大風(fēng)影響下白鶴灘水電站纜機(jī)運(yùn)行安全管理探究

王化惡

（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

白鶴灘水電站是金沙江下游四川省寧南縣、云南省巧家縣的一座水電站，它的主要開發(fā)方向是發(fā)電，同時(shí)還具有攔沙、發(fā)展庫區(qū)航運(yùn)、改善下游通航等多種功能，白鶴灘水電站的裝機(jī)容量達(dá)14000 兆瓦，該工程的主體結(jié)構(gòu)包括攔河壩、泄洪消能大樓、導(dǎo)流電站等。為了能完成810 萬方的混凝土澆筑和126000 噸的金屬構(gòu)件的吊裝，本項(xiàng)目共設(shè)置了7 個(gè)30 噸的水平移動纜機(jī)，構(gòu)成了目前全球最大的纜機(jī)集群。白鶴灘水電站7 條纜機(jī)采用高線和低線雙線結(jié)構(gòu)，其中高線設(shè)3 臺，低線設(shè)4 臺纜機(jī)，與設(shè)于左岸高834 米平臺、泄洪洞進(jìn)口768 米平臺的高、低線輸送平臺相匹配，其纜機(jī)運(yùn)行的安全管理工作是工程建設(shè)中的重中之重。

1 白鶴灘水電站的纜機(jī)運(yùn)行研究背景介紹

2011 年7 月4 日，中國長江三峽公司在金沙江白鶴灘三期工程上游段的投標(biāo)中中標(biāo)，中標(biāo)金額為3451.850 萬元。金沙江白鶴灘水電站位于金沙江下游，地處四川省寧南縣與云南省巧家縣接壤，是西電東送的重要樞紐。電站位于巧家鎮(zhèn)45 公里處，上鄰溪洛渡梯級，下鄰溪洛渡水庫，距溪洛渡水電站195 公里，控制流域413.03 平方公里，是金沙江流域91.0%的區(qū)域。白鶴灘水電站大壩約260 公里，電廠預(yù)選水位825公尺、795 公尺、765 公尺、765 公尺，庫容205.1 億立方米，可調(diào)節(jié)庫容104.36 億立方米，可控蓄5.38 億立方米，預(yù)選裝機(jī)1305 億千瓦，總裝機(jī)420 萬千瓦，多年平均發(fā)電569 億度，該電廠的建設(shè)周期為3 年半，發(fā)電周期為10 年7 個(gè)月，工期為12 年2 個(gè)月，該項(xiàng)目的靜態(tài)總投資為655 億元。白鶴灘水電站工程征區(qū)包括四川省寧南縣、會東縣、巧家縣、會澤縣、東川區(qū)、祿勸縣等6 個(gè)縣（區(qū)）。建設(shè)用地面積9.4 萬畝，涵蓋了一座四級電站（裝機(jī)144 萬千瓦）和一座尾電廠（0.313萬千瓦）。2005 年，白鶴灘工程初步設(shè)計(jì)了初步設(shè)計(jì)方案，2006 年5 月底通過了國家發(fā)展改革委的驗(yàn)收。白鶴灘水電站工程已進(jìn)入可行性論證，預(yù)計(jì)于2009 年底竣工，白鶴灘水電站左岸單臺纜機(jī)最大發(fā)電能力為1900 千瓦左右，白鶴灘水電站右岸單臺纜機(jī)的最大功率為2000 千瓦左右。

2 白鶴灘水電站大型纜機(jī)群的建設(shè)特點(diǎn)

