淺談水電站升船機運行風險因素與對策分析

劉驍

摘 要：升船機是利用機械裝置升降船舶以克服航道上集中水位落差的通航建筑物，現(xiàn)已在我國內河航道得到了廣泛的應用。在升船機運行過程中存在一些風險因素，會影響到它的正常運營?；诖?，以貴州的烏江沙坨水電站的升船機為例，分析該水電站升船機在運行中存在隱患，并對提升升船機的安全運行、設備可靠性等方面提出改善措施，為類似風險防范提供參考。

關鍵詞：升船機；運行安全風險；應對措施

中圖分類號：U642.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）05-0056-03

0 引言

當前我國水電站行業(yè)的發(fā)展還是存在一定的問題，比較突出的問題便是升船機在運行過程中的風險。如果這些問題得不到妥善解決，將會給人們的生活帶來極大的困擾。為了保障我國內河正常運行，需要及時解決水電站升船機在運行過程中遇見的問題[1]。

1 項目概況

沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7 km處，是烏江干流的第九級梯級電站，距上游思林水電站約115 km，距下游彭水水電站約108 km，距烏江河口重慶涪陵區(qū)約255 km。電站總裝機容量1120 MW（4×280 MW），保證出力322.9 MW，多年平均發(fā)電量45.52億kW·h。電站樞紐由碾壓混凝土重力壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)、廠房、右岸垂直升船機等組成。

沙沱水電站工程規(guī)模為二等大（Ⅱ）型工程，它采用全平衡的鋼絲繩卷揚式的垂直式升船機，該升船機上的主體設備主要包括了承船廂、主提升機、平衡重系統(tǒng)還有其他的輔助設備。自從沙坨水電站通航系統(tǒng)正式通行以來，該升船機的性能能夠滿足基本的要求。但是因為該升船機的設計、運行維護以及設備管理上存在的不足，導致該升船機在運行中也存在著一些不穩(wěn)定的因素，這些因素也暴露出來了一些安全隱患。

提升通航系統(tǒng)的安全性，需要對其進行存在的隱患進行排查，并提出針對性的措施。本文通過闡述貴州烏江沙沱水電站升船機運行過程中存在的問題與風險，并據此提出相應的解決措施。

2 升船機簡介

2.1 升船機構成

貴州烏江沙沱水電站電子升船機依次布置有上游引航道、上閘首、升船機主體建筑物、載水質量約3 300 t的承船廂、下閘首和下游引航道。不計引航道長度，升船機全線尺寸為55 m×10.8 m×1.6 m，本體段內船廂池底板高程為281 m，寬17.6 m，長70.1 m，本體段兩側邊墻高程96 m以下為混凝土實體結構（內有平衡重孔），以上為空心板梁結構。本體段內設備層高程為377.0 m，設備層的下游端為升船機控制室。設備層以上為排架結構，設一橋機對各設備進行水平運輸[2]。

升船機主要設備如下：①計算機數(shù)據采集、處理和控制系統(tǒng)；②上、下閘首擋水門及其液壓啟閉機；③主提升系統(tǒng)、主拖動控制系統(tǒng)及平衡重系統(tǒng)；④承船廂及其臥倒門、撐緊裝置，防撞梁及液壓啟閉系統(tǒng)，安全鎖錠裝置及鎖錠鋼梯；⑤擋水門對接鎖定裝置、密封框裝置、拉緊裝置，及臥倒門液壓啟閉系統(tǒng)，承船廂排水泵系統(tǒng)；⑥檢測系統(tǒng)；⑦消防系統(tǒng)；⑧工業(yè)電視及廣播系統(tǒng)；⑨集水井排水系統(tǒng)等。

2.2 主要技術參數(shù)

沙沱水電站升船機型式為全平衡鋼絲繩卷揚式垂直升船機，設計指標見表1。

2.3 設計通航運行條件

沙坨水電站升船機的上游最高通航水位（水庫正常蓄水位）365.00 m，上游最低通航水位（水庫死水位）353.50 m，下游最高通航水位300.38 m，下游最低通航水位289.62 m，最大通航設計水頭75.38 m。

