劉驍

摘 要：升船機(jī)是利用機(jī)械裝置升降船舶以克服航道上集中水位落差的通航建筑物，現(xiàn)已在我國(guó)內(nèi)河航道得到了廣泛的應(yīng)用。在升船機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在一些風(fēng)險(xiǎn)因素，會(huì)影響到它的正常運(yùn)營(yíng)?；诖?，以貴州的烏江沙坨水電站的升船機(jī)為例，分析該水電站升船機(jī)在運(yùn)行中存在隱患，并對(duì)提升升船機(jī)的安全運(yùn)行、設(shè)備可靠性等方面提出改善措施，為類(lèi)似風(fēng)險(xiǎn)防范提供參考。

關(guān)鍵詞：升船機(jī)；運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)；應(yīng)對(duì)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U642.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）05-0056-03

0 引言

當(dāng)前我國(guó)水電站行業(yè)的發(fā)展還是存在一定的問(wèn)題，比較突出的問(wèn)題便是升船機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。如果這些問(wèn)題得不到妥善解決，將會(huì)給人們的生活帶來(lái)極大的困擾。為了保障我國(guó)內(nèi)河正常運(yùn)行，需要及時(shí)解決水電站升船機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中遇見(jiàn)的問(wèn)題[1]。

1 項(xiàng)目概況

沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7 km處，是烏江干流的第九級(jí)梯級(jí)電站，距上游思林水電站約115 km，距下游彭水水電站約108 km，距烏江河口重慶涪陵區(qū)約255 km。電站總裝機(jī)容量1120 MW（4×280 MW），保證出力322.9 MW，多年平均發(fā)電量45.52億kW·h。電站樞紐由碾壓混凝土重力壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)、廠房、右岸垂直升船機(jī)等組成。

沙沱水電站工程規(guī)模為二等大（Ⅱ）型工程，它采用全平衡的鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式的垂直式升船機(jī)，該升船機(jī)上的主體設(shè)備主要包括了承船廂、主提升機(jī)、平衡重系統(tǒng)還有其他的輔助設(shè)備。自從沙坨水電站通航系統(tǒng)正式通行以來(lái)，該升船機(jī)的性能能夠滿足基本的要求。但是因?yàn)樵撋瑱C(jī)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)以及設(shè)備管理上存在的不足，導(dǎo)致該升船機(jī)在運(yùn)行中也存在著一些不穩(wěn)定的因素，這些因素也暴露出來(lái)了一些安全隱患。

提升通航系統(tǒng)的安全性，需要對(duì)其進(jìn)行存在的隱患進(jìn)行排查，并提出針對(duì)性的措施。本文通過(guò)闡述貴州烏江沙沱水電站升船機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題與風(fēng)險(xiǎn)，并據(jù)此提出相應(yīng)的解決措施。

2 升船機(jī)簡(jiǎn)介

2.1 升船機(jī)構(gòu)成

貴州烏江沙沱水電站電子升船機(jī)依次布置有上游引航道、上閘首、升船機(jī)主體建筑物、載水質(zhì)量約3 300 t的承船廂、下閘首和下游引航道。不計(jì)引航道長(zhǎng)度，升船機(jī)全線尺寸為55 m×10.8 m×1.6 m，本體段內(nèi)船廂池底板高程為281 m，寬17.6 m，長(zhǎng)70.1 m，本體段兩側(cè)邊墻高程96 m以下為混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)（內(nèi)有平衡重孔），以上為空心板梁結(jié)構(gòu)。本體段內(nèi)設(shè)備層高程為377.0 m，設(shè)備層的下游端為升船機(jī)控制室。設(shè)備層以上為排架結(jié)構(gòu)，設(shè)一橋機(jī)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行水平運(yùn)輸[2]。

升船機(jī)主要設(shè)備如下：①計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理和控制系統(tǒng)；②上、下閘首擋水門(mén)及其液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；③主提升系統(tǒng)、主拖動(dòng)控制系統(tǒng)及平衡重系統(tǒng)；④承船廂及其臥倒門(mén)、撐緊裝置，防撞梁及液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)，安全鎖錠裝置及鎖錠鋼梯；⑤擋水門(mén)對(duì)接鎖定裝置、密封框裝置、拉緊裝置，及臥倒門(mén)液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)，承船廂排水泵系統(tǒng)；⑥檢測(cè)系統(tǒng)；⑦消防系統(tǒng)；⑧工業(yè)電視及廣播系統(tǒng)；⑨集水井排水系統(tǒng)等。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