白鶴灘水電站位于干熱河谷地區(qū)，常年大風(fēng)7 級，風(fēng)速達(dá)到240 天，最高風(fēng)速可達(dá)到13 級。在惡劣的氣候條件下，纜機(jī)作業(yè)班組順利地完成了吊裝作業(yè)，確保了施工的安全和進(jìn)度。白鶴灘水電站纜機(jī)組從2017年3 月投入使用以來，已經(jīng)安全操作22.98 萬臺，往返近一百萬次，設(shè)備的完好率達(dá)到99.84%，累計(jì)完成了3000 余萬噸物料及設(shè)備的起吊運(yùn)輸工作，其中混凝土吊運(yùn)量達(dá)827.92 萬立方米，創(chuàng)造了同類機(jī)械安全運(yùn)行時(shí)長及混凝土吊運(yùn)量兩項(xiàng)的世界紀(jì)錄。

白鶴灘水電站大壩是一座300 公尺的雙曲特高拱壩，壩高289 米，共分31 個(gè)壩段進(jìn)行澆筑，共完成了803 萬立方米的混凝土澆筑，建筑面積是胡夫金字塔的三倍以上。根據(jù)白鶴灘大壩的設(shè)計(jì)需求，共設(shè)置7 臺平移纜機(jī)，“雙平雙層”結(jié)構(gòu)，3 臺高線，4 臺低線，是目前全球最大的一組纜索，每個(gè)纜機(jī)標(biāo)稱重量30 噸，用9 立方米的水罐進(jìn)行垂直輸送。纜機(jī)是大壩施工的關(guān)鍵設(shè)備，它擔(dān)負(fù)起大壩混凝土和設(shè)備材料的吊裝工作，被稱為“空中走廊”，贏得了同行業(yè)的贊譽(yù)。白鶴灘水電站的主纜系統(tǒng)是按高程、高程和高程設(shè)計(jì)的，跨度都在1000 米以上。其自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相互干擾較大，在大風(fēng)環(huán)境中運(yùn)行的時(shí)間較長。白鶴灘壩區(qū)的氣象數(shù)據(jù)顯示，全年白鶴灘壩區(qū)年平均有239 次7 級以上的大風(fēng)，占全年總天數(shù)的65.5%。因此，白鶴灘水電站受到大風(fēng)天氣的影響，可能會影響到水電站纜機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至影響到大壩澆筑的進(jìn)度、質(zhì)量和安全。纜機(jī)集群既要在有限的空間上交叉、聯(lián)合運(yùn)行，又要與鄰近的塔機(jī)運(yùn)行保持一定的安全距離，對設(shè)備運(yùn)行的安全性和防撞性有很高的要求。高處纜機(jī)主索與低送料平臺高度相差160 米，而下層纜機(jī)主索與低進(jìn)給平臺高度相差約100 米，纜機(jī)在取料時(shí)搖擺幅度大，可能會在大風(fēng)的影響下出現(xiàn)難以穩(wěn)罐、落罐等實(shí)際施工問題[1]。