最大出庫流量4 420 m3/s，相應下游最高通航水位365.0 m，其中最大出庫流量4 420 m?/s為設計值，沙沱升船機已實際檢驗過閘最大出庫流量為2 000 m?/s，對應水位約292.60 m。最小出庫流量228 m?/s，相應下游最低通航水位289.62 m。

通航凈空尺度中，通航凈高9.6 m，通航凈寬12 m。上游引航道底高程350.5 m，上游引航道最小水深3 m，上游引航道最大水深14.5 m。下游引航道底高程286.62 m，下游引航道最小水深3 m，下游引航道最大水深13.76 m。口門區(qū)水面最大縱向流速≤2.4 m/s，最大橫向流速≤0.35 m/s，回流流速≤0.45 m/s影響[3]。

3 運行安全風險分析

3.1 升船機下閘首系統(tǒng)安全風險

升船機下閘首的工作大門想要適應下游通航水位300.38～289.62 m變化，對此可以通過8個鎖定位的調整來實現(xiàn)，當下游的水位達到了通航的要求之后，就可以進行下閘首與升船機船廂的對接。正常來說，升船機的船廂的載荷水深為2.5±0.1 m。當船廂與下游的水位進行對接之后，電站發(fā)展負荷幅度調整、發(fā)電機的故障等因素都會影響到下游水位，進而影響到船廂的水位產生變化，造成船舶擱淺。船廂水位產生變化之后，也會導致船廂和配重塊的重力不平衡，對安全制動器裝置的制動力造成影響。

當前在貴州江沙沱水電站電子升船機會采用固定負荷的方式保證在下游水位對接的時候保證水位平穩(wěn)，但是機組跳閘甩負荷、電網故障出力突變造成的下游水位突降情況發(fā)生的可能性是沒有辦法避免的[4]。

3.2 升船機設備故障風險

一方面是設備故障處理率低。試通航初期設備故障處理由施工單位負責，為了不影響運行，對于故障多采用復位、屏蔽信號等方式處理，故障沒有及時、徹底消除，設備故障處理率低，大量故障重復發(fā)生，升船機經常運行中斷，導致船舶過機設備運行歷時增加，降低了升船機運行效率[5]。雖然升船機管理處接手后處理了一些故障和缺陷，但總的故障發(fā)生率還是比較高，還需要一定時間來進行設備整改和消缺。

另一方面是設備設施維護率低。貴州烏江沙沱水電站升船機設備設施眾多，維護量大，試通航初期由施工單位負責維護，由于施工單位人力資源有限，也沒有意愿進行全面系統(tǒng)地維護。設備設施維護率低，很多設備從安裝后就沒有進行過維護保養(yǎng)，導致設備運行工況差，易出現(xiàn)問題[6]。

3.3 工作人員隊伍建設存在不足

我國經濟逐漸發(fā)展起來以后，水力發(fā)電行業(yè)開始發(fā)展，在對升船機進行管理的工作人員在技術以及經驗方面并不能單獨進行作業(yè)，水電站的工作人員建設存在較多不足，為了改進這種狀態(tài)需要及時進行培訓以保證升船機的安全運行。如果對升船機進行管理的工作人員并不進行技術培訓將會給該設備的運行以及航運事業(yè)帶來較大阻礙[7]。

4 加強水電站升船機運行管理的建議和對策

4.1 升船機承船廂與下游對接安全措施

針對升船機的船廂和下游水位進行對接的時候存在的問題，結合貴州江沙沱水電站電子升船機的實際，運行情況可以從以下兩方面進行改善。

一是需要固定機組的負荷。在下閘首進行對接的時間段內，固定機組的負荷，確保不會導致下游水位出現(xiàn)較大變幅，確保通航的安全性及連續(xù)性。目前沙沱水電站工程是由貴州電網最主要的調峰調度單位，調峰任務較重，想要固定機組的負荷，至少要在通航前一周進行申請，且固定負荷時間段要設置在每日9：00～11：00時及16：00～18：00。但長期通過固定機組負荷來確保通航安全，會對電站負荷調整產生較大影響，所以該做法只適應于當前過壩船只較少時段。

