應(yīng)急操作器在水電站泄洪閘門(mén)安全運(yùn)行中的必要性

劉緒軍

（四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 甘孜 626001）

1 引言

長(zhǎng)河壩水電站位于甘孜藏族自治州康定縣魚(yú)通鎮(zhèn)境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦22 級(jí)方案的第10 級(jí)電站，以單一發(fā)電為主。電站由水庫(kù)大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)、2 條開(kāi)敞式泄洪洞、1 條有壓深孔泄洪洞和1 條放空洞等建筑物組成，大壩為礫石土心墻堆石壩，大壩最大壩高240 m，水庫(kù)正常蓄水位1 690 m，電站安裝4 臺(tái)單機(jī)650 MW 水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量2 600 MW。

電站正常運(yùn)行時(shí)采用1 條有壓深孔泄洪洞（1號(hào)）和2 條開(kāi)敞式泄洪洞（依次為2 號(hào)、3 號(hào)泄洪洞）控制泄洪。工程設(shè)計(jì)洪水流量7 650 m3/s（1 號(hào)泄洪洞設(shè)計(jì)泄洪流量：3 370 m3/s，2 號(hào)、3 號(hào)泄洪洞設(shè)計(jì)泄洪流量：2 140 m3/s）。根據(jù)相關(guān)水文資料顯示，實(shí)測(cè)最大流量5 800 m3/s（1992-6-29，瀘定站），近幾年最大流量5 790 m3/s（2018-7-11，達(dá)50 年一遇），調(diào)查歷史最大流量7 170 m3/s（1904 年，瀘定站）。電站汛期運(yùn)行水位一般控制在1 680~1 690 m 之間，在泄洪階段，參考近10 年汛期來(lái)水量情況，長(zhǎng)河壩3孔泄洪洞金結(jié)設(shè)備在汛期必須保證能正常啟閉。然而，由于泄洪系統(tǒng)水工閘門(mén)使用具有季節(jié)性、使用頻率較低、啟閉機(jī)故障不易察覺(jué)等問(wèn)題，容易出現(xiàn)事故。電站泄洪系統(tǒng)安全運(yùn)行直接關(guān)系到電站的運(yùn)行效益和安全，為了保障長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門(mén)的安全運(yùn)行，研究及安裝應(yīng)急操作器對(duì)于長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門(mén)安全運(yùn)行的影響和作用效果具有重要的意義[1，2]。

2 應(yīng)急操作器

2.1 應(yīng)急操作器的構(gòu)成

應(yīng)急操作器是一種可以在緊急情況下快速控制水工閘門(mén)啟閉狀態(tài)的裝置，通常由以下幾個(gè)部分組成：

（1）動(dòng)力總成：動(dòng)力總成是應(yīng)急操作器的核心部分，包括柴油機(jī)、減速器和柱塞泵等，柴油機(jī)是應(yīng)急操作器的動(dòng)力來(lái)源，液壓泵則是提供液壓動(dòng)力的關(guān)鍵部件。

（2）液壓控制總成：液壓控制總成是應(yīng)急操作器的控制核心，包括液壓油路塊、液壓閥等，液壓閥用于控制液壓系統(tǒng)的通斷和流量，當(dāng)緊急情況下需要啟閉水工閘門(mén)時(shí)，可以通過(guò)液壓系統(tǒng)快速控制水工閘門(mén)油缸的伸縮和停止，從而控制水工閘門(mén)的啟閉。

（3）保護(hù)外殼：保護(hù)外殼起到了阻隔操作人員的作用，保障了安全操作，其外觀整潔，各個(gè)窗口功能分區(qū)明確便于維護(hù)和操作。

（4）油路接口：應(yīng)急操作器的油路接口用于連接水工閘門(mén)的油缸接口，與原啟閉機(jī)實(shí)現(xiàn)互為備用的連接布局，且其中任一系統(tǒng)控制閘門(mén)時(shí)互不影響。

2.2 應(yīng)急操作器的使用方法

應(yīng)急操作器的使用方法簡(jiǎn)單便捷。當(dāng)水工閘門(mén)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，操作人員可以通過(guò)應(yīng)急操作器控制水工閘門(mén)的啟閉狀態(tài)，確保水工閘門(mén)的安全運(yùn)行。具體操作步驟見(jiàn)圖1。

圖1 水工閘門(mén)應(yīng)急操作步驟

3 應(yīng)急操作器在長(zhǎng)河壩水電站水工閘門(mén)安全運(yùn)行中的重要作用

長(zhǎng)河壩水電站是大渡河干流水電梯級(jí)近期開(kāi)發(fā)的大型骨干工程之一，泄洪系統(tǒng)水工閘門(mén)的安全運(yùn)行是電站正常運(yùn)行的重要保障。在緊急情況下，應(yīng)急操作器的使用可以有效地保障泄洪系統(tǒng)水工閘門(mén)的安全運(yùn)行。