沙沱水電站升船機(jī)型式為全平衡鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式垂直升船機(jī)，設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.3 設(shè)計(jì)通航運(yùn)行條件

沙坨水電站升船機(jī)的上游最高通航水位（水庫(kù)正常蓄水位）365.00 m，上游最低通航水位（水庫(kù)死水位）353.50 m，下游最高通航水位300.38 m，下游最低通航水位289.62 m，最大通航設(shè)計(jì)水頭75.38 m。

最大出庫(kù)流量4 420 m3/s，相應(yīng)下游最高通航水位365.0 m，其中最大出庫(kù)流量4 420 m?/s為設(shè)計(jì)值，沙沱升船機(jī)已實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)閘最大出庫(kù)流量為2 000 m?/s，對(duì)應(yīng)水位約292.60 m。最小出庫(kù)流量228 m?/s，相應(yīng)下游最低通航水位289.62 m。

通航凈空尺度中，通航凈高9.6 m，通航凈寬12 m。上游引航道底高程350.5 m，上游引航道最小水深3 m，上游引航道最大水深14.5 m。下游引航道底高程286.62 m，下游引航道最小水深3 m，下游引航道最大水深13.76 m?？陂T(mén)區(qū)水面最大縱向流速≤2.4 m/s，最大橫向流速≤0.35 m/s，回流流速≤0.45 m/s影響[3]。

3 運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 升船機(jī)下閘首系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)

升船機(jī)下閘首的工作大門(mén)想要適應(yīng)下游通航水位300.38～289.62 m變化，對(duì)此可以通過(guò)8個(gè)鎖定位的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)下游的水位達(dá)到了通航的要求之后，就可以進(jìn)行下閘首與升船機(jī)船廂的對(duì)接。正常來(lái)說(shuō)，升船機(jī)的船廂的載荷水深為2.5±0.1 m。當(dāng)船廂與下游的水位進(jìn)行對(duì)接之后，電站發(fā)展負(fù)荷幅度調(diào)整、發(fā)電機(jī)的故障等因素都會(huì)影響到下游水位，進(jìn)而影響到船廂的水位產(chǎn)生變化，造成船舶擱淺。船廂水位產(chǎn)生變化之后，也會(huì)導(dǎo)致船廂和配重塊的重力不平衡，對(duì)安全制動(dòng)器裝置的制動(dòng)力造成影響。

當(dāng)前在貴州江沙沱水電站電子升船機(jī)會(huì)采用固定負(fù)荷的方式保證在下游水位對(duì)接的時(shí)候保證水位平穩(wěn)，但是機(jī)組跳閘甩負(fù)荷、電網(wǎng)故障出力突變?cè)斐傻南掠嗡煌唤登闆r發(fā)生的可能性是沒(méi)有辦法避免的[4]。

3.2 升船機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)

一方面是設(shè)備故障處理率低。試通航初期設(shè)備故障處理由施工單位負(fù)責(zé)，為了不影響運(yùn)行，對(duì)于故障多采用復(fù)位、屏蔽信號(hào)等方式處理，故障沒(méi)有及時(shí)、徹底消除，設(shè)備故障處理率低，大量故障重復(fù)發(fā)生，升船機(jī)經(jīng)常運(yùn)行中斷，導(dǎo)致船舶過(guò)機(jī)設(shè)備運(yùn)行歷時(shí)增加，降低了升船機(jī)運(yùn)行效率[5]。雖然升船機(jī)管理處接手后處理了一些故障和缺陷，但總的故障發(fā)生率還是比較高，還需要一定時(shí)間來(lái)進(jìn)行設(shè)備整改和消缺。