二是在升船機下閘首的下游加裝上擋水閘門。沙沱水電站下閘首下游引航道全長413.0 m，底高程286.62 m，依次布置有導航段、調順段及停泊段，寬度由12 m逐漸擴大至38 m，并設有系船墩、隔流堤及導航墻等建筑物。下游引航道以下為口門區(qū)，口門區(qū)與下游主航道相接。在下游引航道的右側要各布置4個靠船墩，方面雙向運行的船只在等待過閘停泊的時候使用，另外還可以下游引航道增設一道工作閘門，滿足全天正常通航與電網調峰互不干擾的要求。當船只進入引航道之后落下該閘門，避免機組負荷對下游對接時產生影響[8]。

4.2 調試和運行期間的風險分析及預控措施

承船廂與外部硬連接承船廂與外部硬連接情況如下：①承船廂與閘首擋水門對接鎖定未退到位。②撐（頂）緊裝置未退到位。③對接密封裝置未退到位。④齒輪與齒輪間有硬物。⑤安全鎖錠塊未退到位等情況，將對承船廂運行造成嚴重損害。

在對升船機進行檢修的時候，升船機的運行人員需要應檢修人員的要求，解除部分閉鎖條件。升船機運行之后的檢修需要檢修人員針對這些部位的設備的狀態(tài)仔細檢查，全部合格、確認安全性之后才能進行承船廂的整體升降操作。

承船廂發(fā)生滑移，很多時候是承船廂沒有保證平衡，導致承船廂朝著較重的一邊進行偏移，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)此類情況的話會造成非常嚴重的后果。

針對承船廂發(fā)生滑移的情況，可以采取的措施有如：①升船機操作規(guī)程明確規(guī)定，手動操作不得松開工作制動和安全制動。②局部自動和遠程自動，在順序控制程序中，只有制動就位、升船機正常運行后，工作制動器和安全制動器依次松開。③主升程控制程序增加保護程序。若主拖動系統(tǒng)未啟動，二次制動器從故障保護柜啟動，確保車廂滑動不會發(fā)生事故。

升降船下游最低通航水位為6 m，承船廂及下游對準后，從船艙底部的最小船艙為0.3 m，船艙運行速度12 m/min。如果主牽引系統(tǒng)故障不能正常減緩保護，就有底部事故的風險。

風險預控措施有：設置主提升控制程序距目標減速6 m，當車廂向下12 m/min，目標對準時，試驗測量距目標3 m，車廂速度降至6 m/min，繼續(xù)減速向下對位。這樣即使主阻力控制系統(tǒng)失控，操作者可根據底部速度發(fā)現(xiàn)第一站，執(zhí)行事故二次制動保護，車廂有足夠的滑動行程，也不會發(fā)生觸底事故[9]。

4.3 加強工作人員隊伍建設

對于管理升船機的工作人員需要加強其專業(yè)技能，雖然在水力發(fā)電方面，我國已經取得較大進步，但是與西方發(fā)達國家之間存在差異。為了提高技術可以組織工作人員定期學習，如果資金足夠可以聘請國外的技術人員來進行技術指導或者開展教學工作。由于在升降機操作管理方面缺乏豐富的實踐經驗，操作人員需要不斷探索和加強現(xiàn)場應急處置培訓，使每個操作人員能夠掌握升降機的安全操作風險，并迅速妥善處理，確保升降機的安全操作。為了保證工作人員定期開展技術培訓的效果可以采取考核制度，從而對工作人員的技術進行考核，不能僅參加技術培訓而不考慮培訓結果。在選拔人才的過程中可以利用考試的形式來進行職位晉升，只有具備專業(yè)技術的人才才能夠勝任對升船機的管理工作[10]。

5 結束語

升船機是水電站運行中非常重要的設備，以沙沱水電站升船機為例進行分析，發(fā)現(xiàn)該升船機存在下閘首與升船機船廂對接風險、升船機設備故障及水電站工作人員隊伍建設不足等問題，并針對性地提出了閘門系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)安全措施，調試和運行期間發(fā)現(xiàn)的風險分析及預控措施以及加強工作人員隊伍建設，從而有效保證升船導航系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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[10] 唐躍.向家壩水電站升船機維護保養(yǎng)研究[J].中國水運，2020 （9）：119-121.