【摘 要】構(gòu)皮灘水電站是貴州省最大的水電站，大壩設(shè)計為雙曲拱壩，最大壩高232. 5 m，大壩主體混凝土量273萬m3。大壩適合纜索式起重機(jī)施工，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較采用3臺30 t平移式纜機(jī)布置方案。構(gòu)皮灘水電站的如期建成投產(chǎn)表明國產(chǎn)30t纜機(jī)已完全滿足工程施工進(jìn)度與強(qiáng)度的要求，但在纜機(jī)的運行中還是出現(xiàn)了多起典型的故障，在此，對30 t國產(chǎn)纜機(jī)在構(gòu)皮灘水電站運行中的典型故障進(jìn)行分析并提出預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】纜機(jī)；運行；故障；分析；預(yù)防措施

【Abstract】The Goupitan Hydropower Station is the largest hydropower station in Guizhou Province. The dam is designed as a double-curvature arch dam with a maximum height of 232. 5 m and a concrete volume of 2.73 million m3 . The dam is suitable for the construction of cable cranes. After comprehensive comparison of technology and economy， 3 sets of 30 t translating cranes are deployed. The construction and commissioning of the Goupitan hydropower station shows that the domestic 30-t cable machine has fully met the requirements of construction progress and strength， but there are still many typical failures in the operation of the cable machine. Here， the 30-ton domestic cable machine is The typical faults in the operation of Goupitan Hydropower Station are analyzed and preventive measures are proposed.

【Key words】Cable machine；Operation；Failure；Analysis；

1. 工程概況

構(gòu)皮灘水電站位于貴州省余慶縣境內(nèi)烏江干流河段，是烏江干流梯級第7級電站。該電站是國家“十五”期間開工建設(shè)的大型水電工程項目及貴州西電東送的標(biāo)志性工程，也是烏江流域水電開發(fā)規(guī)劃中最大的水電站。電站總裝機(jī)容量300萬KW，年發(fā)電量96.82億KW·h。電站樞紐由混凝土雙曲拱壩，壩下水墊塘，壩身表、中泄洪孔，右岸地下式廠房，左岸泄洪洞及通航等建筑物組成。

2. 纜機(jī)的布置形式

構(gòu)皮灘水電站大壩位于烏江V形對稱峽谷中，根據(jù)兩岸地形及樞紐布置，大壩施工適合采用纜索式起重機(jī)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較采用平移式纜機(jī)布置方案。該方案兩岸地形適合布置平移式纜機(jī)，土建工程量較??；纜機(jī)可覆蓋整個拱壩，不需另外布置施工機(jī)械，有利于壩體混凝土溫度控制，有利于2臺纜機(jī)抬吊大壩金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行安裝；纜機(jī)運行速度快，倉面定位準(zhǔn)確，有利于2～3臺纜機(jī)同澆1倉，對工程施工進(jìn)度、施工質(zhì)量更有保障?；炷料到y(tǒng)布置在右岸上游，且右岸地形較緩，根據(jù)地形條件和施工總布置，纜機(jī)主塔布置在右岸，副塔布置在左岸。3臺平移式纜機(jī)布置在同一高程，跨度為700 m，纜機(jī)主、副塔均為無塔架形式，纜機(jī)平臺各長180 m 。纜機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3. 運行中的典型故障分析及預(yù)防措施

3.1 提升電機(jī)故障。

3.1.1 故障分析。提升電機(jī)故障大多數(shù)發(fā)生在正常吊運混凝土快速下降過程中，共發(fā)生9次故障，其中有3次發(fā)生在供電系統(tǒng)突然斷電的情況下，1次發(fā)生在10 KV供電系統(tǒng)電壓波動的情況下，其余5次發(fā)生在供電系統(tǒng)沒有異常的情況下。

3.1.2 預(yù)防措施。（1）臨時措施是提高欠電壓保護(hù)值，從80%的欠電壓保護(hù)提高到85 %，也就是當(dāng)整流變壓器原邊電壓低于85%時就會使纜機(jī)斷電，這樣就避免了整流變壓器副邊電壓過低引起逆變失敗的情況。但纜機(jī)在重載時急停的次數(shù)增多，也給纜機(jī)造成多次沖擊疲勞，存在重大安全隱患。最后加裝動態(tài)濾波無功補(bǔ)償裝置，使纜機(jī)的提升電機(jī)（950 KW）啟動時不再引起電網(wǎng)電壓閃變和電壓波動。（2）在提升直流電機(jī)電樞兩端并接過電壓及逆變消能平磁裝置，減少瞬間過電壓對電機(jī)的沖擊。（3）將纜機(jī)高速限速至90%運行，避免超載以及高速運行給電機(jī)帶來的強(qiáng)電流情況，降低電機(jī)運