另一方面是設(shè)備設(shè)施維護(hù)率低。貴州烏江沙沱水電站升船機(jī)設(shè)備設(shè)施眾多，維護(hù)量大，試通航初期由施工單位負(fù)責(zé)維護(hù)，由于施工單位人力資源有限，也沒(méi)有意愿進(jìn)行全面系統(tǒng)地維護(hù)。設(shè)備設(shè)施維護(hù)率低，很多設(shè)備從安裝后就沒(méi)有進(jìn)行過(guò)維護(hù)保養(yǎng)，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行工況差，易出現(xiàn)問(wèn)題[6]。

3.3 工作人員隊(duì)伍建設(shè)存在不足

我國(guó)經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)展起來(lái)以后，水力發(fā)電行業(yè)開(kāi)始發(fā)展，在對(duì)升船機(jī)進(jìn)行管理的工作人員在技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)方面并不能單獨(dú)進(jìn)行作業(yè)，水電站的工作人員建設(shè)存在較多不足，為了改進(jìn)這種狀態(tài)需要及時(shí)進(jìn)行培訓(xùn)以保證升船機(jī)的安全運(yùn)行。如果對(duì)升船機(jī)進(jìn)行管理的工作人員并不進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)將會(huì)給該設(shè)備的運(yùn)行以及航運(yùn)事業(yè)帶來(lái)較大阻礙[7]。

4 加強(qiáng)水電站升船機(jī)運(yùn)行管理的建議和對(duì)策

4.1 升船機(jī)承船廂與下游對(duì)接安全措施

針對(duì)升船機(jī)的船廂和下游水位進(jìn)行對(duì)接的時(shí)候存在的問(wèn)題，結(jié)合貴州江沙沱水電站電子升船機(jī)的實(shí)際，運(yùn)行情況可以從以下兩方面進(jìn)行改善。

一是需要固定機(jī)組的負(fù)荷。在下閘首進(jìn)行對(duì)接的時(shí)間段內(nèi)，固定機(jī)組的負(fù)荷，確保不會(huì)導(dǎo)致下游水位出現(xiàn)較大變幅，確保通航的安全性及連續(xù)性。目前沙沱水電站工程是由貴州電網(wǎng)最主要的調(diào)峰調(diào)度單位，調(diào)峰任務(wù)較重，想要固定機(jī)組的負(fù)荷，至少要在通航前一周進(jìn)行申請(qǐng)，且固定負(fù)荷時(shí)間段要設(shè)置在每日9：00～11：00時(shí)及16：00～18：00。但長(zhǎng)期通過(guò)固定機(jī)組負(fù)荷來(lái)確保通航安全，會(huì)對(duì)電站負(fù)荷調(diào)整產(chǎn)生較大影響，所以該做法只適應(yīng)于當(dāng)前過(guò)壩船只較少時(shí)段。

二是在升船機(jī)下閘首的下游加裝上擋水閘門(mén)。沙沱水電站下閘首下游引航道全長(zhǎng)413.0 m，底高程286.62 m，依次布置有導(dǎo)航段、調(diào)順段及停泊段，寬度由12 m逐漸擴(kuò)大至38 m，并設(shè)有系船墩、隔流堤及導(dǎo)航墻等建筑物。下游引航道以下為口門(mén)區(qū)，口門(mén)區(qū)與下游主航道相接。在下游引航道的右側(cè)要各布置4個(gè)靠船墩，方面雙向運(yùn)行的船只在等待過(guò)閘停泊的時(shí)候使用，另外還可以下游引航道增設(shè)一道工作閘門(mén)，滿足全天正常通航與電網(wǎng)調(diào)峰互不干擾的要求。當(dāng)船只進(jìn)入引航道之后落下該閘門(mén)，避免機(jī)組負(fù)荷對(duì)下游對(duì)接時(shí)產(chǎn)生影響[8]。

4.2 調(diào)試和運(yùn)行期間的風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)控措施

承船廂與外部硬連接承船廂與外部硬連接情況如下：①承船廂與閘首擋水門(mén)對(duì)接鎖定未退到位。②撐（頂）緊裝置未退到位。③對(duì)接密封裝置未退到位。④齒輪與齒輪間有硬物。⑤安全鎖錠塊未退到位等情況，將對(duì)承船廂運(yùn)行造成嚴(yán)重?fù)p害。

