高水頭、大流量泄洪閘門原型觀測技術(shù)研究與應(yīng)用

華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠

1 小灣電廠簡介

華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠（簡稱“小灣電廠”）位于云南省南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段黑惠江匯入口下游1.5公里處，是中國華能集團公司下屬的重點水力發(fā)電企業(yè)。電站以500kV電壓等級接入電力系統(tǒng)，在系統(tǒng)中擔任調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和事故備用任務(wù)，按無人值班設(shè)計。小灣工程是國家實施西部大開發(fā)、“西電東送”戰(zhàn)略的標志性工程，是業(yè)內(nèi)公認的世界最難水電工程之一，其特色為 “四大三高兩好一少”：庫容大（總庫容149.14億m3），裝機容量大（裝機4200MW）；工程投資大（動態(tài)投資420余億元）；建設(shè)難度大；大壩高（設(shè)計壩高294.5m），水頭高（最大水頭251m），開挖邊坡高（高度近700m）；調(diào)節(jié)性能好（調(diào)節(jié)能力由15%上升到70%），補償效益好（使下游電站枯水期的保證出力增加約110萬kW，總發(fā)電量增加約41億kW·h）；同時單位千瓦征地移民較少。

泄洪表孔弧形閘門泄水試驗

2 項目主要科技創(chuàng)新點

1）在閘門原型觀測試驗過程中，首次采用三維攝影測量法對閘門進行位移變形測量，對電站原型觀測試驗閘門位移和變形進行測量；

2）首次采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式進行應(yīng)力、振動測試，解決了電站原型觀測試驗過程中動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題；

3）首次采用改進時域隨機子空間法的弧形閘門模態(tài)參數(shù)辨識技術(shù)。針對泄洪閘門結(jié)構(gòu)大、現(xiàn)場噪聲無法隔離、模態(tài)試驗數(shù)據(jù)的信噪比較低的特點，進行結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的辨識；

4）創(chuàng)新水電站泄洪閘門原型觀測測點布置及應(yīng)力應(yīng)變測試方法，以預先對弧形閘門進行有限元（CFD）應(yīng)力分析，預測其變形形式，找出危險斷面及危險位置以選定測點，并利用結(jié)構(gòu)與載荷的對稱性，優(yōu)化減少測點數(shù)目；

5）研究并形成了閘門原型觀測評價體系，本項目為我國同類工程提供了范例，對本項目的閘門設(shè)計及現(xiàn)場試驗成果進行分析總結(jié)，形成閘門原型觀測設(shè)計評價報告和閘門原型觀測工程技術(shù)報告，為同行業(yè)閘門原型觀測評價提供借鑒。

3 項目實施效果

3.1 取得的經(jīng)濟效益

小灣水電站閘門原型觀測試驗后，2014年10月份小灣水電站蓄水至正常蓄水位1240m，機組滿負荷出力，電站多發(fā)電3.94億kWh，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益約1.18億元。庫水位升高，2014年平均耗水率為1.838（m3/kW·h），較2013年的1.859（m3/kW·h）降低了1.14%，節(jié)水增發(fā)電量0.52億kWh，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益約1 560萬元；若泄洪閘門系統(tǒng)在較差工況運行出現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)損壞，單個閘門系統(tǒng)維修處理費用約380萬，每年分別按避免同類設(shè)備中的一個閘門系統(tǒng)出現(xiàn)問題計算，可以節(jié)約處理費用預計380×4=1520萬元。2015年優(yōu)化了泄洪閘門系統(tǒng)的運行組合工況，參照泄洪水毀設(shè)施修復成本，估算每年節(jié)約泄洪造成下游邊坡水毀經(jīng)濟損失約589萬。綜上，2014年為企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟效益13 360萬元；2015至2018年每年節(jié)省經(jīng)濟成本約2 109萬元（1 520萬+589萬），4年為8 436萬元，共計21 796萬元。

3.2 獲得的社會效益

目前，該項目研究技術(shù)成果中基于改進的隨機子空間法的弧形閘門模態(tài)參數(shù)辨識技術(shù)、三維攝影閘門結(jié)構(gòu)位移變形測量技術(shù)及結(jié)構(gòu)應(yīng)力振動測試無線動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等已成功推廣應(yīng)用于陜西漢江蜀河水電站、四川瀑布溝水電站、湖北崔家營航電樞紐、重慶彭水水電站、甘肅黃河烏金峽水電站樞紐、糯扎渡水電站等水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的原型觀測，取得了較大的社會推廣價值。

4 項目曾獲獎勵、知識產(chǎn)權(quán)及相關(guān)論文情況

本項目共獲得省部級及行業(yè)協(xié)會以上獎勵3項、國家發(fā)明專利1項、國家實用新型專利4項，在各類中文核心期刊共發(fā)表相關(guān)論文5篇。

5 項目成果評價情況

2019年4月23日，由中科合創(chuàng)（北京）科技成果評價中心云南分中心組織并主持，邀請了5名具有教授級高工職稱的同行專家組成評價委員會，對本項目成果進行了評價。評價委員會一致認為，該研究成果達到國際先進水平。

壩頂門機動水落1號泄洪中孔事故門