荒溝抽水蓄能電站尾閘室金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置與設(shè)計

周 兵，謝振峰，袁 偉

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 概 述

荒溝抽水蓄能電站，位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鄉(xiāng)，下水庫為已建的蓮花水電站水庫，上水庫為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地。站址距牡丹江市145 km，距蓮花壩址43 km。

電站樞紐建筑物主要由上水庫主壩及副壩、輸水系統(tǒng)和地下廠房等組成。電站裝機容量1200 MW，上水庫總庫容1161×104m3。

2 布置及設(shè)計

2.1 設(shè) 備

尾閘室金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備由孔口尺寸4.7 m×4.7 m平面滑動事故閘門，事故閘門腰箱，事故閘門液壓啟閉機，事故閘門充水閥、充排氣閥，設(shè)備檢修及安裝用橋機等組成。

2.2 尾水事故閘門位置

尾水事故閘門是設(shè)置在尾水調(diào)壓井中還是設(shè)在單獨的尾水閘門室中，曾進行了對比論證。尾水隧洞為兩機一洞，事故檢修閘門如設(shè)在尾水調(diào)壓井中，采用閘井結(jié)合的方式，由于尾水調(diào)壓井離主廠房遠，機組檢修時的排水量與充水量較大，運行、檢修很不方便。由于尾水調(diào)壓井水位波動較大，閘門在水中因涌浪影響，有可能浮起或掉門，勢必將閘門置于較高位置，其結(jié)果無法在短時間內(nèi)關(guān)閉閘門，將直接危及機組安全運行，造成水淹廠房事故。此外，調(diào)壓井內(nèi)濕度很大，會影響機械設(shè)備的使用壽命和電氣設(shè)備的正常運行。如采用單獨的尾水閘門室布置尾水事故檢修閘門的方式，則上述問題都可得到解決，從運行靈活和事故排水角度考慮，最終選定單獨設(shè)尾水閘門室的方案。尾閘室設(shè)在主變洞與尾水調(diào)壓井之間，布置在機組下游側(cè)99.7 m處。

2.3 尾水事故閘門的作用

尾水隧洞較長，水泵水輪機淹沒深度較深，尾水管置于較低高程，相對下池正常高水位低86.8 m，為防止下游尾水淹沒廠房造成人身事故與設(shè)備的損失，可關(guān)閉此事故閘門截斷水流。機組運行時出現(xiàn)偶然事故（如機組技術(shù)供水管破裂）或正常檢修時，可關(guān)閉此事故閘門截斷水流。

2.4 充水閥、充排氣閥

尾水事故閘門設(shè)置有旁通充水閥及充排氣閥。

1）充水閥及管路。旁通充水閥及管路，由兩只串聯(lián)球閥及不銹鋼管組成，兩只球閥布置在139.90 m高程的平臺上，通過不銹鋼管分別連接在尾水閘門槽上的上、下游側(cè)，用于尾水閘門靜水啟門充水平壓使用。球閥型式為固定球閥，手電兩種驅(qū)動方式，法蘭連接形式，球閥應(yīng)有足夠的強度和剛度，閥組裝后應(yīng)動作靈活、操作平穩(wěn)，并在各種工況下關(guān)閉和開啟時無有害震動，球閥必須能在現(xiàn)地操作，也能由中央計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制。球閥應(yīng)有開啟和關(guān)閉位置信號、反映球閥充水后閥門前后壓差的信號裝置。連接管路材料為不銹鋼，為便于安裝，在球閥前或后應(yīng)設(shè)管道伸縮器。

2）充排氣閥及管路。用于尾閘室的充排氣。充排氣閥及管路由充排氣閥、球閥及管路組成。充排氣閥的閥體、閥蓋為球墨鑄鐵，活塞、浮球為不銹鋼，充排氣閥的進氣、排氣和封水操作都應(yīng)靈活可靠，關(guān)閉后封水須嚴密。充排氣閥的法蘭應(yīng)和進排氣管的上部法蘭相連接，進排氣管的下部法蘭應(yīng)和球閥的法蘭配合。球閥型式為固定球閥，手電兩種驅(qū)動方式，法蘭連接形式。結(jié)構(gòu)形式為固定球。連接管路材料為不銹鋼。

2.5 事故閘門

一臺機組設(shè)置一扇事故閘門，共計4扇事故閘門。

1）設(shè)計參數(shù)