3 大風(fēng)對白鶴灘水電站纜機(jī)運(yùn)行影響的分析

研究者以《白鶴灘水電工程纜機(jī)吊鉤擺動與風(fēng)速的測量系統(tǒng)研究》為依據(jù)，對不同風(fēng)速、不同壩段、不同高度的吊罐搖擺進(jìn)行了觀測和數(shù)據(jù)分析后得知，白鶴灘壩區(qū)年平均有239 次7 級以上的大風(fēng)，這是由天然氣候造成的，每年平均有65.5%。大風(fēng)天氣對鋼索的使用和澆筑進(jìn)度、質(zhì)量和安全都有很大的影響。為了保證纜機(jī)的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取相應(yīng)的措施，減少大風(fēng)對纜機(jī)的影響。白鶴灘水電站壩位區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，大風(fēng)季節(jié)分布較大，據(jù)氣象資料分析，白鶴灘水電站所處地區(qū)大風(fēng)多集中于1 月到4 月，10 月到12 月，7 級以上日極大風(fēng)速主要分布于11 月到次年5月，8 級以上日極大風(fēng)速主要分布于1 月到3 月，9 級以上日極大風(fēng)速主要分布于1 月到2 月。白鶴灘水電站壩體混凝土豎向輸送采用7 臺30 噸的水平移動纜機(jī)，采用高、低線雙層結(jié)構(gòu)，高線3 個(gè)，低線4 個(gè)。本文通過白鶴灘水電站大風(fēng)作用下纜機(jī)的試驗(yàn)研究，白鶴灘水電站初步結(jié)果表明：在空罐工況下，16 米/秒的最大擺距為9.69 米，平均擺動距離為7.55 米，在重油罐工況下，20 米/秒的最大擺距為9.03 米，平均擺距6.81 米，按《水利水電工程纜索起重機(jī)安全操作規(guī)程》DL/T5266-2011 的規(guī)定，在6 級（13.8 米/秒）以下的大風(fēng)工況下，可正常工作。在大風(fēng)天氣中，由于罐體的擺動幅度比較大，會對纜索的正常工作產(chǎn)生一定的影響，從而使纜繩的工作效率下降，易出現(xiàn)罐體與罐體、罐體與周邊人員、設(shè)備、模板等，因此，白鶴灘水電站纜機(jī)工作人員經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在大風(fēng)天氣下，物料發(fā)生碰撞時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，以減少對白鶴灘水電站纜機(jī)運(yùn)行的影響[2]。

4 大風(fēng)條件下白鶴灘水電站纜機(jī)安全管控優(yōu)化措施

4.1 大風(fēng)條件下纜機(jī)安全運(yùn)行強(qiáng)制性措施

根據(jù)白鶴灘水電站壩區(qū)大風(fēng)特點(diǎn)和大風(fēng)對纜機(jī)運(yùn)行影響分析，結(jié)合白鶴灘水電站纜機(jī)運(yùn)行的實(shí)際情況，研究者對大風(fēng)條件下纜安全運(yùn)行加以規(guī)定，認(rèn)為應(yīng)該做好大風(fēng)條件下的安全運(yùn)行強(qiáng)制性管理。

4.1.1 風(fēng)速對纜機(jī)設(shè)備本體的安全影響規(guī)定

白鶴灘水電站纜機(jī)纜索風(fēng)速計(jì)（設(shè)在纜索輔助塔中的風(fēng)速計(jì)）的實(shí)測風(fēng)速（3 秒內(nèi)的平均瞬時(shí)風(fēng)速，下同）低于24.5 米/秒（9 級）。在纜索風(fēng)速計(jì)測量的風(fēng)速為24.5～283 米/秒（10 級）時(shí)，纜索必須嚴(yán)格按照非正常工況操作（纜機(jī)不能行走，小車和牽引機(jī)構(gòu)仍能正常工作）。在纜索風(fēng)速計(jì)測量的風(fēng)速超過28.3 米/秒時(shí)，纜索應(yīng)立即停用，并進(jìn)行鎖緊。

4.1.2 大風(fēng)對纜機(jī)吊運(yùn)安全影響規(guī)定

當(dāng)風(fēng)速低于13.8 米/秒（6 級）時(shí)，白鶴灘水電站纜機(jī)設(shè)備可以正常工作。當(dāng)速度為13.9～171 米/秒（7級）時(shí)，混凝土澆筑工作正常，吊運(yùn)、金結(jié)機(jī)械停止吊裝。當(dāng)風(fēng)速為172～20 米/秒時(shí)，普通倉面可繼續(xù)澆筑，吊索和拖繩單動作操作，嚴(yán)禁行走小車，狹長的倉面、異型倉面的澆筑、零活吊送的中止。當(dāng)風(fēng)速超過20 米/秒（9 級）時(shí)，白鶴灘水電站所有起重機(jī)都要停止運(yùn)行，纜機(jī)纜索要做好防風(fēng)工作，并進(jìn)行緊急鎖定。

