王宇觀，宋思雨，韓 超

（1.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京，100024；2.北京世紀合興起重科技有限公司，北京，102605）

0 引言

新中國成立以來，尤其是改革開放以后，我國水利水電工程如雨后春筍，開發(fā)數(shù)量多，建設速度快，在人民生活條件改善和清潔能源利用中起到了舉足輕重的作用。然而水利水電工程建設工藝復雜、技術要求高、工期緊、地質條件復雜等特點，使突發(fā)應急事件的風險居高不下，而“突發(fā)性”、“后果嚴重性”及“影響范圍廣”是水利水電工程突發(fā)應急事件的突出特點。特別是地震、山洪暴發(fā)后引發(fā)的泥石流等自然災害，嚴重時會直接造成水利水電工程失電、電纜折斷導致有電無法供應、電機損壞或配電柜失效等極端情況，閘門無法正常開啟泄洪，給電站泄洪設備和下游百姓帶來了巨大的風險。做好水利水電工程泄洪設備應急預案，保證大壩安全成為了首要工作。突發(fā)事件來臨時，水利水電工程閘門能否實現(xiàn)正常啟閉功能對當?shù)匕傩丈柏敭a安全有重要意義。

1 無電液控應急操作器

1.1 啟閉機設備現(xiàn)狀

在卷揚啟閉機機械部分、液壓啟閉機液壓油缸完好的情況下，無電液控應急操作器可正常操作應用。啟閉機常見故障分為機械部分和電氣部分，機械部分運行可靠性較高，一般不會出現(xiàn)故障，但電氣部分由于不穩(wěn)定因素較多，可靠性較低，極易出現(xiàn)電源故障、電動機故障、電氣元器件故障、電氣控制系統(tǒng)故障、液壓泵站故障及液壓元件故障。

當啟閉機出現(xiàn)電源故障時，通過柴油發(fā)電機、二次電源可以實現(xiàn)閘門的正常啟閉功能；但當出現(xiàn)電動機故障、電氣元器件故障、電氣控制系統(tǒng)故障、液壓泵站故障及液壓元件故障時，即使有柴油發(fā)電機、二次電源，仍無法使閘門實現(xiàn)正常啟閉功能。

無電液控應急操作器又稱應急閘門啟閉器，可實現(xiàn)上述情況下閘門的正常啟閉功能，二次電源、柴油發(fā)電機僅僅是電源供應備份，而無電液控應急操作器不僅是電源備份，還是閘門啟閉設備的操作備份。

1.2 應急操作器成果

北京世紀合興起重科技有限公司通過多年的調研、研究及試驗，并引進先進技術，研發(fā)出了MQHGTD系列卷揚啟閉機無電液控應急操作器、MQHGYD系列液壓啟閉機應急操作器和MQHGKD系列螺桿啟閉機應急操作器，能在啟閉機電源及備用電源、柴油發(fā)電設備、電動機、電氣元器件、電氣控制系統(tǒng)、液壓元器件出現(xiàn)故障以及極端天氣、自然災害造成大面積設備損壞等情況下，應急操作啟閉機設備，使啟閉機設備運行可靠性提高了一個臺階，是水利水電工程的重要安全保障。啟閉機應急操作器平時與啟閉機處于脫離狀態(tài)，對啟閉機的正常運行無任何影響，需要應急操作時與啟閉機連接。

圖1 卷揚啟閉機應急操作器安裝圖Fig.1 Installation of emergency operator in winding hoist

卷揚啟閉機應急操作器執(zhí)行啟閉閘門操作時無需電源。啟閉機與應急操作器連接時，在電機后出軸處連接手動離合器一端，另一端則與應急操作器的輸出軸連接。起升操作時，動力單元通過快速接頭經3條高壓管路與無電液控應急操作器連接，通過動力單元產生液壓油驅動應急操作器工作，從而驅動啟閉機平穩(wěn)開啟閘門；下降操作時，利用應急操作器的液壓阻尼系統(tǒng)，靠閘門自重勻速下降。

圖2 液壓啟閉機應急操作器示意圖Fig.2 Emergency operator of hydraulic hoist

液壓啟閉機應急操作器可不涉電啟閉閘門。在啟閉機泵站外側增加一個旁路，把原泵站油箱里的液壓油抽到應急操作器里加壓，通過原管路打入閘門油缸，實現(xiàn)啟閘功能；再通過原管路將閘門油缸里的液壓油返回到應急操作器降壓，打回原泵站油箱，實現(xiàn)落閘功能。

圖3 液壓啟閉機應急操作器安裝圖Fig.3 Installation of emergency operator in hydraulic hoist

2 應急操作器在龍?zhí)峨娬緫睋岆U中的應用

2.1 電站概況

龍?zhí)端娬疚挥谒拇ㄊ°氪ㄅP龍?zhí)貐^(qū)耿達鎮(zhèn)，是岷江一級支流漁子溪干流上的第四級電站，距成都115 km，為引水式日調節(jié)電站。電站總裝機容量24 MW，大壩為混凝土壩，壩頂高程1637.3 m，壩高20.35 m，正常蓄水位1636 m，水庫總庫容379600 m2，1996年8月3臺機組全部投產發(fā)電。泄洪閘底坎高程1622 m，三孔泄洪閘尺寸為8 m×6.5 m，閘門為弧形門，門重40 t，采用2×25 t固定卷揚機啟閉，啟閉機室底板高程1638.5 m。沖沙閘采取“Y”字形布置，壩前設置2個沖沙孔，1號、2號沖沙孔尺寸分別為1 m×2.5 m和2 m×2.5 m，沖沙孔底板高程1621 m，匯至3號沖沙孔，尺寸為3 m×2.5 m。

