熊劍鳴，姜 達，宋思雨

（1.國電金沙江旭龍（奔子欄）水電開發(fā)有限公司，四川 甘孜 674400；2.北京世紀合興起重科技有限公司，北京 102627）

大渡河沙坪二級水電站泄洪閘共有5臺液壓啟閉機，在啟閉閘門操作時依靠電動機驅(qū)動高壓泵產(chǎn)生的液體壓力來傳遞能量進行控制。液壓啟閉機主要由液壓動力系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分組成，通常包含液壓泵組、液壓閥組、液壓缸、油箱及連接管路；電動機、電氣柜及操作臺等多個部分。經(jīng)過液壓系統(tǒng)提供動力驅(qū)動液壓缸內(nèi)活塞體，帶動與活塞桿相連的閘門運動，實現(xiàn)閘門的開啟和關(guān)閉。液壓啟閉機設(shè)備機械部分運行的可靠性一般較高，出現(xiàn)故障的可能性較?。浑姎獠糠质芨鞣N因素的影響較大，如溫度、濕度、程序、電網(wǎng)穩(wěn)定性等，出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)相對較多。經(jīng)過多年運行，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場失電情況下存在運行安全隱患，同時在啟閉機電路、控制柜等出現(xiàn)故障時也無法實現(xiàn)操作，存在潛在風(fēng)險，需要增加應(yīng)急措施。

1 項目基本信息

1.1 啟閉機參數(shù)

啟門力：2×4 000 kN；啟門速度：0.58 m/min；數(shù)量：5臺。

1.2 液壓缸參數(shù)

工作油缸數(shù)量：2個；工作行程：10 840 mm；液壓缸內(nèi)徑：610 mm；活塞桿直徑：300 mm；有桿腔計算壓力：18.7 MPa。

1.3 應(yīng)急改造需求

對5臺液壓啟閉機增設(shè)應(yīng)急操作裝置。

2 應(yīng)急方案概述

2.1 應(yīng)急措施對比

通過對各種應(yīng)急措施功能的對比，確定適合的應(yīng)急措施。

（1）備用電源應(yīng)急措施。為啟閉機提供應(yīng)急備用電源，如發(fā)電機或儲能電池等。市電斷電時備用電源通過相變箱自動接入電源啟動柜，可滿足現(xiàn)場失電運行。但電源僅是啟閉機設(shè)備運行的要素之一，若啟閉機電動機、電氣元件、控制系統(tǒng)等出現(xiàn)故障，即使有工作電源，啟閉機也不能正常工作。

（2）雙動力系統(tǒng)應(yīng)急措施。啟閉機設(shè)置兩組電動機及液壓泵系統(tǒng)，一組作為工作系統(tǒng)，另一組作為備用系統(tǒng)，兩組系統(tǒng)可無擾自動切換。但在電源與電氣部件同時發(fā)生故障時、設(shè)備控制室涉水、閘門卡阻等特殊工況下，啟閉機系統(tǒng)還是有潛在失效風(fēng)險，不能正常工作。

（3）增設(shè)無電液控應(yīng)急操作器應(yīng)急措施。該應(yīng)急操作器配有柴油發(fā)動機提供動力，通過液壓泵產(chǎn)生高壓液流驅(qū)動液壓缸，安全可靠。突出特點為不需要高壓電源供電，無人員觸電風(fēng)險；應(yīng)急設(shè)備與啟閉機獨立，不干擾正常運行；應(yīng)急設(shè)備具有擴容啟門力功能，大負載時也可平穩(wěn)運行。

在對現(xiàn)有應(yīng)急措施進行對比分析的基礎(chǔ)上，確定選用增設(shè)無電液控應(yīng)急操作器的應(yīng)急措施。

表1 應(yīng)急措施對比

2.2 無電液控應(yīng)急操作器參數(shù)

無電液控應(yīng)急操作器型號及參數(shù)見表2所示。

表2 型號及參數(shù)

無電液控應(yīng)急操作器外形尺寸見表3所示。

表3 外形尺寸

2.3 應(yīng)急方案布局

2.3.1 固定式應(yīng)急布局

根據(jù)現(xiàn)場5臺液壓啟閉機分布情況，在綜合考慮資源調(diào)度、應(yīng)急時間、應(yīng)急操作、改造成本等方面的因素，對比分析后采用以下的應(yīng)急布局方案：

