包波

（巖灘水力發(fā)電有限責(zé)任公司，廣西 大化縣 530811）

1 概況

巖灘水電站位于廣西大化縣巖灘鎮(zhèn)，為紅水河十個梯級電站的第五級。一期工程安裝4 臺容量為30.25 萬千瓦的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，1～4 號機(jī)組的尾水管出口共12 孔（每臺機(jī)組3 孔）門槽，每孔設(shè)1 扇檢修閘門。閘門底檻高程134.94m，閘門的孔口尺寸為7.5×10.48m，設(shè)計水頭52m，每扇閘門重68.58t，系平面鋼滑道鋼閘門。機(jī)組運行時閘門垂直鎖錠在尾水管出口178.0m 閘門平臺上，機(jī)組檢修時閘門采用2×1250kN 臺車啟閉，啟閉操作時通過自動抓梁與閘門連接，閘門條件為靜水啟閉。當(dāng)機(jī)組需要開機(jī)運行時，需要先對機(jī)組流道的尾水管進(jìn)行充水，待閘門前后水壓差不大于1m時方可開啟。

2 改造前存在的問題

巖灘水電站一期工程機(jī)組檢修集水井和檢修排水廊道為承壓設(shè)計運行，1～4 號機(jī)組尾水檢修閘門原設(shè)計無充水功能，最初設(shè)計的充水方式是：1號機(jī)組打開裝設(shè)在153.4m 高程蝸殼進(jìn)入廊道處的1 個DN300 閘閥充水（該閘閥在全部機(jī)組投運后停用并封閉該管路），直接引尾水至尾水管充水。2、3、4 號機(jī)組尾水管的充水方式是采用打開1 號機(jī)組或相鄰機(jī)組的尾水管排水閥，引尾水從1 號機(jī)組或相鄰機(jī)組的尾水管排水閥進(jìn)入檢修集水井和檢修排水廊道，再由檢修集水井和檢修排水廊道反充水至充水機(jī)組的尾水管進(jìn)行充水，平壓后開啟尾水管檢修閘門，再分別關(guān)閉機(jī)組全部尾水管排水閥。這種充水方式存在充水效率低、操作復(fù)雜的缺點。在實際操作中，由于相鄰機(jī)組往往多處于發(fā)電運行工況，尾水的水流極為不穩(wěn)定，開啟和關(guān)閉尾水管排水閥時水壓沖擊很大，多次出現(xiàn)操作困難和尾水管排水閥關(guān)閉不到位的情況。為了避免發(fā)生這些不安全的現(xiàn)象，需要對機(jī)組尾水管充水時，采用開啟該機(jī)組進(jìn)水口閘門上的充水閥或打開機(jī)組技術(shù)供水備用水源，水源經(jīng)蝸殼排水閥流入尾水管內(nèi)，待尾水檢修閘門前后水壓差不大于1m 時，再進(jìn)行尾水檢修閘門的啟閉操作。該充水方式采用的是上游水源進(jìn)行充水，違背了設(shè)計要求，充水時需要人員時刻監(jiān)控尾水管內(nèi)水位，當(dāng)尾水檢修閘門前后水壓差不大于1m 時，必須馬上關(guān)閉進(jìn)水口閘門上的充水閥或技術(shù)供水備用水源，防止尾水管內(nèi)水位、水壓過高對尾水檢修閘門和門槽等設(shè)備造成破壞。

以上兩種充水方式都存在安全隱患，影響了水電站機(jī)組的安全運行。

3 改造方案及實施

3.1 改造方案

對巖灘水電站一期工程1～4 號機(jī)組尾水檢修閘門進(jìn)行改造，在閘門上增設(shè)充水閥，通過打開尾水檢修閘門上設(shè)置的充水閥，讓尾水水源進(jìn)入機(jī)組尾水管內(nèi)，待檢修閘門前后水壓平壓后開啟閘門。這種充水方式安全有效，操作安全簡便，不存在尾水管內(nèi)水位、水壓過高的情況。

水電站檢修閘門上的充水閥比較常見的是柱塞提拉式充水閥，這種結(jié)構(gòu)型式的充水閥具有密封效果好、水流流態(tài)佳的優(yōu)點。但由于巖灘1～4 號機(jī)組尾水檢修閘門吊耳較短，尾水臺車至尾水檢修平臺高差較短的原因，如果選用柱塞提拉式充水閥進(jìn)行改造，則增加了充水行程，當(dāng)閘門需要檢修時，不能將閘門有效提離孔口，也就不能進(jìn)行閘門底水封的維護(hù)和檢修。所以，本次改造選用翻蓋式充水閥。翻蓋式充水閥具有改造工程量少，沒有增加充水行程的優(yōu)點，保證了閘門維護(hù)和檢修的提升行程。

