龍?zhí)端娬拘购殚l門(mén)應(yīng)急開(kāi)啟方案制定及實(shí)施

黃發(fā)濤，王 安，譚 嘯

(國(guó)家能源集團(tuán)大渡河公司，四川 成都 610041)

1 電站概況

龍?zhí)端娬疚挥谒拇ㄣ氪ㄅP龍?zhí)貐^(qū)耿達(dá)鎮(zhèn)，是岷江一級(jí)支流漁子溪干流上的第四級(jí)電站，距成都115 km，為一引水式日調(diào)節(jié)電站。電站總裝機(jī)容量24 MW，大壩為混凝土壩，壩頂高程1 637.3 m，泄洪閘底坎高程1 622 m，三孔泄洪閘尺寸為8 m×6.5 m，閘門(mén)為弧形門(mén)，門(mén)重40 t，采用2×25 t固定卷?yè)P(yáng)機(jī)啟閉，啟閉機(jī)室底板高程為1 638.5 m。沖沙閘采取“Y”字形布置，壩前設(shè)置2個(gè)沖沙孔，1、2號(hào)沖沙孔尺寸分別為1 m×2.5 m和2 m×2.5 m，沖沙孔底板高程為1 621 m，匯至3號(hào)沖沙孔(尺寸為3 m×2.5 m)。壩高20.35 m，正常蓄水位1 636 m，水庫(kù)總庫(kù)容為37.96萬(wàn)m3，是一座具有日調(diào)節(jié)功能的引水式電站，1996年8月3臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

2 險(xiǎn)情經(jīng)過(guò)

2019年8月19日晚，電站處于正常發(fā)電狀態(tài)，三孔沖沙閘全開(kāi)，泄洪閘處于關(guān)閉狀態(tài)。

2019年8月20日凌晨2點(diǎn)左右，壩址上游左岸約300 m處的磨子溝發(fā)生泥石流，電站進(jìn)水口攔污柵前后壓差在5 min內(nèi)達(dá)到10 m，電廠值班人員馬上啟動(dòng)停機(jī)流程并停機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)泄洪閘閘門(mén)開(kāi)啟模式，在1、2、3號(hào)泄洪閘分別開(kāi)啟800、600、500 mm時(shí)，大壩失電，沖沙閘和泄洪閘被樹(shù)枝樹(shù)干和泥沙堵死，壩頂開(kāi)始過(guò)流，最大過(guò)壩流量達(dá)到420 m3/s，水位超過(guò)壩頂高程4 m。

3 應(yīng)急搶險(xiǎn)提門(mén)方案制定

經(jīng)原設(shè)計(jì)單位根據(jù)圖紙復(fù)核，啟閉機(jī)基座處梁板極限承載力140 t，胸墻底部懸臂梁尺寸為8 m×0.8 m，高程1 628.5 m，極限承載力為3×70 t，(三個(gè)支點(diǎn)分別為梁中心點(diǎn)、中心點(diǎn)兩側(cè)各1.75 m處)，經(jīng)中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司復(fù)核，在庫(kù)區(qū)泥沙淤積滿(mǎn)的情況下，泄洪閘門(mén)的啟閉力為1 471～3 432 kN。據(jù)此，搶險(xiǎn)工作組制定了3套提門(mén)方案，一是利用原設(shè)備恢復(fù)電源提門(mén)操作；二是利用應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)，采用無(wú)電液壓方式開(kāi)啟泄洪閘泄洪；三是應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)提升+液壓千斤頂頂升聯(lián)合提門(mén)方案。

3.1 方案一：利用原設(shè)備恢復(fù)電源提門(mén)操作

采用柴油發(fā)電機(jī)提供電源，更換電機(jī)，電機(jī)參數(shù)與原設(shè)計(jì)保持一致，功率為7.5 kW，轉(zhuǎn)速690 r/min。利用壩頂2×25 t固定卷?yè)P(yáng)機(jī)，對(duì)2號(hào)泄洪閘孔進(jìn)行提門(mén)操作。

3.2 方案二：利用應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)，采用無(wú)電液壓方式開(kāi)啟泄洪閘泄洪

應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：該裝置通過(guò)調(diào)速閥控制液壓泵式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到按設(shè)定速度控制閘門(mén)啟閉，并能以一定速度控制閘門(mén)提升至指定位置，避免電站閘門(mén)系統(tǒng)因故障不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉或開(kāi)啟。該方案采用兩套液控應(yīng)急操作器及其動(dòng)力單元，一臺(tái)液控應(yīng)急操作器與啟閉機(jī)電機(jī)的輸出軸連接，另一臺(tái)液控應(yīng)急操作器與拆除手搖起升裝置后的減速器輸出軸相連，具體如圖1所示。無(wú)電液控應(yīng)急操作器動(dòng)力單元能提供充足的提門(mén)力，實(shí)現(xiàn)在無(wú)電源的條件下低速提升閘門(mén)，操作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速在70～176 r/min范圍內(nèi)可調(diào)，最大轉(zhuǎn)速為原電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1/4。該方案通過(guò)逐步調(diào)整輸出扭矩，逐步增大提門(mén)力，在保護(hù)閘門(mén)起升機(jī)構(gòu)完好的前提下，嘗試在其極限承載范圍內(nèi)提升閘門(mén)。

