應急操作器在水電站泄洪閘門安全運行中的必要性

劉緒軍

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 甘孜 626001）

1 引言

長河壩水電站位于甘孜藏族自治州康定縣魚通鎮(zhèn)境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦22 級方案的第10 級電站，以單一發(fā)電為主。電站由水庫大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)、2 條開敞式泄洪洞、1 條有壓深孔泄洪洞和1 條放空洞等建筑物組成，大壩為礫石土心墻堆石壩，大壩最大壩高240 m，水庫正常蓄水位1 690 m，電站安裝4 臺單機650 MW 水輪發(fā)電機組，總裝機容量2 600 MW。

電站正常運行時采用1 條有壓深孔泄洪洞（1號）和2 條開敞式泄洪洞（依次為2 號、3 號泄洪洞）控制泄洪。工程設計洪水流量7 650 m3/s（1 號泄洪洞設計泄洪流量：3 370 m3/s，2 號、3 號泄洪洞設計泄洪流量：2 140 m3/s）。根據(jù)相關水文資料顯示，實測最大流量5 800 m3/s（1992-6-29，瀘定站），近幾年最大流量5 790 m3/s（2018-7-11，達50 年一遇），調(diào)查歷史最大流量7 170 m3/s（1904 年，瀘定站）。電站汛期運行水位一般控制在1 680~1 690 m 之間，在泄洪階段，參考近10 年汛期來水量情況，長河壩3孔泄洪洞金結(jié)設備在汛期必須保證能正常啟閉。然而，由于泄洪系統(tǒng)水工閘門使用具有季節(jié)性、使用頻率較低、啟閉機故障不易察覺等問題，容易出現(xiàn)事故。電站泄洪系統(tǒng)安全運行直接關系到電站的運行效益和安全，為了保障長河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行，研究及安裝應急操作器對于長河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門安全運行的影響和作用效果具有重要的意義[1，2]。

2 應急操作器

2.1 應急操作器的構成

應急操作器是一種可以在緊急情況下快速控制水工閘門啟閉狀態(tài)的裝置，通常由以下幾個部分組成：

（1）動力總成：動力總成是應急操作器的核心部分，包括柴油機、減速器和柱塞泵等，柴油機是應急操作器的動力來源，液壓泵則是提供液壓動力的關鍵部件。

（2）液壓控制總成：液壓控制總成是應急操作器的控制核心，包括液壓油路塊、液壓閥等，液壓閥用于控制液壓系統(tǒng)的通斷和流量，當緊急情況下需要啟閉水工閘門時，可以通過液壓系統(tǒng)快速控制水工閘門油缸的伸縮和停止，從而控制水工閘門的啟閉。

（3）保護外殼：保護外殼起到了阻隔操作人員的作用，保障了安全操作，其外觀整潔，各個窗口功能分區(qū)明確便于維護和操作。

（4）油路接口：應急操作器的油路接口用于連接水工閘門的油缸接口，與原啟閉機實現(xiàn)互為備用的連接布局，且其中任一系統(tǒng)控制閘門時互不影響。

2.2 應急操作器的使用方法

應急操作器的使用方法簡單便捷。當水工閘門出現(xiàn)緊急情況時，操作人員可以通過應急操作器控制水工閘門的啟閉狀態(tài)，確保水工閘門的安全運行。具體操作步驟見圖1。

圖1 水工閘門應急操作步驟

3 應急操作器在長河壩水電站水工閘門安全運行中的重要作用

長河壩水電站是大渡河干流水電梯級近期開發(fā)的大型骨干工程之一，泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行是電站正常運行的重要保障。在緊急情況下，應急操作器的使用可以有效地保障泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行。

3.1 水工閘門不能正常啟閉的原因

一般情況下水工閘門的油缸負載是波動不大的，但是當遇到以下原因時會導致閘門及啟閉機不能正常啟閉運行，具體如下：

（1）電源消失：長河壩泄洪洞進水口高邊坡超過300 m，時有落石現(xiàn)象發(fā)生；并且電站場區(qū)地震基本烈度為8 度，因自然原因引起的砸壞供電電源的風險較高。

（2）操作不當：操作不當是造成水工閘門卡阻的常見原因之一。例如，操作速度過快、向上提起閘門時過猛等導致卡阻。

（3）部件損壞：水工閘門的部件，如銷軸、螺絲、閥板等出現(xiàn)損壞或磨損；閘門變形（特別是在門槽和門框的連接處）；門槽和門框不平整（會使閘門在操作過程中與門槽和門框產(chǎn)生摩擦）等；均可能導致啟閉力增加，致使閘門卡阻，不能正常運行。

（4）泥沙、污物積累：在水工閘門的門槽、門框和閥板等部位，如果泥沙、污物積累過多，會導致閘門卡阻。

（5）油液污染：油液中含有過多的污染物或雜質(zhì)，會使油液的黏度降低，從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作。

（6）密封件老化：密封件是保證液壓系統(tǒng)正常工作的關鍵部件，如果密封件老化或損壞，會使液壓系統(tǒng)的泄漏增加，從而降低系統(tǒng)的壓力。

（7）系統(tǒng)泄漏：液壓系統(tǒng)中的各個部件之間都需要保持一定的密封性，如果某個部件出現(xiàn)泄漏，會使系統(tǒng)壓力降低。

（8）壓力閥調(diào)整不當：壓力閥是控制液壓系統(tǒng)壓力的重要元件，如果壓力閥調(diào)整不當，會使系統(tǒng)壓力過低，從而影響啟閉機的啟閉力。