4.1.3 相鄰纜機(jī)安全距離規(guī)定

當(dāng)風(fēng)速小于13 米/秒（6 級）時(shí)，白鶴灘水電站高平臺的兩個(gè)纜機(jī)在接近時(shí)，最小主索間距為10 米，當(dāng)兩個(gè)纜機(jī)在低臺附近時(shí)，主索之間的最小間距是12.5 米，在不同的平臺上，兩個(gè)纜機(jī)在使用時(shí)，主索之間的最小安全間距是8 米。當(dāng)白鶴灘水電站風(fēng)速為13～17.1 米/秒時(shí)，高平臺的兩個(gè)纜機(jī)接近時(shí)，主索之間的最小間距為15 米，當(dāng)兩個(gè)纜機(jī)在低臺附近時(shí)，主索之間的最小間距是15 米，在不同的平臺上，兩個(gè)纜機(jī)在使用時(shí)，主索之間的最小安全間距是10 米。當(dāng)風(fēng)速為172～20 米/秒時(shí)，高平臺的兩個(gè)纜機(jī)在接近時(shí)，主索之間的最小間距為20 米，當(dāng)兩個(gè)纜機(jī)在低臺附近時(shí)，主索之間的最小間距是20 米，在不同的平臺上，兩個(gè)纜機(jī)在使用時(shí)，白鶴灘水電站纜機(jī)主索之間的最小安全間距是15 米[3]。

4.2 加強(qiáng)纜機(jī)設(shè)備本體管理，提高纜機(jī)運(yùn)行效率

為了更好地提高白鶴灘水電站纜機(jī)的利用率，提高纜索的使用效率，可以采取如下措施：執(zhí)行嚴(yán)格的經(jīng)營和管理體系，實(shí)施白鶴灘水電站纜機(jī)維修管理制度，實(shí)施纜機(jī)機(jī)長負(fù)責(zé)制，實(shí)行纜索維護(hù)的程序管理。推進(jìn)規(guī)范化運(yùn)作流程，建立緊急情況下的緊急維修機(jī)制，設(shè)立足夠的備用零件儲備，強(qiáng)制白鶴灘水電站監(jiān)督系統(tǒng)的實(shí)施。在此，我們將對執(zhí)行嚴(yán)格的經(jīng)營管理體系作一個(gè)具體的闡述，纜機(jī)機(jī)長可以定期進(jìn)行監(jiān)督，并總結(jié)白鶴灘水電站纜機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，做好工作記錄。白鶴灘水電站纜機(jī)工作組工作人員應(yīng)該實(shí)行嚴(yán)格的經(jīng)營管理體制，制定相關(guān)的制度，實(shí)施強(qiáng)制維護(hù)制度，以定期和隨機(jī)抽查的形式，對纜機(jī)的操作、維修、維護(hù)進(jìn)行監(jiān)督，維護(hù)工作是否符合纜機(jī)設(shè)備的要求。對纜機(jī)設(shè)備進(jìn)行定期和不定期的抽查，及時(shí)采取強(qiáng)制措施，以排除影響設(shè)備安全的潛在危險(xiǎn)，提高纜機(jī)的完成率。定期檢查纜機(jī)設(shè)備，纜索是一種特殊的設(shè)備，為了避免出現(xiàn)安全事故，必須定期對其進(jìn)行安全檢查。上下游斜拉鋼線牽伸檢驗(yàn)，其目的是為了避免纜機(jī)運(yùn)料車在承受較大的動力作用時(shí)，上下游牽線也將左右擺動而磨損鋼絲，造成牽伸斷裂，纜機(jī)起升機(jī)鼓輪上的鋼索檢驗(yàn)，其目的是為了防止在起重過程中，起重輪上的鋼絲繩互相摩擦，從而導(dǎo)致鋼索斷裂。