圖1 無(wú)電液控應(yīng)急操作器布置示意

3.3 方案三：應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)提升+液壓千斤頂頂升

若采用應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)，利用無(wú)電液壓的方式仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)提門(mén)，則采取應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)提升+液壓千斤頂頂升聯(lián)合實(shí)施的方案，并針對(duì)此方案提出了兩種措施:①將3臺(tái)液壓千斤頂放置于弧門(mén)底坎處，從閘門(mén)底部對(duì)閘門(mén)進(jìn)行頂推操作。底坎高程1 622 m，而尾水水位1 623.4 m，高于底坎高程，因此，千斤頂在水下布置難度大、危險(xiǎn)性高；即使布置成功，閘門(mén)提升后將形成過(guò)流面，千斤頂只能實(shí)施一個(gè)行程的頂推。②將3臺(tái)千斤頂布置在胸墻懸臂處，此高程與門(mén)楣頂部處于同一高程，胸墻懸臂寬度近1 m，相較措施一，頂升條件、安全性及可行性更優(yōu)。比較兩措施，決定采用措施②。

液壓千斤頂頂升承載為“7”型梁結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)，單件重約880 kg，共制作3件，制造廠內(nèi)焊接為整體后運(yùn)輸和吊裝至門(mén)楣處，現(xiàn)場(chǎng)再分別與閘門(mén)中部的3個(gè)縱隔板拼接在一起，將液壓千斤頂?shù)捻斖屏鬟f至閘門(mén)上。因千斤頂行程為200 mm，故將“7”型梁的頂升高度制作為9個(gè)行程(1 800 mm)，以保證閘門(mén)開(kāi)度。

圖2 “7”型梁結(jié)構(gòu)

液壓千斤頂系統(tǒng)由千斤頂、液壓泵站、操作油管等設(shè)備組成，現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)3臺(tái)千斤頂，由1臺(tái)液壓泵站集中操作。考慮到現(xiàn)場(chǎng)安全，將泵站布置在壩頂啟閉機(jī)室，通過(guò)30 m油管，將壓力同步傳遞至3臺(tái)千斤頂。在千斤頂?shù)撞糠胖靡粔K500 mm×500 mm×40 mm的鋼板，以增加千斤頂受力面積，另加工30塊500 mm×500 mm×20 mm調(diào)整墊板，以滿(mǎn)足千斤頂連續(xù)頂升的需要。100 t級(jí)千斤頂壓力調(diào)整為45.5 MPa，頂升力為686 kN，3臺(tái)千斤頂頂升力合計(jì)2 059 kN，固定卷?yè)P(yáng)機(jī)最大提升力為1 324 kN，總提升力為3 383 kN。頂升裝置布置如圖3所示。(這4個(gè)數(shù)據(jù)均需換算成單位kN)

圖3 設(shè)備布置示意

4 操作方案實(shí)施過(guò)程

4.1 方案一

電機(jī)啟動(dòng)后，固定卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，鋼絲繩受力，閘門(mén)未動(dòng)作，電機(jī)過(guò)載，提門(mén)操作不成功。

4.2 方案二

現(xiàn)場(chǎng)檢查減速機(jī)正常，將卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)無(wú)電液控應(yīng)急操作器安裝就位，采用無(wú)電液壓方式提供動(dòng)力，實(shí)施以下操作：

(1)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，泄洪閘門(mén)、固定卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩等設(shè)備完好正常，具備提門(mén)操作條件。

(2)將兩臺(tái)應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)分別與電機(jī)后出軸和減速器出軸處連接。

(3)采用無(wú)電液壓方式提供動(dòng)力(首次壓力為4 MPa)，對(duì)應(yīng)啟閉力為506 kN開(kāi)啟泄洪閘閘門(mén)，閘門(mén)無(wú)動(dòng)作。

(4)按照每次增加0.5 MPa壓力，逐步增壓至9 MPa，啟閉力為1 137 kN。提升過(guò)程中出現(xiàn)2臺(tái)操作機(jī)構(gòu)壓力不均衡，左側(cè)操作機(jī)構(gòu)壓力達(dá)到5 MPa，啟閉力達(dá)到635 kN，右側(cè)壓力達(dá)到9 MPa，啟閉力達(dá)到1 141 kN，2臺(tái)設(shè)備間的壓力差達(dá)4 MPa。因兩側(cè)受力不均勻，導(dǎo)致3號(hào)泄洪孔右側(cè)固定卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒發(fā)生串動(dòng)，致使提門(mén)失敗。