3.2 方案的實施

巖灘水電站1-4 號機(jī)每臺機(jī)組尾水管檢修閘門各設(shè)有三扇，而充水過程中每臺機(jī)組只需完成一扇閘門增設(shè)充水閥改造，就可以達(dá)到對尾水管充水的目的?？紤]到充水水流形態(tài)的影響，我們選取在每臺機(jī)組的第二扇（正中）尾水檢修閘門頂部對稱增設(shè)一對充水閥，充水閥通徑為φ300mm。充水閥的設(shè)計、制造范圍及要求如下：

3.2.1 選用的充水閥為翻蓋式充水閥，按照SL 74-2013《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》、SL/T 248-1999 《水工鋼閘門系列標(biāo)準(zhǔn)--充水閥》及巖灘一期機(jī)組尾水檢修閘門和尾水臺車的設(shè)備參數(shù)、機(jī)組尾水管容積的特性等進(jìn)行設(shè)計制造。

3.2.2 增設(shè)充水閥的部位須計算閘門主梁腹板和閘門梁格的強(qiáng)度是否滿足要求，必要時需增加筋板以確保閘門的安全運行。

3.2.3 自動抓梁上相應(yīng)部位增設(shè)充水閥壓桿，抓梁放置在檢修平臺上，壓桿與平臺應(yīng)有足夠的安全距離。

3.2.4 充水閥行程要滿足尾水檢修閘門自動抓梁抓鉤和脫鉤的動作要求。

3.3 改造后的操作

巖灘水電站一期1～4 號機(jī)組尾水檢修閘門充水閥裝置主要構(gòu)件包含有充水閥、閥管、支承座和壓桿裝置。充水閥、閥管、支承座安裝在閘門上，壓桿裝置安裝在自動抓梁底部，壓桿裝置由支架、壓桿、限位軸、插銷組成（見圖1）。

圖1 巖灘水電站一期尾水檢修閘門充水閥裝置圖

3.3.1 掛鉤充水過程

①通過操縱壓桿裝置（見圖1）上的限位軸實現(xiàn)充水閥充水。當(dāng)需要充水時，將壓桿裝置上的限位軸向內(nèi)推入，并通過插銷固定；抓梁兩邊的限位梁也推入鎖座并固定（見圖2）。

圖 2 巖灘水電站一期尾水檢修閘門掛鉤示意圖

圖3 抓梁下落充水示意a

圖4 抓梁下落充水示意b

②抓梁下落，卡體滑過掛體頭部，當(dāng)掛體頂至滑桿時,抓梁掛鉤到位，此時壓桿也把充水閥頂至打開狀態(tài)（見圖3、圖4）。

③充水平壓后，抓梁提起，掛鉤過程完成，即可提升閘門（見圖5）。

3.3.2 落門脫鉤過程

①當(dāng)需要下放閘門時，把壓桿上的限位軸抽出，放在一側(cè)的套板內(nèi)固定，此時充水閥將壓桿頭頂至壓桿裝置上限位置。同時把抓梁兩邊的限位梁向閉開鎖座外拉出并固定，抓梁下落（見圖6、圖7）。

②當(dāng)閘門下放到底檻，抓梁繼續(xù)下降，掛體頭部將滑桿上頂至頭部頂觸梁體上翼緣時，抓梁即可停止下降，轉(zhuǎn)為提升，完成脫鉤（見圖8、圖9）。

圖5 抓梁上提示意圖

4 改造后效果

經(jīng)過對1～4 號機(jī)組尾水檢修閘門進(jìn)行增設(shè)充水閥改造，提高了設(shè)備操作的安全性，有效避免了尾水管排水閥反充水不穩(wěn)定和采用上游水源充水可能超壓的安全風(fēng)險。同時，提升了充水效率，以前的兩種充水方式操作復(fù)雜，需時約2 個小時左右，改造后充水時間約55 分鐘，有效的節(jié)省了充水時間。此外，還降低了檢修操作的工作量，改造后不需要另派人員對排水閥或上游水源閥門進(jìn)行操作，降低了檢修人員的工作量。

圖6 抓梁下落脫鉤示意a

圖7 抓梁下落脫鉤示意b

圖8 抓梁下落脫鉤示意c

圖9 抓梁上提脫鉤示意圖d

5 結(jié)語

2018 年初，針對巖灘水電站一期機(jī)組尾水管充水操作存在的安全隱患，進(jìn)行了專項技術(shù)攻關(guān)治理，在檢修閘門上增設(shè)了充水閥，項目于2018 年11 月10 日全部完成施工，通過年度機(jī)組檢修期的操作試驗，閘門關(guān)閉和充水平壓后開啟動作正常。在尾水管檢修閘門上增設(shè)充水閥，提高了機(jī)組尾水管充水操作的安全性，徹底消除了一期機(jī)組投運以來尾水管充水操作存在的安全隱患。本次技術(shù)改造思路簡單、容易實施、效率高，為同類型閘門的優(yōu)化改造提供了借鑒。