊平臺的動力部件，采用電動曳引式結(jié)構(gòu)，通過曳引機(jī)電磁制動三相異步電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)滾筒帶動鋼絲繩提升系統(tǒng)使吊船上下運動，完成人員的垂直運輸。

（5）電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)是用來控制懸吊平臺運動的部件，主要電器元件安裝在一塊絕緣板上;萬能轉(zhuǎn)向開關(guān)、電源指示燈、啟動按鈕和緊急停機(jī)按鈕裝在箱體門板上，通過設(shè)備的升降、懸停實現(xiàn)井內(nèi)和地面的雙控操作。如圖1：

鈕為CST離心式安全鎖，具有自鎖功能;當(dāng)?shù)醮倩?根鋼絲繩升降速度不一致等異常情況下進(jìn)行動作，若需恢復(fù)，必須朝順時針方向旋轉(zhuǎn)頭部使按鈕彈出后，方可繼續(xù)運行。如表1。

3設(shè)備安拆

3.1設(shè)備安裝

（1）懸吊平臺的安裝。先將吊船放入豎井里面;然后將平臺伸入豎井口上方并找準(zhǔn)安裝位置，再在平臺外端先放上配重支架，并將配重壓置1T。（2）曳引機(jī)的安裝。將曳引機(jī)支座、滾筒兩端的軸承支座分別與平臺配重一端的安裝支架上用螺栓連接好并調(diào)整到位，將曳引機(jī)支座，軸承支座連接固定可靠。（3）懸掛機(jī)構(gòu)的安裝。首先將平臺框架安裝在平臺進(jìn)入豎井上方的一端，并用M16-8.8級螺栓連接緊固;然后把剩余的配重塊再放在配重支架，共計2T，最后將工作鋼絲繩、安全鋼絲繩分別固定在前梁的懸掛機(jī)構(gòu)架上[2]。（4）電纜的連接和電動機(jī)轉(zhuǎn)向的調(diào)整。首先把五線電源電纜的各相導(dǎo)線接入電氣控制箱內(nèi)對應(yīng)的接線柱上，然后連接380V電源，先按啟動按鈕，再按控制按鈕“上”，此時電動機(jī)應(yīng)順時針方向旋轉(zhuǎn)，若不對，則打開電動機(jī)接線盒將三根電源線中的任意兩根對調(diào)接好，并把萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向另一側(cè)，以同樣方法調(diào)整好另一端電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。（5）吊船裝置;3.鋼絲繩;4.導(dǎo)向輪;5.鎖緊機(jī)構(gòu);6.配重塊;71.電纜與曳引機(jī)構(gòu)的連接。首先把鋼絲繩插入曳引機(jī)進(jìn)繩口，線;72.電氣控制器;8.豎井吊船。點動控制按鈕“上”，鋼絲繩即能自動進(jìn)入曳引機(jī)，若進(jìn)不去，則把鋼絲繩轉(zhuǎn)換一個角度穿入，按住“上”按鈕，把鋼絲繩全部穿完;然后將鋼絲繩通過兩組轉(zhuǎn)向滑輪，分別穿過離心式安全鎖，最后將吊船升到方便連接用于限制吊船一直上升，撞壞固定框架;而緊急停機(jī)按鋼絲繩的地方，進(jìn)行鋼絲繩連接并固定。（6）整體加固。

安裝之前，在井口澆筑基礎(chǔ)混凝土，并根據(jù)懸掛平臺螺栓孔的布置精確埋設(shè)好地腳螺絲;安裝完成后，采用高強螺栓將懸吊平臺固定牢固;最后經(jīng)荷載試驗并驗收合格后即可投入使用。

3.2設(shè)備使用

作為載人作業(yè)設(shè)備，在使用過程中須嚴(yán)格遵守以下的安全操作規(guī)定：

（1）必須由專人操作和維護(hù)保養(yǎng);（2）操作人員上機(jī)操作前，必須認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握本使用說明書的內(nèi)容;使用前必須按檢驗項目檢驗合格;使用中嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程;使用后認(rèn)真做好維護(hù)保養(yǎng)工作;（3）操作和施工人員都必須戴安全帽;（4）嚴(yán)禁帶故障和超載使用;

（5）嚴(yán)禁超長使用;（6）設(shè)備運行時，操作人員應(yīng)密切注意上下有無障礙物，以免引起碰撞或其它事故;向上運行時要注意上限位;（7）嚴(yán)禁在設(shè)備上另設(shè)吊具;（8）接地線不得接在平臺或鋼絲繩上;（9）電器控制箱不得另外布線作為其它動力電源使用，箱內(nèi)禁止擺放雜物;