3.1 水工閘門(mén)不能正常啟閉的原因

一般情況下水工閘門(mén)的油缸負(fù)載是波動(dòng)不大的，但是當(dāng)遇到以下原因時(shí)會(huì)導(dǎo)致閘門(mén)及啟閉機(jī)不能正常啟閉運(yùn)行，具體如下：

（1）電源消失：長(zhǎng)河壩泄洪洞進(jìn)水口高邊坡超過(guò)300 m，時(shí)有落石現(xiàn)象發(fā)生；并且電站場(chǎng)區(qū)地震基本烈度為8 度，因自然原因引起的砸壞供電電源的風(fēng)險(xiǎn)較高。

（2）操作不當(dāng)：操作不當(dāng)是造成水工閘門(mén)卡阻的常見(jiàn)原因之一。例如，操作速度過(guò)快、向上提起閘門(mén)時(shí)過(guò)猛等導(dǎo)致卡阻。

（3）部件損壞：水工閘門(mén)的部件，如銷軸、螺絲、閥板等出現(xiàn)損壞或磨損；閘門(mén)變形（特別是在門(mén)槽和門(mén)框的連接處）；門(mén)槽和門(mén)框不平整（會(huì)使閘門(mén)在操作過(guò)程中與門(mén)槽和門(mén)框產(chǎn)生摩擦）等；均可能導(dǎo)致啟閉力增加，致使閘門(mén)卡阻，不能正常運(yùn)行。

（4）泥沙、污物積累：在水工閘門(mén)的門(mén)槽、門(mén)框和閥板等部位，如果泥沙、污物積累過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致閘門(mén)卡阻。

（5）油液污染：油液中含有過(guò)多的污染物或雜質(zhì)，會(huì)使油液的黏度降低，從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作。

（6）密封件老化：密封件是保證液壓系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵部件，如果密封件老化或損壞，會(huì)使液壓系統(tǒng)的泄漏增加，從而降低系統(tǒng)的壓力。

（7）系統(tǒng)泄漏：液壓系統(tǒng)中的各個(gè)部件之間都需要保持一定的密封性，如果某個(gè)部件出現(xiàn)泄漏，會(huì)使系統(tǒng)壓力降低。

（8）壓力閥調(diào)整不當(dāng)：壓力閥是控制液壓系統(tǒng)壓力的重要元件，如果壓力閥調(diào)整不當(dāng)，會(huì)使系統(tǒng)壓力過(guò)低，從而影響啟閉機(jī)的啟閉力。

（9）油溫過(guò)高：液壓系統(tǒng)中的油溫過(guò)高，會(huì)使油液的黏度降低，流動(dòng)性變差，從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作，并且還會(huì)增加能量消耗，降低啟閉機(jī)的啟閉力。

（10）過(guò)量磨損：?jiǎn)㈤]機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，部件會(huì)發(fā)生過(guò)量磨損，使部件的間隙增大，從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作，降低啟閉機(jī)的啟閉力。

（11）電氣元件損壞：?jiǎn)㈤]機(jī)長(zhǎng)期處在潮濕陰冷環(huán)境中，繼電器、電磁閥及控制回路電氣元件極易損壞。特別是油缸上的行程傳感器長(zhǎng)期處在室外，日曬雨淋，更容易損壞。

以上是致使閘門(mén)負(fù)載大大增加、系統(tǒng)壓力下降及元器件損壞等造成閘門(mén)不能正常啟閉運(yùn)行的原因。

3.2 應(yīng)急操作器的特點(diǎn)

（1）應(yīng)急操作器動(dòng)力源為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，正常啟動(dòng)時(shí)不需要外部電源。

（2）應(yīng)急操作器與原液壓?jiǎn)㈤]機(jī)液壓及控制系統(tǒng)獨(dú)立，設(shè)備互不影響。

（3）操作簡(jiǎn)單，設(shè)備調(diào)試合格后，運(yùn)行時(shí)設(shè)備自動(dòng)糾偏。

（4）應(yīng)急操作器平時(shí)正常工作時(shí)，柴油機(jī)運(yùn)行在額定功率轉(zhuǎn)速區(qū)間，可提供系統(tǒng)額定壓力驅(qū)動(dòng)水工閘門(mén)油缸以額定啟門(mén)力起升閘門(mén)，當(dāng)閘門(mén)遇到卡阻導(dǎo)致啟門(mén)力異常增加時(shí)，可調(diào)整柴油機(jī)油門(mén)，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行在最大扭矩區(qū)間，以提供最大的系統(tǒng)壓力驅(qū)動(dòng)閘門(mén)油缸克服水工閘門(mén)啟門(mén)力和因異常卡阻疊加的阻力，保障閘門(mén)順利起升。