（1）1號液壓啟閉機單獨配備一臺無電液控應(yīng)急操作器，使用原啟閉機油箱；

（2）2號和3號啟閉機共用一臺無電液控應(yīng)急操作器，增設(shè)應(yīng)急油箱；

（3）4號和5號啟閉機共用一臺無電液控應(yīng)急操作器，增設(shè)應(yīng)急油箱。

圖1 固定式應(yīng)急布局示意圖

為了滿足應(yīng)急響應(yīng)時間、優(yōu)化資源調(diào)度、減少應(yīng)急改造的綜合需求，無電液控應(yīng)急操作器選擇安裝在臨近啟閉機的位置，應(yīng)急操作時優(yōu)先使用啟閉機原有油箱內(nèi)的液壓油。此種應(yīng)急方案中，1號啟閉機單獨安裝一臺無電液控應(yīng)急操作器，使用啟閉機的油箱進行應(yīng)急操作，充分利用原有的設(shè)備資源，可以滿足應(yīng)急要求。為兼顧資源調(diào)度及開閘順序優(yōu)化的考慮，2號和3號、4號和5號啟閉機分別共用一臺無電液控應(yīng)急操作器，并增設(shè)應(yīng)急油箱。無電液控應(yīng)急操作器安裝在兩臺啟閉機之間位置，并增設(shè)應(yīng)急油箱，有效地解決了吸油距離較長的問題。應(yīng)急油箱容積，滿足容納應(yīng)急操作時有桿腔和無桿腔的油量差儲油需求；同時降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，兼顧操作的便捷性。

圖2 實際安裝效果圖

2.3.2 移動式應(yīng)急布局

該方案使用一臺無電液控應(yīng)急操作器，移動式安裝，分別依次操作5臺液壓啟閉機。

圖3 移動式應(yīng)急布局示意圖

此種應(yīng)急方案布局改造成本較低，僅需一臺應(yīng)急操作器。但由于只能依次啟動一個閘門，應(yīng)急響應(yīng)時間較長，對于應(yīng)急快速響應(yīng)有較大的局限性。且每次都要搬運應(yīng)急操作器到相應(yīng)的啟閉機位置，連接相應(yīng)的管路后，才能夠進行應(yīng)急操作。操作相對復(fù)雜，對現(xiàn)場人員、搬運設(shè)施、轉(zhuǎn)運路徑等要求較高，在應(yīng)急情況下需要較好的資源調(diào)配。另本項目液壓啟閉機為雙缸形式，應(yīng)急操作時要符合雙缸同步要求。一臺應(yīng)急操作器移動分別支持5臺液壓啟閉機使用，要考慮兼容滿足每臺啟閉機雙缸同步的偏差，對于超差部分需要現(xiàn)場調(diào)整，操作難度較大，每次變化調(diào)整也需要花費較多的時間。

2.3.3 啟閉機與應(yīng)急操作器1∶1應(yīng)急方案

該方案為每臺液壓啟閉機配備一套應(yīng)急操作系統(tǒng)，固定式安裝?？?個閘門一次同時開啟，實現(xiàn)最快的應(yīng)急響應(yīng)時間。應(yīng)急操作時不需要移動設(shè)備。

圖4 啟閉機與應(yīng)急操作器1∶1應(yīng)急方案布局示意圖

2.3.4 安裝方案對比

固定式應(yīng)急方案比移動式應(yīng)急方案相對減少了應(yīng)急操作時間，也簡化了操作流程?？梢詽M足應(yīng)急時間約束，實現(xiàn)快速應(yīng)急反應(yīng)，解決了應(yīng)急時間的緊迫性需求。對于一臺應(yīng)急操作器移動方案，在應(yīng)急時需要逐個打開閘門，并且要按照開閘順序搬運應(yīng)急設(shè)備。所需要的時間是5次閘門開啟時間加上搬運時間（3號、1號、5號、2號、4號閘門間隔開啟）。使用固定式應(yīng)急布局方案后，可一次同時打開（1號、3號、5號閘門，且設(shè)備及人員不必進行任何轉(zhuǎn)移，隨后原地直接同時打開（2號、4號）閘門，較大地縮短了應(yīng)急啟門操作時間，也保障了操作的可靠性。在保證滿足應(yīng)急要求的條件下，固定式方案同時減少了應(yīng)急系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，降低了應(yīng)急操作難度，有利于人員及資源調(diào)度的優(yōu)化。由于每個應(yīng)急操作器固定連接相應(yīng)的液壓啟閉機，可以實現(xiàn)較好的性能匹配，實現(xiàn)啟閉機雙缸同步運行。有利于保護設(shè)備的使用壽命，降低日常維護及大修的成本。

固定式應(yīng)急方案比1:1配比應(yīng)急方案的應(yīng)急響應(yīng)時間略有增加，但在操作人員、改造投入、占用場地等方面相應(yīng)有所減少，綜合性能較佳，因此本次方案采用。

