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        應急操作器在水電站泄洪閘門安全運行中的必要性

        2023-11-16 01:39:18劉緒軍
        水電站機電技術 2023年10期
        關鍵詞:卡阻泄洪洞啟閉機

        劉緒軍

        (四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司,四川 甘孜 626001)

        1 引言

        長河壩水電站位于甘孜藏族自治州康定縣魚通鎮(zhèn)境內,為大渡河干流規(guī)劃調整推薦22 級方案的第10 級電站,以單一發(fā)電為主。電站由水庫大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)、2 條開敞式泄洪洞、1 條有壓深孔泄洪洞和1 條放空洞等建筑物組成,大壩為礫石土心墻堆石壩,大壩最大壩高240 m,水庫正常蓄水位1 690 m,電站安裝4 臺單機650 MW 水輪發(fā)電機組,總裝機容量2 600 MW。

        電站正常運行時采用1 條有壓深孔泄洪洞(1號)和2 條開敞式泄洪洞(依次為2 號、3 號泄洪洞)控制泄洪。工程設計洪水流量7 650 m3/s(1 號泄洪洞設計泄洪流量:3 370 m3/s,2 號、3 號泄洪洞設計泄洪流量:2 140 m3/s)。根據(jù)相關水文資料顯示,實測最大流量5 800 m3/s(1992-6-29,瀘定站),近幾年最大流量5 790 m3/s(2018-7-11,達50 年一遇),調查歷史最大流量7 170 m3/s(1904 年,瀘定站)。電站汛期運行水位一般控制在1 680~1 690 m 之間,在泄洪階段,參考近10 年汛期來水量情況,長河壩3孔泄洪洞金結設備在汛期必須保證能正常啟閉。然而,由于泄洪系統(tǒng)水工閘門使用具有季節(jié)性、使用頻率較低、啟閉機故障不易察覺等問題,容易出現(xiàn)事故。電站泄洪系統(tǒng)安全運行直接關系到電站的運行效益和安全,為了保障長河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行,研究及安裝應急操作器對于長河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門安全運行的影響和作用效果具有重要的意義[1,2]。

        2 應急操作器

        2.1 應急操作器的構成

        應急操作器是一種可以在緊急情況下快速控制水工閘門啟閉狀態(tài)的裝置,通常由以下幾個部分組成:

        (1)動力總成:動力總成是應急操作器的核心部分,包括柴油機、減速器和柱塞泵等,柴油機是應急操作器的動力來源,液壓泵則是提供液壓動力的關鍵部件。

        (2)液壓控制總成:液壓控制總成是應急操作器的控制核心,包括液壓油路塊、液壓閥等,液壓閥用于控制液壓系統(tǒng)的通斷和流量,當緊急情況下需要啟閉水工閘門時,可以通過液壓系統(tǒng)快速控制水工閘門油缸的伸縮和停止,從而控制水工閘門的啟閉。

        (3)保護外殼:保護外殼起到了阻隔操作人員的作用,保障了安全操作,其外觀整潔,各個窗口功能分區(qū)明確便于維護和操作。

        (4)油路接口:應急操作器的油路接口用于連接水工閘門的油缸接口,與原啟閉機實現(xiàn)互為備用的連接布局,且其中任一系統(tǒng)控制閘門時互不影響。

        2.2 應急操作器的使用方法

        應急操作器的使用方法簡單便捷。當水工閘門出現(xiàn)緊急情況時,操作人員可以通過應急操作器控制水工閘門的啟閉狀態(tài),確保水工閘門的安全運行。具體操作步驟見圖1。

        圖1 水工閘門應急操作步驟

        3 應急操作器在長河壩水電站水工閘門安全運行中的重要作用

        長河壩水電站是大渡河干流水電梯級近期開發(fā)的大型骨干工程之一,泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行是電站正常運行的重要保障。在緊急情況下,應急操作器的使用可以有效地保障泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行。

        3.1 水工閘門不能正常啟閉的原因

        一般情況下水工閘門的油缸負載是波動不大的,但是當遇到以下原因時會導致閘門及啟閉機不能正常啟閉運行,具體如下:

        (1)電源消失:長河壩泄洪洞進水口高邊坡超過300 m,時有落石現(xiàn)象發(fā)生;并且電站場區(qū)地震基本烈度為8 度,因自然原因引起的砸壞供電電源的風險較高。

        (2)操作不當:操作不當是造成水工閘門卡阻的常見原因之一。例如,操作速度過快、向上提起閘門時過猛等導致卡阻。

        (3)部件損壞:水工閘門的部件,如銷軸、螺絲、閥板等出現(xiàn)損壞或磨損;閘門變形(特別是在門槽和門框的連接處);門槽和門框不平整(會使閘門在操作過程中與門槽和門框產生摩擦)等;均可能導致啟閉力增加,致使閘門卡阻,不能正常運行。

        (4)泥沙、污物積累:在水工閘門的門槽、門框和閥板等部位,如果泥沙、污物積累過多,會導致閘門卡阻。

        (5)油液污染:油液中含有過多的污染物或雜質,會使油液的黏度降低,從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作。

        (6)密封件老化:密封件是保證液壓系統(tǒng)正常工作的關鍵部件,如果密封件老化或損壞,會使液壓系統(tǒng)的泄漏增加,從而降低系統(tǒng)的壓力。

        (7)系統(tǒng)泄漏:液壓系統(tǒng)中的各個部件之間都需要保持一定的密封性,如果某個部件出現(xiàn)泄漏,會使系統(tǒng)壓力降低。

        (8)壓力閥調整不當:壓力閥是控制液壓系統(tǒng)壓力的重要元件,如果壓力閥調整不當,會使系統(tǒng)壓力過低,從而影響啟閉機的啟閉力。

        (9)油溫過高:液壓系統(tǒng)中的油溫過高,會使油液的黏度降低,流動性變差,從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作,并且還會增加能量消耗,降低啟閉機的啟閉力。

