向家壩水電站非恒定工況下升船機(jī)對接風(fēng)險防控

何海波 狄宗向 胡億兵 余勇

摘 要：向家壩升船機(jī)船廂安全對接對引航道內(nèi)的水面變化有嚴(yán)格要求，本文從設(shè)計參數(shù)、運(yùn)行原理角度對這種要求進(jìn)行了闡述及細(xì)化。通過監(jiān)測分析向家壩電站不同運(yùn)行工況下升船機(jī)下游水面變化的規(guī)律，與要求進(jìn)行對比驗證，找出對升船機(jī)安全對接存在影響的特定運(yùn)行工況，優(yōu)化在該工況下進(jìn)行對接的調(diào)度操作方式，以保證對接的安全進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：對接;引航道;工況;水位變化;輔助閘室

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0104-02

向家壩升船機(jī)緊鄰左岸電站和泄洪壩段布置，且樞紐的下游河道急劇變窄，電站非恒定運(yùn)行工況下引起的水面擾動會通過口門區(qū)傳遞到升船機(jī)下游航道，對接時會直接傳遞到船廂內(nèi)，變化超過一定范圍時存在船只擱淺或水淹承船廂等安全風(fēng)險。故向家壩升船機(jī)下游側(cè)設(shè)計有輔助閘室，輔助閘室投入運(yùn)行后，可消除下游水位變化帶來的安全風(fēng)險，但會對船舶的過機(jī)效率造成影響。為實現(xiàn)安全的前提下提高船舶過機(jī)效率，最大程度發(fā)揮升船機(jī)的通航能力，就須掌握電站各個工況下的下游水位變化規(guī)律，在知曉工況變化后提前制定出合理的調(diào)度操作方法。

1 水位變化監(jiān)測指標(biāo)

1.1 指標(biāo)定義

把某個時間段內(nèi)下游水位整體上升或下降的幅度定義為變幅，其大小設(shè)定為兩個時刻對應(yīng)水位的差值。

把泄洪波浪通過口門區(qū)傳遞到下游航道引起水體震蕩的幅度定義為波幅，由于該值由水位數(shù)據(jù)計算而來，且水面變化非嚴(yán)格的正弦波形，故其大小設(shè)定為某個時間段內(nèi)水位最高值與最小值的差值。

變幅和波幅過大都可能會對升船機(jī)安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，需找出能保證升船機(jī)安全運(yùn)行的變幅和波幅限值。

1.2 變幅限值

1.2.1 對接過程中的限值

船廂準(zhǔn)確停位時，船廂水位與下游水位一致，再過約5min的機(jī)構(gòu)動作時間后通航門開啟，船廂水域和下游水域才會聯(lián)通。如果在此期間下游水位變幅超過0.2m，即使門檻水深仍滿足，但通航門會因閉鎖條件不滿足而停止開啟，導(dǎo)致對接失敗。故在對接過程中的水位變幅要求為5min內(nèi)變化不超過0.2m。

1.2.2? 對接期間的限值

根據(jù)實船試驗的結(jié)果，因進(jìn)出廂需要，對接期間船廂水深受下游水位變化影響的時長約為20min。對接鎖定機(jī)構(gòu)的設(shè)計載荷是按船廂水深變化±500mm考慮，船廂水深變化超過0.5m后，超載的不平衡載荷將由安全機(jī)構(gòu)承擔(dān)，升船機(jī)將不能正常運(yùn)行。故整個對接期間對水位變幅的要求為20min內(nèi)變化不超過0.5m。

1.3 波幅限值

對接過程中和對接期間，考慮船廂對接時的停止位置恰在下游水面波動的高位（或低位）的極端條件下，水位變化產(chǎn)生的波幅實際等于水位變幅。故水位波幅限值與變幅限值大小一致。

1.4 小結(jié)

通過1.1-1.3中以上對升船機(jī)安全運(yùn)行的水情特征的分析，匯總合并得出升船機(jī)安全運(yùn)行的水情特征范圍見表1。

2 監(jiān)測平臺部署

2.1 監(jiān)測平臺選擇

為方便水位數(shù)據(jù)的實時查看，同時考慮到不能影響升船機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的正常操作使用，選擇工程師站作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安裝使用平臺較為合理。利用現(xiàn)有升船機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)，在工程師站安裝合適的數(shù)據(jù)采集、存儲、分析軟件后，即可實現(xiàn)水情信息實時監(jiān)測的目的。

2.2? 數(shù)據(jù)源選擇

升船機(jī)在輔助閘首布置了測井，用于測量下游引航道水位，測井內(nèi)布置了1套吹氣式水位計和1套激光式水位。

激光式水位計相比吹氣式水位計少了空氣介質(zhì)的傳遞過程，對水面變化反應(yīng)更迅速，更適合用于監(jiān)測水位波動情況的需要，故選擇激光式水位計作為采集的數(shù)據(jù)源。