（9）油溫過高：液壓系統(tǒng)中的油溫過高，會使油液的黏度降低，流動性變差，從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作，并且還會增加能量消耗，降低啟閉機的啟閉力。

（10）過量磨損：啟閉機在長時間的使用過程中，部件會發(fā)生過量磨損，使部件的間隙增大，從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作，降低啟閉機的啟閉力。

（11）電氣元件損壞：啟閉機長期處在潮濕陰冷環(huán)境中，繼電器、電磁閥及控制回路電氣元件極易損壞。特別是油缸上的行程傳感器長期處在室外，日曬雨淋，更容易損壞。

以上是致使閘門負載大大增加、系統(tǒng)壓力下降及元器件損壞等造成閘門不能正常啟閉運行的原因。

3.2 應急操作器的特點

（1）應急操作器動力源為柴油發(fā)動機，正常啟動時不需要外部電源。

（2）應急操作器與原液壓啟閉機液壓及控制系統(tǒng)獨立，設備互不影響。

（3）操作簡單，設備調(diào)試合格后，運行時設備自動糾偏。

（4）應急操作器平時正常工作時，柴油機運行在額定功率轉(zhuǎn)速區(qū)間，可提供系統(tǒng)額定壓力驅(qū)動水工閘門油缸以額定啟門力起升閘門，當閘門遇到卡阻導致啟門力異常增加時，可調(diào)整柴油機油門，使柴油機轉(zhuǎn)速運行在最大扭矩區(qū)間，以提供最大的系統(tǒng)壓力驅(qū)動閘門油缸克服水工閘門啟門力和因異?？ㄗ璇B加的阻力，保障閘門順利起升。

3.3 安裝應急操作器的必要性

（1）減少了事故發(fā)生率

作為原啟閉機的備份，應急操作器可以完美替代原啟閉機的功能，在緊急情況下快速控制水工閘門的啟閉，避免了水工閘門啟閉過程中出現(xiàn)卡澀、阻塞等情況，減少了事故發(fā)生率。據(jù)了解已經(jīng)安裝了應急操作器的水電站，使用應急操作器后，水工閘門事故的發(fā)生率明顯下降，電站的運行更加安全。

（2）提高操作效率、安全性和改善工作環(huán)境

在遇到突發(fā)情況時，水電站現(xiàn)場往往伴隨著系統(tǒng)失電或電氣系統(tǒng)故障、液壓系統(tǒng)故障、門槽門框損壞、閘門超載等復雜情況，如出現(xiàn)以上任一情況則意味著原啟閉機系統(tǒng)的失效，此時在提高操作效率、安全性和改善工作環(huán)境的前提下啟閉閘門則意義尤為重大。

應急操作器液壓控制總成集成了包括閘門起升、下降和停止功能，由于應急操作器的介入，可在手動操作下完全代替原啟閉機，可在緊急情況下減少人為失誤，并且可以快速完成操作，從而提高閘門的操作效率。

在原啟閉機失效閘門需要緊急起升時，應急人員首先需要將重型千斤頂平穩(wěn)放置于閘門底坎上，利用閘門的結(jié)構將重型千斤頂?shù)妮敵鲚S頂住閘門的門扇，然后加壓千斤頂頂開閘門，由于可能出現(xiàn)閘門底部已經(jīng)過水情況，且重型千斤頂也有系統(tǒng)失效的風險，因此，此操作過程全程需要人員在危險環(huán)境中操作，且操作程序繁瑣，一旦水位高漲，應急人員會有生命危險。然應急操作器通常設置于壩面或啟閉機室內(nèi)，無需操作人員進入到閘門底坎上，可以最大程度確保人員和設備的安全，改善了應急人員的工作環(huán)境，并且可以快速地采取措施，以避免事故的發(fā)生。

4 實例分享

某水電站由于連日暴雨，電站全場失電，需要緊急啟閉2 扇泄洪閘門，以避免洪水淹沒電站廠房。啟用備用柴油發(fā)電機后，發(fā)電量勉強可供一臺啟閉機使用，在電站人員緊張準備后，又發(fā)現(xiàn)由于泄洪閘門長期未使用，閘門門體重量達到了80 t，門體已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴重的銹蝕，初步判斷可能會出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。當用柴油發(fā)電機啟動啟閉機時，果不其然，閘門紋絲未動，啟門失敗。在這種緊急情況下，電站操作人員緊急采用了應急操作器進行控制，在加大柴油發(fā)電機功率后順利啟升了閘門，完成了泄洪任務，確保了電站的安全運行。

由此可見，應急操作器的使用在保障水工閘門的安全運行中具有重要的作用。在實際應用中，應急操作器的操作步驟簡單明了，易于操作，完全可以勝任突發(fā)情況下水工閘門的安全運行。

5 結(jié)語

長河壩水電站泄洪系統(tǒng)3 孔泄洪閘門于2022年安裝了應急操作器，每年汛期前均對應急操作器帶閘門啟閉試驗，目前設備運行正常。應急操作器在長河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行中發(fā)揮著非常重要的作用，可以有效地減少事故的發(fā)生率，應對閘門卡阻、電源中斷、設備故障等，提高閘門的操作效率、安全性和改善工作環(huán)境，減少工作人員的工作強度，預防和處理各種突發(fā)事件，確保泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行，更加保證了大壩及下游住戶安全。為今后國內(nèi)外類似水利工程的規(guī)劃建設提供了可借鑒的案例。