行溫度和長期高速對電機(jī)的損傷和積累。

3.2 纜機(jī)副塔天輪軸斷裂。

（1） 故障分析。2006年10月21日22： 55分，構(gòu)皮灘水電站2號纜機(jī)在澆筑混凝土的過程中將空罐向主塔方向牽引至離卸料平臺約3～4m時（此時，牽引操作減速即將至0位），副塔天輪軸突然斷裂。斷裂時，小車牽引繩和中間2根承馬繩均脫落輪槽，造成副車撐架上部變形，小車牽引繩有5處損傷；承馬牽引繩有1處損傷；小車主塔側(cè)第1個承馬兩側(cè)板扭曲變形。事故發(fā)生后，經(jīng)纜機(jī)制造廠商、業(yè)主、監(jiān)理和施工單位聯(lián)合鑒定結(jié)果如下：由于軸的材料和熱處理問題以及結(jié)構(gòu)具有較大肩臺，致使應(yīng)力集中，造成斷裂。

（2）預(yù)防措施。改善天輪軸材料和熱處理工藝，將軸肩臺部位改為圓錐過渡，避免了天輪軸原來設(shè)計不足造成的應(yīng)力集中；重新加工天輪軸（包括主塔天輪軸），并全部進(jìn)行了更換。

（3）采取措施。將天輪軸的材料改為38CrMoAlA氮化鋼，熱處理為調(diào)質(zhì)氮化，表面加工采取磨削后進(jìn)行拋光處理等，進(jìn)一步降低材料的切口敏感性，提升了天輪軸的疲勞安全系數(shù)，從而延長了天輪軸的使用壽命。

3.3 控制電纜和副車電源電纜斷芯嚴(yán)重。

（1）故障分析。施工初期共發(fā)生了10多起電纜斷芯故障，經(jīng)現(xiàn)場觀察分析，其主要原因是電纜轉(zhuǎn)盤下有1對電纜導(dǎo)向輪，其半徑?。▋H為50mm ），運行中導(dǎo)致電纜轉(zhuǎn)彎半徑小，使電纜造成較大的彎曲應(yīng)力。

（2）預(yù)防措施。將電纜全部更換，將電纜導(dǎo)向輪拆除，增加防跳纜擋板，處理后再也沒有發(fā)生過電纜斷芯故障。

3.4 進(jìn)口鋼絲繩使用費用高。

鋼絲繩是纜機(jī)的主要耗材之一，纜機(jī)鋼絲繩有提升鋼絲繩、小車牽引繩和承馬牽引繩。承馬牽引繩使用的是國產(chǎn)鋼絲繩；小車牽引繩和提升鋼絲繩最初使用的是原裝進(jìn)口光面鋼絲繩（德國產(chǎn)卡薩爾CASAR），提升鋼絲繩型號為CASAR TURBO-PLAST一1770一36，小車牽引鋼絲繩型號為CASAR TURBOPLAST 1770一30。后由于進(jìn)口光面鋼絲繩價格昂貴且使用期限較短，改為國產(chǎn)線接觸鋼絲繩。各種鋼絲繩使用情況及單位時間費用分析見表2。

從表2可見，國嚴(yán)鋼絲繩便用壽命不比進(jìn)口鋼絲繩短，但國產(chǎn)提升鋼絲繩單位時間平均使用費用為25元/h，進(jìn)口提升繩單位時間平均使用費用則高達(dá)222元/h，將近國產(chǎn)鋼絲繩的9倍。鋼絲繩在使用過程中主要是受拉力和彎曲應(yīng)變。30 t纜機(jī)鋼絲繩的損壞主要特征是表面鋼絲斷裂，其原因是經(jīng)多次彎曲應(yīng)變后造成疲勞斷裂。因此，相對較好的柔性線接觸鋼絲繩其使用壽命較長。

（1）進(jìn)口光面鋼絲繩特點。鋼絲脆硬，柔性相對較差，破斷拉力較大。由于鋼絲脆硬，容易受彎曲應(yīng)變造成疲勞斷裂，其使用壽命較短，且價格昂貴，導(dǎo)致運行成本極高。當(dāng)然，國產(chǎn)鋼絲繩為線接觸型，對滑輪等替換件磨損較嚴(yán)重，同時會使滑輪等替換件費用增加，但總費用要比進(jìn)口鋼絲繩費用少得多，因此，國產(chǎn)線接觸鋼絲繩存在明顯的價格優(yōu)勢。