2.3? 數(shù)據(jù)讀取、存儲

工程師站可通過FactoryTalkView Studio與現(xiàn)地控制站建立OPC連接，讀取水位計采集到的數(shù)據(jù)。水位數(shù)據(jù)使用ODBC數(shù)據(jù)服務(wù)連接按特定標(biāo)簽格式，直接儲存在工程師站的數(shù)據(jù)庫中。

2.4? 數(shù)據(jù)分析

以采集到的水位數(shù)據(jù)在后臺根據(jù)內(nèi)置算法實時計算，結(jié)果發(fā)布在本機(jī)運(yùn)行的web服務(wù)上，以瀏覽器為人機(jī)交互界面查看，示例見圖1。

3 工況與水位對比分析

3.1? 調(diào)峰工況下變幅分析

變幅由向家壩出庫流量變化引起，變幅大小與流量變動快慢，即電站出力變化快慢相關(guān)。

監(jiān)測期內(nèi)出力變化最快的調(diào)峰工況（30min增加840MW）期間下游變幅見圖2。

上述調(diào)峰工況下，升船機(jī)下游水位20min變幅最大值在0.4m左右，滿足《金沙江向家壩水電站水庫運(yùn)用與電站運(yùn)行調(diào)度規(guī)程（試行）》中對航運(yùn)調(diào)度的變幅要求：20min變幅不超過0.5m;但5min變幅最大值達(dá)到了升船機(jī)安全運(yùn)行的變幅限值0.2m左右，會導(dǎo)致升船機(jī)下游對接不能正常進(jìn)行，影響通航效率。在出力變化超過400MW（對應(yīng)下游水位變化接近0.5m）的調(diào)峰時段對接，如因不可控因素導(dǎo)致不能及時完成會船后解除對接，可能引起安全機(jī)構(gòu)動作或船舶擱淺事故等嚴(yán)重后果，需考慮投入輔助閘室。

3.2 泄洪工況下波幅分析

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示，波幅與泄洪流量存在正相關(guān)性。監(jiān)測期內(nèi)最小泄洪流量400m?/s（開啟2個表孔開度各2m）期間下游波幅見圖3。

上述最小泄洪流量工況下，下游水位5min波幅值達(dá)到0.24m，20min波幅值已達(dá)到0.25m。其中5min波幅值超過了升船機(jī)安全對接的波幅限值。故電站泄洪后，需要投入輔助閘室。

4 調(diào)度操作應(yīng)對措施

4.1 輔助閘室投運(yùn)總體原則

根據(jù)工況與水位數(shù)據(jù)分析結(jié)果，得出下游對接需輔助閘室投運(yùn)的工況如下：

（1）電站泄洪時;

（2）電站出力變化超過400MW的調(diào)峰時段。

4.2 泄洪工況下游對接調(diào)度操作原則

泄洪工況下運(yùn)行的廂次都需投入輔助閘室， 具體調(diào)度操作方式如下：

（1）對于單向上（下）行的廂次或者船身不長，可在輔助閘室實現(xiàn)錯船的廂次，應(yīng)在未對接前將船舶調(diào)至輔助閘室內(nèi)，然后投入輔助閘室后再對接，待船舶完成出廂、進(jìn)廂后解除對接，然后上行;

（2）對于不能在輔助閘室內(nèi)錯船的船舶，則在下行船舶出廂和上行船舶進(jìn)廂前分別進(jìn)行一次對接，兩次對接前保證輔助閘室處于投運(yùn)狀態(tài)即可。

4.3 調(diào)峰工況下游對接調(diào)度操作原則

調(diào)峰工況是一個短時過程，存在開始時間和結(jié)束時間。故提前判斷本廂次對接是否需要投入輔助閘室就十分重要。下游對接一個重要的操作節(jié)點(diǎn)就是發(fā)“船廂下行啟動”令;將這個發(fā)令時間與調(diào)峰時間段進(jìn)行比較，就能判斷該廂次是否需要投入輔助閘室運(yùn)行。

根據(jù)1.2.2中的分析結(jié)果，對接期間船廂水深受下游水位變化影響的時長約為20min，而發(fā)“船廂下行啟動”令后約10min開始進(jìn)行下游對接，故對于負(fù)荷變化大于400MW的調(diào)峰工況，調(diào)峰前30min內(nèi)發(fā)“船廂下行啟動”令，下游對接期間就會遇到水位變化，需投入輔助閘室。

對于須投入輔助閘室運(yùn)行的廂次，具體調(diào)度操作方式與4.2中泄洪工況下的調(diào)度操作方式相同。

5 結(jié)論

針對向家壩升船機(jī)下游航道水位易受電站非恒定工況影響的不利情形，通過搭建下游水位監(jiān)測平臺，為研究升船機(jī)下游水位變化規(guī)律提供了數(shù)據(jù)來源與分析手段。同時將電站運(yùn)行工況與水位變化特征指標(biāo)做對比分析，找出了影響升船機(jī)下游安全對接的特定工況。在實際應(yīng)用中，通過對計劃性的非恒定工況進(jìn)行分析預(yù)判，即可實現(xiàn)對下游水位變化的預(yù)警預(yù)控，大大降低了升船機(jī)在下游對接時的安全風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)：

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