巖灘水電站1～4 號機組尾水檢修閘門充水閥增設改造

包波

（巖灘水力發(fā)電有限責任公司，廣西 大化縣 530811）

1 概況

巖灘水電站位于廣西大化縣巖灘鎮(zhèn)，為紅水河十個梯級電站的第五級。一期工程安裝4 臺容量為30.25 萬千瓦的混流式水輪發(fā)電機組，1～4 號機組的尾水管出口共12 孔（每臺機組3 孔）門槽，每孔設1 扇檢修閘門。閘門底檻高程134.94m，閘門的孔口尺寸為7.5×10.48m，設計水頭52m，每扇閘門重68.58t，系平面鋼滑道鋼閘門。機組運行時閘門垂直鎖錠在尾水管出口178.0m 閘門平臺上，機組檢修時閘門采用2×1250kN 臺車啟閉，啟閉操作時通過自動抓梁與閘門連接，閘門條件為靜水啟閉。當機組需要開機運行時，需要先對機組流道的尾水管進行充水，待閘門前后水壓差不大于1m時方可開啟。

2 改造前存在的問題

巖灘水電站一期工程機組檢修集水井和檢修排水廊道為承壓設計運行，1～4 號機組尾水檢修閘門原設計無充水功能，最初設計的充水方式是：1號機組打開裝設在153.4m 高程蝸殼進入廊道處的1 個DN300 閘閥充水（該閘閥在全部機組投運后停用并封閉該管路），直接引尾水至尾水管充水。2、3、4 號機組尾水管的充水方式是采用打開1 號機組或相鄰機組的尾水管排水閥，引尾水從1 號機組或相鄰機組的尾水管排水閥進入檢修集水井和檢修排水廊道，再由檢修集水井和檢修排水廊道反充水至充水機組的尾水管進行充水，平壓后開啟尾水管檢修閘門，再分別關閉機組全部尾水管排水閥。這種充水方式存在充水效率低、操作復雜的缺點。在實際操作中，由于相鄰機組往往多處于發(fā)電運行工況，尾水的水流極為不穩(wěn)定，開啟和關閉尾水管排水閥時水壓沖擊很大，多次出現(xiàn)操作困難和尾水管排水閥關閉不到位的情況。為了避免發(fā)生這些不安全的現(xiàn)象，需要對機組尾水管充水時，采用開啟該機組進水口閘門上的充水閥或打開機組技術供水備用水源，水源經蝸殼排水閥流入尾水管內，待尾水檢修閘門前后水壓差不大于1m 時，再進行尾水檢修閘門的啟閉操作。該充水方式采用的是上游水源進行充水，違背了設計要求，充水時需要人員時刻監(jiān)控尾水管內水位，當尾水檢修閘門前后水壓差不大于1m 時，必須馬上關閉進水口閘門上的充水閥或技術供水備用水源，防止尾水管內水位、水壓過高對尾水檢修閘門和門槽等設備造成破壞。

以上兩種充水方式都存在安全隱患，影響了水電站機組的安全運行。

3 改造方案及實施

3.1 改造方案

對巖灘水電站一期工程1～4 號機組尾水檢修閘門進行改造，在閘門上增設充水閥，通過打開尾水檢修閘門上設置的充水閥，讓尾水水源進入機組尾水管內，待檢修閘門前后水壓平壓后開啟閘門。這種充水方式安全有效，操作安全簡便，不存在尾水管內水位、水壓過高的情況。

水電站檢修閘門上的充水閥比較常見的是柱塞提拉式充水閥，這種結構型式的充水閥具有密封效果好、水流流態(tài)佳的優(yōu)點。但由于巖灘1～4 號機組尾水檢修閘門吊耳較短，尾水臺車至尾水檢修平臺高差較短的原因，如果選用柱塞提拉式充水閥進行改造，則增加了充水行程，當閘門需要檢修時，不能將閘門有效提離孔口，也就不能進行閘門底水封的維護和檢修。所以，本次改造選用翻蓋式充水閥。翻蓋式充水閥具有改造工程量少，沒有增加充水行程的優(yōu)點，保證了閘門維護和檢修的提升行程。