4.3 掌握白鶴灘水電站纜機(jī)故障處理方法

為了保證吊運(yùn)作業(yè)的安全，施工單位編寫了《白鶴灘水電站30t 纜索式起重機(jī)吊運(yùn)作業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)手冊》，從標(biāo)準(zhǔn)化使用、標(biāo)準(zhǔn)化操作、標(biāo)準(zhǔn)化信號指揮、標(biāo)準(zhǔn)化吊運(yùn)程序等方面入手，進(jìn)一步細(xì)化和規(guī)范了吊運(yùn)作業(yè)程序，消除了潛在的安全隱患或風(fēng)險(xiǎn)，確保吊運(yùn)安全。機(jī)器的故障更容易被發(fā)現(xiàn)，但是處理的時(shí)間相對較長，一旦被發(fā)現(xiàn)，白鶴灘水電站纜機(jī)機(jī)組施工人員就必須快速地處置。這對機(jī)電工程師和維修工人的技術(shù)水平都有很高的要求，他們不僅要熟悉機(jī)械傳動的結(jié)構(gòu)和原理，還要懂得電氣的調(diào)速和控制原理。白鶴灘水電站運(yùn)行時(shí)纜機(jī)自身存在的問題是不可避免的，但隨著使用一段時(shí)間后，纜機(jī)的缺點(diǎn)就會顯露出來[4]。要進(jìn)一步分析和研究纜機(jī)的工作原理，進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，提出可行的方案，并進(jìn)行改進(jìn)。對關(guān)鍵部件進(jìn)行技術(shù)管理，例如：纜機(jī)承臺的技術(shù)管理，由電氣和機(jī)械工程師負(fù)責(zé)?！肮收闲畔⒈怼彪m能提供一定的資料，但也不能涵蓋所有的問題，而且一次故障的原因很多，可能會讓纜機(jī)維修維護(hù)人員在處理相關(guān)故障的時(shí)候顧此失彼。因此，纜機(jī)工作組成員首先要對纜索的性能有一定的了解，其次要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，再利用“故障信息表”中的數(shù)據(jù)，通過排除方法，逐一排除故障，直至找到問題的根源。通常，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，目標(biāo)是清楚的，并分析造成這種錯(cuò)誤的原因，這樣才能找到一些特定的地點(diǎn)。這樣一來，纜機(jī)維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)問題就簡單多了。

經(jīng)過多年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，白鶴灘水電站纜機(jī)故障解決方法一般有如下幾點(diǎn)：首先要檢查電源是否正常，然后對硬件進(jìn)行故障排除。施工人員可以衡量有些部件可以手工制作，例如帶有試驗(yàn)手柄的中間繼電器，結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)，想辦法繞過并屏蔽部分的控制電路，例如：外部的探測元件。在排除了外部的可能性后，根據(jù)下面的方法和步驟來發(fā)現(xiàn)問題。檢查故障類型，纜機(jī)維護(hù)人員要查閱“故障信息表”，并觀察PLC 的指示燈，當(dāng)PLC 沒有出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過對PLC 輸入輸出狀態(tài)的檢查，找到問題所在，首先輸出，然后輸入相關(guān)數(shù)據(jù)[5]。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的全面發(fā)展，白鶴灘水電站纜機(jī)工作組可以結(jié)合大風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)、移動設(shè)備APP 天氣預(yù)報(bào)預(yù)警平臺等，將大風(fēng)的信息及時(shí)發(fā)送到控制室、纜機(jī)駕駛室，提前做好防風(fēng)準(zhǔn)備。纜機(jī)維護(hù)小組及時(shí)做好相應(yīng)的防風(fēng)準(zhǔn)備，施工人員和技術(shù)人員可以根據(jù)白鶴灘工程的大風(fēng)特性，分析大風(fēng)對纜機(jī)群組的影響，并根據(jù)白鶴灘水電站現(xiàn)場混凝土澆筑的實(shí)際情況，堅(jiān)持纜機(jī)安全部件事前、事中、事后管控的原則，使得白鶴灘水電站纜機(jī)組件即使是在大風(fēng)的影響下也能保證運(yùn)行始終處于安全受控狀態(tài)。