4.3 方案三

該方案實(shí)施前，將應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)動(dòng)力單元壓力值設(shè)定為10.5 MPa，啟閉力達(dá)到1 328 kN，進(jìn)行閘門(mén)提升操作，閘門(mén)無(wú)動(dòng)作，因啟閉機(jī)基座處梁板極限承載力1 372 kN，且卷筒基座筋板輕微變形，故停止操作。

對(duì)卷筒基座加固后，開(kāi)始對(duì)1號(hào)泄洪閘采取應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)和液壓千斤頂聯(lián)合提升方案。為避免兩側(cè)動(dòng)力單元出力不均勻，操作前特將動(dòng)力單元壓力值調(diào)整至相等數(shù)值，待壓力值一致后再松開(kāi)制動(dòng)器啟動(dòng)提門(mén)操作。具體流程如下:

(1)動(dòng)力單元壓力值設(shè)定為8 MPa，對(duì)應(yīng)啟閉力1 010 kN，啟動(dòng)動(dòng)力單元，松開(kāi)制動(dòng)器，2臺(tái)動(dòng)力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門(mén)開(kāi)啟120 mm，閘門(mén)開(kāi)度為920 mm時(shí)，閘門(mén)未過(guò)流。

(2)動(dòng)力單元壓力值設(shè)定為9 MPa，對(duì)應(yīng)啟閉力1 137 kN，啟動(dòng)動(dòng)力單元，松開(kāi)制動(dòng)器，2臺(tái)動(dòng)力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門(mén)開(kāi)啟140 mm，閘門(mén)開(kāi)度為1 060 mm時(shí)，閘門(mén)未過(guò)流，門(mén)楣處開(kāi)始射水。

(3)動(dòng)力單元壓力值設(shè)定為10 MPa，對(duì)應(yīng)啟閉力1 265 kN，啟動(dòng)動(dòng)力單元，松開(kāi)制動(dòng)器，2臺(tái)動(dòng)力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門(mén)開(kāi)啟140 mm，閘門(mén)開(kāi)度為1 200 mm時(shí)，閘門(mén)未過(guò)流。

(4)動(dòng)力單元壓力值保持為10 MPa，對(duì)應(yīng)啟閉力1 265 kN，啟動(dòng)動(dòng)力單元，松開(kāi)制動(dòng)器，2臺(tái)動(dòng)力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門(mén)開(kāi)啟150 mm，閘門(mén)開(kāi)度為1 350 mm時(shí)，閘門(mén)仍未過(guò)流，門(mén)楣處射水量加大，約30 min后閘門(mén)底部開(kāi)始過(guò)流，流量約為88 m3/s，提門(mén)初步成功，繼續(xù)提升閘門(mén)時(shí)卡阻。

(5)經(jīng)檢查，弧門(mén)面板與門(mén)楣間隙處有大量樹(shù)干(直徑約60～80 mm)，堵塞約為門(mén)楣的4/5，經(jīng)處理后，閘門(mén)僅用應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)將閘門(mén)提至全開(kāi)位置。

5 結(jié)論及建議

(1)龍?zhí)峨娬灸嗍鳛?zāi)后采用液壓千斤頂輔助無(wú)電液控應(yīng)急操作器聯(lián)合提升方案應(yīng)急提門(mén)，克服了現(xiàn)場(chǎng)電源中斷，壩前淤積和門(mén)葉卡阻嚴(yán)重等極端工況，成功實(shí)現(xiàn)開(kāi)閘泄洪，是對(duì)水電水利工程應(yīng)急提門(mén)技術(shù)的一種創(chuàng)新和突破。該方案安全可靠，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，為后續(xù)類(lèi)似應(yīng)急搶險(xiǎn)工程提供了借鑒和參考。

(2)本次應(yīng)急提門(mén)過(guò)程中，由于對(duì)水庫(kù)內(nèi)泥石流淤積、門(mén)葉卡阻情況不夠了解，以及對(duì)應(yīng)急操作設(shè)備性能不熟悉，在3號(hào)閘門(mén)提升過(guò)程中出現(xiàn)2臺(tái)操作機(jī)構(gòu)壓力不均衡，2臺(tái)設(shè)備間的壓力差達(dá)到4 MPa，導(dǎo)致3號(hào)孔右側(cè)固定卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒發(fā)生串動(dòng)，提門(mén)未成功。建議在今后雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)應(yīng)急操作中，采用一套動(dòng)力單元控制兩臺(tái)應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)，保證應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)壓力均衡，以實(shí)現(xiàn)同步提門(mén)。