2.2 事故背景

2019年8月20日，汶川縣突發(fā)強降雨特大山洪泥石流災害，龍?zhí)端娬景l(fā)生漫壩險情。由于機房內滲水嚴重，淤泥已到壩下2 m位置，洪水位達壩上4 m，可能隨時發(fā)生潰壩失穩(wěn)。

此時，泄洪閘固定卷揚機已無法完成啟閉動作：結構上，金結專家考慮到泥沙、礫石和樹木的混合體介質在門前淤堵的情況，估算啟門力需達到3000～4000 kN，而水工專家計算得出啟閉機房大梁的承載力只有1440 kN；電氣上，由于啟閉機房嚴重泡水，閘首工作電源和備用電源全部失效，從現(xiàn)有設備考慮，泄洪閘已無法開啟泄洪。

2.3 工程應用

現(xiàn)場應急指揮部針對上述情況，決定采用由液壓千斤頂輔助無電液壓應急操作器驅動的弧門啟閉機，共同加載形成合力，提升閘門。

圖4 龍?zhí)端娬韭问鹿蔉ig.4 Dam overtopping accident of Longtan hydropower station

洪水稍退后，救援人員和設備通過汽車吊進入泄洪閘啟閉機房內，將無電液壓應急操作器安裝就位。拆掉泄洪閘固定卷揚式啟閉機電動機與減速器之間的聯(lián)軸器，將減速器的高速軸直接與無電液壓應急操作器輸出軸連接，利用無電液壓應急操作器轉動泄洪閘固定卷揚式啟閉機，進而開啟閘門泄洪。

2019年9月2日完成第一個千斤頂行程，閘門開度0.95 m，無電液控應急操作器驅動的弧門啟閉機提升力保持1160 kN，3個千斤頂加載3×700 kN，此時門楣頂部出水，但閘門底部未出水。第二個千斤頂行程閘門開度1.1 m，門楣先出水，但液壓千斤頂被水頭淹沒無法工作。此時經過無電液控應急操作器單獨進行多次閘門起升、下降操作，閘門前泥沙松動，大量沖出，現(xiàn)場險情有所緩解。底部出水后，頂部出水減小，實施第三個千斤頂行程，此時現(xiàn)場僅有1個千斤頂有條件加載700 kN，另外2個千斤頂由于水淹嚴重無法繼續(xù)工作，無電液控應急操作器提升力保持1160 kN，總提升力為1860 kN，泄流量增大。第四個千斤頂行程閘門開度1.35 m，僅有1個千斤頂加載500 kN，無電液控應急操作器提升力繼續(xù)保持1160 kN，總提升力為1660 kN。當天估計泄流量50 m3/s～60 m3/s，翻壩水流減小，壩前水位有所下降，國道已露出水面。搶險過程中，無電液控應急操作器充分發(fā)揮無漏電風險、連續(xù)作業(yè)、低轉速大扭矩及最大限度對現(xiàn)有啟閉機進行擴容等優(yōu)勢，達到原始容量2×250 kN的2.7倍，克服了災害帶來的種種困難，經過反復試提，使閘門前泥沙松動，成功過流。在破除1號閘門葉與門楣之間的淤堵樹木等雜物后，無電液控應急操作器驅動的弧門啟閉機單獨啟門，將閘門提至全開，完成應急提門任務，電站險情徹底解除。

2.4 應急操作器選型計算

四川龍?zhí)端娬緭岆U中，采用2×250 kN-15 m固定卷揚式啟閉機啟閉，其參數(shù)如表1所示。

應急操作器選型功率為：

圖5 液壓千斤頂輔助無電液控應急操作器方案示意圖Fig.5 Scheme of non-electric hydraulic control emergency op?erator assisted by hydraulic jacks

圖6 無電液控應急操作器在龍?zhí)稉岆U工程中的應用Fig.6 Application of non-electric hydraulic control emergency operator in Longtan emergency project

表1 固定卷揚式啟閉機參數(shù)Table 1 Parameters of fixed winding hoist

式中：P電機為電機功率，7.5 kW；SF為增容系數(shù)，1.15；P應急為應急選型功率。

根據(jù)選型功率選用HGTD-40無電液控應急操作器，其主要參數(shù)如表2所示。

表2 應急操作器主要參數(shù)Table 2 Main parameters of emergency operator

根據(jù)HGTD-40相關參數(shù)，計算得到啟升閘門速度為：V應急=V固卷×n應急/n固卷=1.5×176/705=0.3745 m/min，啟升速度約為原啟升速度的1/4。

3 結語

制定針對某一類突發(fā)風險隱患的專項應急預案，以及針對重點危險的現(xiàn)場處置方案，形成完善的應急預案體系，是突發(fā)事件來臨時快速響應的基礎。汶川龍?zhí)峨娬究朔щ姉l件，采用無電液控應急操作器成功實現(xiàn)開閘泄流，解除險情，是對水利水電工程應急提門的一項創(chuàng)新突破，方案安全可靠，便于現(xiàn)場實施，為后續(xù)類似應急搶險工作提供了借鑒和參考。