大型平面閘門吊頭鋼絲繩纏繞故障分析及處理

馬美香，蔡銀輝

(1.國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 雅安 625300；2.國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

某水電站裝設4臺165 MW軸流轉槳式水輪發電機組，水電站樞紐工程由河床式廠房、窯洞式安裝間、泄洪閘、沖沙閘、擋水壩等建筑物組成，壩頂高程662.50 m。4臺機組進水口分布在壩體下，在每臺機組進水口處設置三扇檢修閘門，在檢修閘門后設置三扇事故閘門，事故閘門一門一機布置，在每臺機組尾水出口設置三扇尾水閘門。

機組進水口事故閘門為潛孔、平面、滑動閘門，孔口尺寸6.2×16.228-55.645 m(寬×高-水頭)，門槽底坎高程604.35 m，單扇閘門重125 861 kg，門體支承為MGA鋼復平面滑道、反向鋼滑塊，頂、側止水采用橡塑水封P60A，底止水為條形橡皮，門體吊點采用單吊點。啟閉條件為動水閉門、充水閥充水平壓后靜水啟門。門葉主要材料Q345B，門槽主要材料Q345，止水座板為1Cr18Ni9Ti。閘門為焊接結構，門葉主橫梁為焊接組合工字梁，縱隔板為實腹T型焊接結構，其止水座面及結合面采用機加工，加工后的表面粗糙度Ra 12.5 μm。門槽埋件包括主軌、反軌、底檻等，均為焊接組合結構，其不銹鋼止水面及不銹鋼支承面采用機加工，加工后的表面粗糙度Ra 3.2 μm。

5 000 kN固定卷揚式啟閉機安裝在壩面662.5 m上的排架上，主要由機架、電動機、制動器、聯軸器、減速器、小齒輪裝置、卷筒裝置、開度儀裝置、滑輪裝置和電氣設備組成。

1 故障情況

電站3號發電機組檢修后進行相關試驗，機組進水口3號事故閘門在遠程啟閉試驗過程中發生卡阻，閘門在提升高度14 m時荷重超載報警，閘門提升程序停止。

2 原因分析

閘門發生卡阻后，對閘門門槽、門體、吊頭、鋼絲繩等進行檢查，發現吊頭一側配重塊脫落并被鋼絲繩纏繞，吊頭動滑輪1槽鋼絲繩脫槽并拉傷護板。如圖1所示。

圖1 吊頭配重塊脫落圖

結合試驗流程及現場檢查分析，閘門試驗過程中下落至全關位置后，開度傳感器故障導致啟閉機未收到控制程序停止指令而繼續運轉，卷筒上的鋼絲繩繼續下放松弛繼而在吊頭動滑輪下方形成堆積纏繞，隨后在閘門起升過程中松弛鋼絲繩纏繞吊頭配重塊(4顆M24螺栓)將其固定螺栓剪斷，配重塊脫落后被鋼絲繩掛住進而卡于吊頭與閘門連接夾板處，鋼絲繩一側也卡于吊頭與夾板之間，最終導致鋼絲繩受力卡死無法傳動，閘門荷重超載無法提升(見圖2、圖3)。

圖2 吊頭鋼絲繩脫槽情況圖

圖3 吊頭完好狀態圖

3 方案及處理

由于閘門處于一定起升高度，要處理鋼絲繩纏繞，必須首先固定閘門防止其移動，避免移動過程中造成鋼絲繩受力過大發生斷裂造成門體墜落、鋼絲繩甩出等事故，基于此前提，經過研究形成了以下方案。

3.1 方案一

在閘門門體下方進行支撐，采用墊枕木、搭建鋼支撐等方式對門體進行固定(防止門體下移)后，再通過啟閉機下落吊頭松弛鋼絲繩，消除纏繞故障后實行閘門正常啟閉。

但由于閘門下方底坎為斜面(見圖4)，閘門卡阻位置高度較高(14 m)，此方案施工難度較大，且工期時間長。

圖4 閘門底部示意圖

3.2 方案二

在閘門上方通過在門槽中焊接鋼結構固定點，然后采用鋼梁或其他連接裝置固定閘門于當前位置，防止閘門移動，然后啟動啟閉機下落吊頭松弛鋼絲繩消除纏繞故障。

此方案門槽固定點、門體連接點焊接施工難度、工作量均較大，且閘門門體自重125 t，普通焊接點強度難以承受如此重量。

3.3 方案三

通過啟閉機上方下放2根等徑鋼絲繩，用卡環分別鎖住吊頭動滑輪(8槽，兩邊為動繩，平衡輪在中間兩槽)兩邊動繩，然后啟動啟閉機下落松弛鋼絲繩消除纏繞故障[1-2]。單扇閘門重量為125 861 kg，正常情況下16根鋼絲繩每根承重約7 866 kg。鎖定上游側2根動繩(見圖5)后承重鋼繩剩余14根，每根鋼絲繩承重約8 990 kg，φ 54鋼絲繩安全起重量約為33 000 kg，鋼絲繩承重在安全范圍內。

圖5 閘門吊頭動滑輪繞繩示意圖

此方案操作便捷，實施難度較小，作業人員可在孔口上方作業，安全風險也較小。

3.4 處理

通過對各站方案比較論證，最終選用第三種方案作為實施方案。利用大壩門式起重機400 t主鉤吊下2根直徑φ 56 mm長15 m鋼絲繩與閘門吊頭2根上游側動繩(型號54ZAB6×36SW+IWR-1870ZS)通過φ 56卡環(每根8個卡環)進行鎖固，見圖6，然后啟動啟閉機緩慢運行，觀察(在安全位置)鋼絲繩卡環是否鎖緊受力，閘門是否位移。確認鋼絲繩無松動及相互位移、閘門無位移、各部分無異常后，對脫落平衡塊固定于吊頭上，然后啟動啟閉機下落鋼絲繩，吊頭動滑輪2根動繩緩慢下落松弛[3]。

圖6 鋼絲繩鎖緊情況圖

鋼絲繩松弛裕度滿足要求后，作業人員通過手拉葫蘆將平衡塊放置于閘門門體上，再用手拉葫蘆輔助拉出卡于吊頭夾板間的鋼絲繩，使松弛鋼絲繩下垂部分無卡阻、阻擋。檢查鋼絲繩是否受損情況及范圍，經過檢查鋼絲繩存在部分斷絲，但受損情況滿足規范要求，可以繼續使用。

啟動啟閉機緩慢收緊鋼絲繩，使脫槽鋼絲繩歸位。啟閉機繼續運轉，閘門向上運動，通過門式起重機下放的2根鋼絲繩出現松弛，鋼絲繩鎖緊卡環不再受力后停止啟閉機。

拆除鋼絲繩鎖緊卡環，撤離門式起重機及下方鋼絲繩，恢復吊頭滑輪槽拉傷護板，復位吊頭配重塊，修復開度傳感器，試運行閘門無異常后投入運行[4]。

4 結 語

水電站機組進水口事故閘門作為設備故障情況下的安全保障，發揮著重要作用，其一旦發生故障，直接影響發電設備是否可以安全的投入運行，本文通過對閘門吊頭發生鋼絲繩纏繞故障的分析研究及處理，采用科學、有效的方法快速解決了故障，消除了隱患，為發電機組按時投入運行，避免了損失作出了重要貢獻。此類故障的處理方案也可為其他閘門吊頭鋼絲繩類似故障提供處理借鑒、參考，促進水電設備安全穩定運行。