（10）限位開關(guān)、“緊急停機(jī)”按鈕必須靈敏可靠;（11）一旦發(fā)生曳引機(jī)卡繩或其它一時不能判明原因的故障，絕對禁止強行開動，務(wù)必先將吊船牢靠固定，再找出原因，排除故障，確認(rèn)恢復(fù)正常后，方可繼續(xù)使用;（12）操作模式及操作方法：①工頻上升、下降：先將電源箱上的總電源開關(guān)送電，然后將配電箱上面的工變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到工頻模式，并將四個安全鎖的手動開關(guān)打開，點擊配電箱上面的上升或下降按鈕，使吊船隨曳引電機(jī)上下運行。②吊船載人上升、下降：先將電源箱上的總電源開關(guān)送電，然后將配電箱上面的工變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到變頻模式。進(jìn)入吊船內(nèi)關(guān)好吊船門點擊吊船內(nèi)操作箱上面的上升或下降按鈕正常情況下吊船會隨拖拽電機(jī)上下運行，若遇到緊急情況按下操作箱上的急停按鈕，緊急情況解除后松開急停按鈕，點擊故障復(fù)位按鈕方可運行。③遙控上升、下降：先將電源箱上的總電源開關(guān)送電，然后將配電箱上面的工變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到變頻模式，進(jìn)入吊船內(nèi)關(guān)好吊船門點擊遙控器上面的上升或下降按鈕，使吊船隨拖拽電機(jī)上下運行，松開按鈕電機(jī)停止，吊船上面的門未關(guān)閉，遙控器上下按鍵無效。

（13）鋼絲繩必須用規(guī)定的結(jié)構(gòu)形式和力學(xué)性能的特制鋼絲繩并且要完好無損，表面保持清潔，安全鋼絲繩不得沾油。鋼絲繩的檢查和報廢按《GB5972-86起重機(jī)械用鋼絲繩檢查和報廢使用規(guī)范》第2.5條規(guī)定執(zhí)行。對較常遇見的下列情況，鋼絲繩應(yīng)報廢：①斷股或在一個節(jié)距（每股鋼絲繩纏繞一周的軸向距離）內(nèi)斷絲達(dá)到5根;②松散、壓扁、起臌（籠狀畸變），死彎或折彎直徑小于10mm;③磨損或銹蝕嚴(yán)重，鋼絲繩直徑<7.5mm;④不得用鋼絲繩拖拉豎井吊船移動;（14）施工結(jié)束前要切斷電源，鎖好電氣箱門，做好清潔工作和防護(hù)工作，不得有雜物和水進(jìn)入電動機(jī)和電器控制箱;（15）每次上吊船施工之前，操作人員必須按“日檢查內(nèi)容”的要求檢查合格后方能使用。

3.3設(shè)備拆移

（1）移位。將鋼絲繩從提升機(jī)和安全鎖內(nèi)抽出;再將支架、鋼絲繩和配重用設(shè)備吊運到空曠場地，并相應(yīng)移動升降機(jī)至其他部位。具備條件時，可直接采用設(shè)備將其整體移設(shè)至其他使用部位。（2）拆除。拆除步驟為：①將平臺停放在平整的地面上，拆下繩墜鐵;②切斷電源;③將電纜從臨時配電箱和升降機(jī)上拆下，并卷成圓盤;④將鋼絲繩卸下拉到上方，并卷成圓盤扎緊;⑤最后拆除懸掛裝置。

4結(jié)語

根據(jù)對曳引式升降機(jī)的研究和現(xiàn)場實際應(yīng)用效果分析，這種設(shè)備既有效地提高了設(shè)備的利用率，又在操作簡單靈活的基礎(chǔ)上保障了施工安全，而且這種設(shè)備可整體進(jìn)行拆移，又可有效的降低安全風(fēng)險，提高生產(chǎn)效率，降低施工成本。

2021年9月17日，國家能源局發(fā)布了《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，文件中明確了發(fā)展目標(biāo)，要求到2035年，抽水蓄能電站投產(chǎn)總規(guī)模達(dá)到3億kW。可見抽水蓄能電站將大規(guī)模發(fā)展，而豎井又是抽水蓄能電站的重要組成部分，這種曳引式升降機(jī)可廣泛應(yīng)用于豎井的施工之中，具體較高的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]國家能源局.抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）[S].

[2]齊磊，方善新，王濤.載人提升系統(tǒng)在白鶴灘水電站豎井施工中的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)電，2020（5）：57-60.

ResearchonMannedSysteminPumpedStoragePowerStation

LIJun，WUDingqing，WANGYanmei，HUPengfei

（ChinaWaterResourcesandHydropowerSeventhEngineeringBureauCo.，Ltd.，ChengduSichuan610213）

Abstract：Intheconstructionprocessofpumpedstoragepowerstationshaft，howtosolvethevertical

transportationofconstructionworkersandensurethesafetyofpersonneltransportationprocesshasalways

beenadifficultprobleminfrontofconstructiontechnicians.Therefore，thisstudyredesignedthemanned

systemofshaftconstructiontoachievethepurposeofrapidandoverallremoval，improvingproduction

efficiencyandreducingconstructioncostunderthepremiseofsatisfyingsafety.

Keywords：pumpedstoragepowerstation;shaft;manned;safeconstruction