（2）預(yù)防措施。纜機(jī)的鋼絲繩（包括提升繩、小車牽引繩、承馬牽引繩）全部采用國產(chǎn)線接觸鋼絲繩，由于構(gòu)皮灘水電站離貴州鋼絲繩廠較近，該電站3臺纜機(jī)更換使用的都是貴州鋼絲繩廠的鋼絲繩，提升鋼絲繩型號為6 x 36SW + IWR-36，小車牽引鋼絲繩型號為6 x 30SW + IWR-30，從使用情況來看，完全可以替代原裝進(jìn)口光面鋼絲繩，滿足施工需要。

3.5 雷擊事故。

3.5.1 故障分析。電站建設(shè)工地所處地理位置屬于雷電多發(fā)區(qū)，纜機(jī)又處于空曠的制高點位置，容易引雷和接雷。纜機(jī)投人運行后，因此遭到多次雷擊，造成其無線中控箱、電臺等設(shè)備元器件損壞的故障，影響了纜機(jī)的正常運行和施工進(jìn)度。

3.5.2 預(yù)防措施。

（1）直擊雷防護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在纜線上方橫跨江面安裝6根等間距避雷線，沿軌道方向上游側(cè)和下游側(cè)的2根避雷線分別布置在軌道端部外側(cè)5m左右。為了保證絕緣水平，避雷線距纜機(jī)塔架、牽引索上支等最高點的距離不小于1. 5 m。避雷線兩端接地，使得在雷擊時將雷電過電壓引入地下以確保纜機(jī)安全。該系統(tǒng)保護(hù)范圍覆蓋纜機(jī)上下游間全行程，左右岸寬800 m矩形區(qū)域?？纱_保包括全部纜機(jī)本體及操作室、微波天線等在雷強(qiáng)度不大于120 kA條件下不會遭受雷擊傷害。對避雷線的受力、安全系數(shù)進(jìn)行計算，可以確定避雷線錨固點的位置，即距左右岸主索懸掛鉸點的距離（纜機(jī)主、副車外側(cè)）處的高程以得出避雷線的架設(shè)示意圖（見圖1），避雷線下的尼龍繩可以懸掛照明燈及其電源電纜。

（2）弱電設(shè)備防雷。為了保護(hù)弱電設(shè)備受到電壓（雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過電壓）侵襲時保護(hù)設(shè)備不致受損壞，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對弱電設(shè)備的電源和信號部分加裝或更換SPD智能配電系統(tǒng)。

（3）采用單獨回路供應(yīng)單臺纜機(jī)的一對一的供電方式，且互為備用。

（4）對牽引機(jī)構(gòu)加裝逆變消能滅磁保護(hù)裝置，降低電壓波動造成的沖擊。

（5）對纜機(jī)（軌道）、架空避雷線、司機(jī)室、中控柜等設(shè)備接地情況定期測試，對接地電阻偏大，無法及時、有效、快速地釋放雷擊瞬間大電流，起不到保護(hù)設(shè)備目的的不良接地進(jìn)行改造，并重新測試合格，保證接地電阻小于4Ω。

4. 結(jié)束語

構(gòu)皮灘水電站3臺30 t無塔架平移式纜機(jī)由中國企業(yè)自行設(shè)計與制造，在國內(nèi)屬于首創(chuàng)。構(gòu)皮灘水電站的如期建成投產(chǎn)表明國產(chǎn)纜機(jī)完全滿足工程進(jìn)度與強(qiáng)度的要求，保證工程建設(shè)的需要。從30 t國產(chǎn)纜機(jī)吊運混凝土達(dá)到的生產(chǎn)率來看，國內(nèi)水電站建設(shè)者在纜機(jī)管理、操作技能及維護(hù)保養(yǎng)方面已達(dá)到了較高的水平，各纜機(jī)使用單位應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)交流，相互取長補(bǔ)短，進(jìn)一步提高國產(chǎn)纜機(jī)的運行效率。

[文章編號]1619-2737（2018）04-20-796

[作者簡介] 吳維昱（1973-），男，籍貫：貴州貴陽人，職稱：工程師，從事水利水電工程建筑施工技術(shù)與管理工作。