孔口型式： 潛孔；

孔口尺寸： 4.7×4.7 m；

底檻高程為： 127.20 m；

設(shè)計水頭： 107 m；

操作條件： 動閉靜啟；

平壓方式： 旁通充水閥；

吊點型式： 單吊點；

孔口數(shù)量： 4孔；

閘門數(shù)量： 4扇；

閘門主要材料： Q345B；

啟閉設(shè)備： 3600/1250 kN液壓啟閉機

2）事故閘門結(jié)構(gòu)。事故閘門按一臺泵運行失電尾水調(diào)壓井產(chǎn)生的涌浪水位設(shè)計，設(shè)計水頭約為107 m。閘門采用平面滑動、復合材料滑道支承形式，操作方式為動水閉門，靜水啟門，利用水柱壓力閉門，旁通充水閥充水平壓，啟門時允許水頭差不大于1 m。該事故閘門主體結(jié)構(gòu)材料采用Q345B。該閘門門葉為焊接結(jié)構(gòu)，門葉主橫梁為焊接組合箱形梁，縱隔板為實腹T型焊接結(jié)構(gòu)，面板及側(cè)，頂止水布置在廠房側(cè)，閘門側(cè)止水為“P”型橡皮，底止水“Ⅰ”型橡皮。事故閘門按運輸單元分2節(jié)制造，現(xiàn)場安裝時拼成一體。

事故閘門平時置于孔口以上的腰箱內(nèi)，其底緣距孔口頂部不小于0.5～1.0 m，以備事故關(guān)閉。另外考慮到球閥關(guān)閉不嚴產(chǎn)生漏水，事故閘門承擔上游過高的水壓力，閘門設(shè)置了泄壓裝置。另外，要求在電氣控制上設(shè)置聯(lián)動裝置，以保證只有在機組前球閥完全關(guān)閉的條件下，才能進行閘門操作。

3）事故閘門腰箱。因事故閘門為高壓閘閥型式，門槽段及其上下游部分洞段采用鋼板襯護，與引水洞鋼襯連接為一體，在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下阻止外水滲漏。腰箱及其頂部密封蓋為鋼結(jié)構(gòu)，頂部密封蓋采用雙道“O”型圈密封，頂蓋及與其配合的底板要嚴格按設(shè)計要求進行制造、加工、安裝，保證其密封性能。

2.6 事故閘門啟閉機

選用3600/1250 kN（啟門力：1250 kN，持住力：3600 kN）單吊點液壓啟閉機操作，啟閉機布置在139.90 m高程液壓啟閉機室內(nèi)。每扇尾閘閘門由單缸液壓啟閉機操作啟閉，液壓啟閉機為雙作用液壓缸。油缸垂直安裝固定在尾閘室事故閘門液壓啟閉機平臺上，液壓啟閉機支架為腰箱頂蓋，液壓機與機架連接方式為螺栓連接。液壓啟閉機上端通過油缸上的法蘭固定在腰箱頂蓋的底座上，液壓啟閉機下吊頭通過銷軸與事故閘門連接。吊頭結(jié)構(gòu)采用銅基鑲嵌自潤滑軸承，4臺液壓機共1套液壓泵站操作和控制，泵站設(shè)2套油泵電機組，互為備用。配備一套行程測量裝置及一套行程開關(guān)對液壓機進行有效保護。設(shè)有1套現(xiàn)地控制系統(tǒng)，預留遠程控制接口，可現(xiàn)地或遠程控制和操作事故閘門。事故閘門采用平面滑動、水柱壓力閉門配合液壓啟閉機操作避免了調(diào)試階段閘門關(guān)閉不嚴及液壓啟閉機行程測量裝置測量基準點變化的問題。

2.7 橋 機

在尾閘室151.60 m高程設(shè)置有750/200 kN檢修橋機1臺，用于設(shè)備的安裝及檢修。由于工程總體布置、運行方便、發(fā)電機層美觀整潔的要求，機組平衡梁在設(shè)計時考慮存放在尾閘室，由750/200 kN檢修橋機進行吊運。

3 結(jié) 語

在汲取相關(guān)已建抽水蓄能工程尾閘室布置設(shè)計經(jīng)驗，摒棄設(shè)計中所存在的問題的基礎(chǔ)上，經(jīng)多次方案比較、優(yōu)化，最終確定平面滑動事故閘門配液壓啟閉機方案，可滿足工程的使用要求，使電站的運行更加安全，同時此設(shè)計方案為類似工程提供可借鑒的經(jīng)驗。