表4 不同應(yīng)急布局方案對比

2.4 應(yīng)急油箱容積核算

單個油缸有桿腔在全工作行程時所需油量：

單個油缸無桿腔在全工作行程時所需油量：

有桿腔和無桿腔的油量差：

每個液壓站有兩個油缸工作，一個液壓站的油量差為：

2號和3號液壓啟閉機共用一個1號應(yīng)急油箱，所需應(yīng)急油箱容量為：

4號和5號液壓啟閉機共用一個2號應(yīng)急油箱，所需應(yīng)急油箱容量與1號應(yīng)急油箱容量相同。

配備的1號和2號應(yīng)急油箱的容量：

應(yīng)急油箱容量滿足應(yīng)急操作時儲油需求。

3 應(yīng)急方案實施

此次改造液壓啟閉機增設(shè)HGYD-80-1無電液控應(yīng)急操作器，在原液壓啟閉機油箱上增設(shè)吸油管及快接，為應(yīng)急操作器供油；液壓啟閉機油箱回油管上增設(shè)三通、球閥及快接；同時，在液壓啟閉機有桿腔、無桿腔、控制管路上均應(yīng)增設(shè)球閥及快接。無電液控應(yīng)急操作器通過高壓管及快速接頭接入液壓啟閉機油箱及管路系統(tǒng)中，工作時與液壓啟閉機的液壓控制系統(tǒng)斷開而獨立工作。

應(yīng)急操作器安裝過程包括設(shè)備定位、現(xiàn)場焊管、排管、清除管內(nèi)雜質(zhì)、排氣、注油等多步工序?qū)崿F(xiàn)。在液壓啟閉機有桿腔、無桿腔、控制管上均增設(shè)球閥及快接，用于應(yīng)急操作器與液壓啟閉機的接通與隔離。應(yīng)急操作器通過高壓管及液壓接頭接入液壓啟閉機油箱及管路系統(tǒng)中，實現(xiàn)取油、建壓供油過程。應(yīng)急操作器工作時與液壓啟閉機的液壓控制系統(tǒng)斷開而獨立工作。

圖5 無電液控應(yīng)急操作器布局規(guī)劃示意圖

圖6 無電液控應(yīng)急操作器布局實施效果圖

4 應(yīng)急方案特性

4.1 應(yīng)急方案的安全性

本次應(yīng)急改造的方案，在應(yīng)急操作運行時依靠柴油機提供動力，實現(xiàn)全程無電操作，無漏電風(fēng)險。可避免突發(fā)事件來臨時電源導(dǎo)致的二次安全事故，有效保障人身安全。

4.2 應(yīng)急方案的可靠性

液壓啟閉機無電液控應(yīng)急操作器具有液壓鎖功能，閘門可長時間保持在某一位置。性能通過工程驗證，使用效果良好，滿足應(yīng)急要求。

4.3 應(yīng)急操作的穩(wěn)定性

啟閉機應(yīng)急操作器不使用時與啟閉機處于完全分離狀態(tài)，互不干擾。

4.4 應(yīng)急操作的靈活性

本次應(yīng)急改造方案中采用快速接插方式，便于安裝、維護、操作。使用時連接迅速、簡單（液壓啟閉機應(yīng)急操作器使用開關(guān)閥組）。在2號～5號啟閉機中，每個應(yīng)急操作器可順序依次起升兩個閘門。

4.5 應(yīng)急操作的便捷性

無電液控應(yīng)急操作器內(nèi)部依靠柴油機帶動液壓泵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓力，經(jīng)過高壓管路驅(qū)動液壓缸，運行平穩(wěn)。柴油機可電控啟動，操作方便。啟閉機應(yīng)急操作器運行速度快，完美替代手動機構(gòu)。

4.6 應(yīng)急操作的擴展性

本次應(yīng)急改造方案中無電液控應(yīng)急操作器可對現(xiàn)有啟閉機進行擴容，應(yīng)急啟升閘門。在閘門卡阻、變形等特殊工況下，可提供高壓輸出。滿足啟門力最大到130%的應(yīng)用。

4.7 應(yīng)急操作的高效性

本次應(yīng)急改造方案選用的應(yīng)急操作器，在閘門下降時無需外部輸入動力，依靠閘門的重力自動下落，應(yīng)急操作器內(nèi)部的液壓阻尼作用實現(xiàn)閘門平穩(wěn)運行，有效節(jié)約能源。無動力需求可以保證多個閘門同時落閘，實現(xiàn)快速應(yīng)急響應(yīng)，工作效率高。

5 應(yīng)急方案效果

通過應(yīng)急布局方案移動式及固定式的對比分析，確定固定式方案的特點及優(yōu)勢。固定式應(yīng)急改造實施后，通過應(yīng)急操作器對液壓啟閉機進行應(yīng)急開關(guān)閘門的操作，實現(xiàn)了規(guī)劃設(shè)計效果。使閘門在無電情況下，通過無電液控應(yīng)急操作器將閘門在需求時間內(nèi)完成應(yīng)急操作。通過實際操作驗證，HGYD系列無電液控應(yīng)急操作器具有高度的運行可靠性和實用性，特別在不能提供正常電源及控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，為閘門啟閉系統(tǒng)運行提供了較高的安全保障。本項目的實施，可為其他類似工程提供實踐參考及借鑒經(jīng)驗。