3.3 安裝應(yīng)急操作器的必要性

（1）減少了事故發(fā)生率

作為原啟閉機(jī)的備份，應(yīng)急操作器可以完美替代原啟閉機(jī)的功能，在緊急情況下快速控制水工閘門(mén)的啟閉，避免了水工閘門(mén)啟閉過(guò)程中出現(xiàn)卡澀、阻塞等情況，減少了事故發(fā)生率。據(jù)了解已經(jīng)安裝了應(yīng)急操作器的水電站，使用應(yīng)急操作器后，水工閘門(mén)事故的發(fā)生率明顯下降，電站的運(yùn)行更加安全。

（2）提高操作效率、安全性和改善工作環(huán)境

在遇到突發(fā)情況時(shí)，水電站現(xiàn)場(chǎng)往往伴隨著系統(tǒng)失電或電氣系統(tǒng)故障、液壓系統(tǒng)故障、門(mén)槽門(mén)框損壞、閘門(mén)超載等復(fù)雜情況，如出現(xiàn)以上任一情況則意味著原啟閉機(jī)系統(tǒng)的失效，此時(shí)在提高操作效率、安全性和改善工作環(huán)境的前提下啟閉閘門(mén)則意義尤為重大。

應(yīng)急操作器液壓控制總成集成了包括閘門(mén)起升、下降和停止功能，由于應(yīng)急操作器的介入，可在手動(dòng)操作下完全代替原啟閉機(jī)，可在緊急情況下減少人為失誤，并且可以快速完成操作，從而提高閘門(mén)的操作效率。

在原啟閉機(jī)失效閘門(mén)需要緊急起升時(shí)，應(yīng)急人員首先需要將重型千斤頂平穩(wěn)放置于閘門(mén)底坎上，利用閘門(mén)的結(jié)構(gòu)將重型千斤頂?shù)妮敵鲚S頂住閘門(mén)的門(mén)扇，然后加壓千斤頂頂開(kāi)閘門(mén)，由于可能出現(xiàn)閘門(mén)底部已經(jīng)過(guò)水情況，且重型千斤頂也有系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)，因此，此操作過(guò)程全程需要人員在危險(xiǎn)環(huán)境中操作，且操作程序繁瑣，一旦水位高漲，應(yīng)急人員會(huì)有生命危險(xiǎn)。然應(yīng)急操作器通常設(shè)置于壩面或啟閉機(jī)室內(nèi)，無(wú)需操作人員進(jìn)入到閘門(mén)底坎上，可以最大程度確保人員和設(shè)備的安全，改善了應(yīng)急人員的工作環(huán)境，并且可以快速地采取措施，以避免事故的發(fā)生。

4 實(shí)例分享

某水電站由于連日暴雨，電站全場(chǎng)失電，需要緊急啟閉2 扇泄洪閘門(mén)，以避免洪水淹沒(méi)電站廠房。啟用備用柴油發(fā)電機(jī)后，發(fā)電量勉強(qiáng)可供一臺(tái)啟閉機(jī)使用，在電站人員緊張準(zhǔn)備后，又發(fā)現(xiàn)由于泄洪閘門(mén)長(zhǎng)期未使用，閘門(mén)門(mén)體重量達(dá)到了80 t，門(mén)體已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的銹蝕，初步判斷可能會(huì)出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。當(dāng)用柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)啟閉機(jī)時(shí)，果不其然，閘門(mén)紋絲未動(dòng)，啟門(mén)失敗。在這種緊急情況下，電站操作人員緊急采用了應(yīng)急操作器進(jìn)行控制，在加大柴油發(fā)電機(jī)功率后順利啟升了閘門(mén)，完成了泄洪任務(wù)，確保了電站的安全運(yùn)行。

由此可見(jiàn)，應(yīng)急操作器的使用在保障水工閘門(mén)的安全運(yùn)行中具有重要的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)急操作器的操作步驟簡(jiǎn)單明了，易于操作，完全可以勝任突發(fā)情況下水工閘門(mén)的安全運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)3 孔泄洪閘門(mén)于2022年安裝了應(yīng)急操作器，每年汛期前均對(duì)應(yīng)急操作器帶閘門(mén)啟閉試驗(yàn)，目前設(shè)備運(yùn)行正常。應(yīng)急操作器在長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門(mén)的安全運(yùn)行中發(fā)揮著非常重要的作用，可以有效地減少事故的發(fā)生率，應(yīng)對(duì)閘門(mén)卡阻、電源中斷、設(shè)備故障等，提高閘門(mén)的操作效率、安全性和改善工作環(huán)境，減少工作人員的工作強(qiáng)度，預(yù)防和處理各種突發(fā)事件，確保泄洪系統(tǒng)水工閘門(mén)的安全運(yùn)行，更加保證了大壩及下游住戶安全。為今后國(guó)內(nèi)外類似水利工程的規(guī)劃建設(shè)提供了可借鑒的案例。