在對(duì)升船機(jī)進(jìn)行檢修的時(shí)候，升船機(jī)的運(yùn)行人員需要應(yīng)檢修人員的要求，解除部分閉鎖條件。升船機(jī)運(yùn)行之后的檢修需要檢修人員針對(duì)這些部位的設(shè)備的狀態(tài)仔細(xì)檢查，全部合格、確認(rèn)安全性之后才能進(jìn)行承船廂的整體升降操作。

承船廂發(fā)生滑移，很多時(shí)候是承船廂沒(méi)有保證平衡，導(dǎo)致承船廂朝著較重的一邊進(jìn)行偏移，如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類(lèi)情況的話會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。

針對(duì)承船廂發(fā)生滑移的情況，可以采取的措施有如：①升船機(jī)操作規(guī)程明確規(guī)定，手動(dòng)操作不得松開(kāi)工作制動(dòng)和安全制動(dòng)。②局部自動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)，在順序控制程序中，只有制動(dòng)就位、升船機(jī)正常運(yùn)行后，工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器依次松開(kāi)。③主升程控制程序增加保護(hù)程序。若主拖動(dòng)系統(tǒng)未啟動(dòng)，二次制動(dòng)器從故障保護(hù)柜啟動(dòng)，確保車(chē)廂滑動(dòng)不會(huì)發(fā)生事故。

升降船下游最低通航水位為6 m，承船廂及下游對(duì)準(zhǔn)后，從船艙底部的最小船艙為0.3 m，船艙運(yùn)行速度12 m/min。如果主牽引系統(tǒng)故障不能正常減緩保護(hù)，就有底部事故的風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施有：設(shè)置主提升控制程序距目標(biāo)減速6 m，當(dāng)車(chē)廂向下12 m/min，目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，試驗(yàn)測(cè)量距目標(biāo)3 m，車(chē)廂速度降至6 m/min，繼續(xù)減速向下對(duì)位。這樣即使主阻力控制系統(tǒng)失控，操作者可根據(jù)底部速度發(fā)現(xiàn)第一站，執(zhí)行事故二次制動(dòng)保護(hù)，車(chē)廂有足夠的滑動(dòng)行程，也不會(huì)發(fā)生觸底事故[9]。

4.3 加強(qiáng)工作人員隊(duì)伍建設(shè)

對(duì)于管理升船機(jī)的工作人員需要加強(qiáng)其專(zhuān)業(yè)技能，雖然在水力發(fā)電方面，我國(guó)已經(jīng)取得較大進(jìn)步，但是與西方發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在差異。為了提高技術(shù)可以組織工作人員定期學(xué)習(xí)，如果資金足夠可以聘請(qǐng)國(guó)外的技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)或者開(kāi)展教學(xué)工作。由于在升降機(jī)操作管理方面缺乏豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，操作人員需要不斷探索和加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置培訓(xùn)，使每個(gè)操作人員能夠掌握升降機(jī)的安全操作風(fēng)險(xiǎn)，并迅速妥善處理，確保升降機(jī)的安全操作。為了保證工作人員定期開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)的效果可以采取考核制度，從而對(duì)工作人員的技術(shù)進(jìn)行考核，不能僅參加技術(shù)培訓(xùn)而不考慮培訓(xùn)結(jié)果。在選拔人才的過(guò)程中可以利用考試的形式來(lái)進(jìn)行職位晉升，只有具備專(zhuān)業(yè)技術(shù)的人才才能夠勝任對(duì)升船機(jī)的管理工作[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

升船機(jī)是水電站運(yùn)行中非常重要的設(shè)備，以沙沱水電站升船機(jī)為例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該升船機(jī)存在下閘首與升船機(jī)船廂對(duì)接風(fēng)險(xiǎn)、升船機(jī)設(shè)備故障及水電站工作人員隊(duì)伍建設(shè)不足等問(wèn)題，并針對(duì)性地提出了閘門(mén)系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)安全措施，調(diào)試和運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)控措施以及加強(qiáng)工作人員隊(duì)伍建設(shè)，從而有效保證升船導(dǎo)航系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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