        (10)過量磨損:啟閉機在長時間的使用過程中,部件會發(fā)生過量磨損,使部件的間隙增大,從而影響液壓系統(tǒng)的正常工作,降低啟閉機的啟閉力。

        (11)電氣元件損壞:啟閉機長期處在潮濕陰冷環(huán)境中,繼電器、電磁閥及控制回路電氣元件極易損壞。特別是油缸上的行程傳感器長期處在室外,日曬雨淋,更容易損壞。

        以上是致使閘門負載大大增加、系統(tǒng)壓力下降及元器件損壞等造成閘門不能正常啟閉運行的原因。

        3.2 應急操作器的特點

        (1)應急操作器動力源為柴油發(fā)動機,正常啟動時不需要外部電源。

        (2)應急操作器與原液壓啟閉機液壓及控制系統(tǒng)獨立,設備互不影響。

        (3)操作簡單,設備調試合格后,運行時設備自動糾偏。

        (4)應急操作器平時正常工作時,柴油機運行在額定功率轉速區(qū)間,可提供系統(tǒng)額定壓力驅動水工閘門油缸以額定啟門力起升閘門,當閘門遇到卡阻導致啟門力異常增加時,可調整柴油機油門,使柴油機轉速運行在最大扭矩區(qū)間,以提供最大的系統(tǒng)壓力驅動閘門油缸克服水工閘門啟門力和因異??ㄗ璇B加的阻力,保障閘門順利起升。

        3.3 安裝應急操作器的必要性

        (1)減少了事故發(fā)生率

        作為原啟閉機的備份,應急操作器可以完美替代原啟閉機的功能,在緊急情況下快速控制水工閘門的啟閉,避免了水工閘門啟閉過程中出現(xiàn)卡澀、阻塞等情況,減少了事故發(fā)生率。據(jù)了解已經安裝了應急操作器的水電站,使用應急操作器后,水工閘門事故的發(fā)生率明顯下降,電站的運行更加安全。

        (2)提高操作效率、安全性和改善工作環(huán)境

        在遇到突發(fā)情況時,水電站現(xiàn)場往往伴隨著系統(tǒng)失電或電氣系統(tǒng)故障、液壓系統(tǒng)故障、門槽門框損壞、閘門超載等復雜情況,如出現(xiàn)以上任一情況則意味著原啟閉機系統(tǒng)的失效,此時在提高操作效率、安全性和改善工作環(huán)境的前提下啟閉閘門則意義尤為重大。

        應急操作器液壓控制總成集成了包括閘門起升、下降和停止功能,由于應急操作器的介入,可在手動操作下完全代替原啟閉機,可在緊急情況下減少人為失誤,并且可以快速完成操作,從而提高閘門的操作效率。

        在原啟閉機失效閘門需要緊急起升時,應急人員首先需要將重型千斤頂平穩(wěn)放置于閘門底坎上,利用閘門的結構將重型千斤頂?shù)妮敵鲚S頂住閘門的門扇,然后加壓千斤頂頂開閘門,由于可能出現(xiàn)閘門底部已經過水情況,且重型千斤頂也有系統(tǒng)失效的風險,因此,此操作過程全程需要人員在危險環(huán)境中操作,且操作程序繁瑣,一旦水位高漲,應急人員會有生命危險。然應急操作器通常設置于壩面或啟閉機室內,無需操作人員進入到閘門底坎上,可以最大程度確保人員和設備的安全,改善了應急人員的工作環(huán)境,并且可以快速地采取措施,以避免事故的發(fā)生。

        4 實例分享

        某水電站由于連日暴雨,電站全場失電,需要緊急啟閉2 扇泄洪閘門,以避免洪水淹沒電站廠房。啟用備用柴油發(fā)電機后,發(fā)電量勉強可供一臺啟閉機使用,在電站人員緊張準備后,又發(fā)現(xiàn)由于泄洪閘門長期未使用,閘門門體重量達到了80 t,門體已經出現(xiàn)較為嚴重的銹蝕,初步判斷可能會出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。當用柴油發(fā)電機啟動啟閉機時,果不其然,閘門紋絲未動,啟門失敗。在這種緊急情況下,電站操作人員緊急采用了應急操作器進行控制,在加大柴油發(fā)電機功率后順利啟升了閘門,完成了泄洪任務,確保了電站的安全運行。

        由此可見,應急操作器的使用在保障水工閘門的安全運行中具有重要的作用。在實際應用中,應急操作器的操作步驟簡單明了,易于操作,完全可以勝任突發(fā)情況下水工閘門的安全運行。

        5 結語

        長河壩水電站泄洪系統(tǒng)3 孔泄洪閘門于2022年安裝了應急操作器,每年汛期前均對應急操作器帶閘門啟閉試驗,目前設備運行正常。應急操作器在長河壩水電站泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行中發(fā)揮著非常重要的作用,可以有效地減少事故的發(fā)生率,應對閘門卡阻、電源中斷、設備故障等,提高閘門的操作效率、安全性和改善工作環(huán)境,減少工作人員的工作強度,預防和處理各種突發(fā)事件,確保泄洪系統(tǒng)水工閘門的安全運行,更加保證了大壩及下游住戶安全。為今后國內外類似水利工程的規(guī)劃建設提供了可借鑒的案例。

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