3.2 方案的實施

巖灘水電站1-4 號機每臺機組尾水管檢修閘門各設有三扇，而充水過程中每臺機組只需完成一扇閘門增設充水閥改造，就可以達到對尾水管充水的目的?？紤]到充水水流形態(tài)的影響，我們選取在每臺機組的第二扇（正中）尾水檢修閘門頂部對稱增設一對充水閥，充水閥通徑為φ300mm。充水閥的設計、制造范圍及要求如下：

3.2.1 選用的充水閥為翻蓋式充水閥，按照SL 74-2013《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》、SL/T 248-1999 《水工鋼閘門系列標準--充水閥》及巖灘一期機組尾水檢修閘門和尾水臺車的設備參數(shù)、機組尾水管容積的特性等進行設計制造。

3.2.2 增設充水閥的部位須計算閘門主梁腹板和閘門梁格的強度是否滿足要求，必要時需增加筋板以確保閘門的安全運行。

3.2.3 自動抓梁上相應部位增設充水閥壓桿，抓梁放置在檢修平臺上，壓桿與平臺應有足夠的安全距離。

3.2.4 充水閥行程要滿足尾水檢修閘門自動抓梁抓鉤和脫鉤的動作要求。

3.3 改造后的操作

巖灘水電站一期1～4 號機組尾水檢修閘門充水閥裝置主要構件包含有充水閥、閥管、支承座和壓桿裝置。充水閥、閥管、支承座安裝在閘門上，壓桿裝置安裝在自動抓梁底部，壓桿裝置由支架、壓桿、限位軸、插銷組成（見圖1）。

圖1 巖灘水電站一期尾水檢修閘門充水閥裝置圖

3.3.1 掛鉤充水過程

①通過操縱壓桿裝置（見圖1）上的限位軸實現(xiàn)充水閥充水。當需要充水時，將壓桿裝置上的限位軸向內推入，并通過插銷固定；抓梁兩邊的限位梁也推入鎖座并固定（見圖2）。

圖 2 巖灘水電站一期尾水檢修閘門掛鉤示意圖

圖3 抓梁下落充水示意a

圖4 抓梁下落充水示意b

②抓梁下落，卡體滑過掛體頭部，當掛體頂至滑桿時,抓梁掛鉤到位，此時壓桿也把充水閥頂至打開狀態(tài)（見圖3、圖4）。

③充水平壓后，抓梁提起，掛鉤過程完成，即可提升閘門（見圖5）。

3.3.2 落門脫鉤過程

①當需要下放閘門時，把壓桿上的限位軸抽出，放在一側的套板內固定，此時充水閥將壓桿頭頂至壓桿裝置上限位置。同時把抓梁兩邊的限位梁向閉開鎖座外拉出并固定，抓梁下落（見圖6、圖7）。

②當閘門下放到底檻，抓梁繼續(xù)下降，掛體頭部將滑桿上頂至頭部頂觸梁體上翼緣時，抓梁即可停止下降，轉為提升，完成脫鉤（見圖8、圖9）。

圖5 抓梁上提示意圖

4 改造后效果

經過對1～4 號機組尾水檢修閘門進行增設充水閥改造，提高了設備操作的安全性，有效避免了尾水管排水閥反充水不穩(wěn)定和采用上游水源充水可能超壓的安全風險。同時，提升了充水效率，以前的兩種充水方式操作復雜，需時約2 個小時左右，改造后充水時間約55 分鐘，有效的節(jié)省了充水時間。此外，還降低了檢修操作的工作量，改造后不需要另派人員對排水閥或上游水源閥門進行操作，降低了檢修人員的工作量。

圖6 抓梁下落脫鉤示意a

圖7 抓梁下落脫鉤示意b

圖8 抓梁下落脫鉤示意c

圖9 抓梁上提脫鉤示意圖d

5 結語

2018 年初，針對巖灘水電站一期機組尾水管充水操作存在的安全隱患，進行了專項技術攻關治理，在檢修閘門上增設了充水閥，項目于2018 年11 月10 日全部完成施工，通過年度機組檢修期的操作試驗，閘門關閉和充水平壓后開啟動作正常。在尾水管檢修閘門上增設充水閥，提高了機組尾水管充水操作的安全性，徹底消除了一期機組投運以來尾水管充水操作存在的安全隱患。本次技術改造思路簡單、容易實施、效率高，為同類型閘門的優(yōu)化改造提供了借鑒。