龍潭水電站泄洪閘門應急開啟方案制定及實施

黃發濤，王 安，譚 嘯

(國家能源集團大渡河公司，四川 成都 610041)

1 電站概況

龍潭水電站位于四川汶川臥龍特區耿達鎮，是岷江一級支流漁子溪干流上的第四級電站，距成都115 km，為一引水式日調節電站。電站總裝機容量24 MW，大壩為混凝土壩，壩頂高程1 637.3 m，泄洪閘底坎高程1 622 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，啟閉機室底板高程為1 638.5 m。沖沙閘采取“Y”字形布置，壩前設置2個沖沙孔，1、2號沖沙孔尺寸分別為1 m×2.5 m和2 m×2.5 m，沖沙孔底板高程為1 621 m，匯至3號沖沙孔(尺寸為3 m×2.5 m)。壩高20.35 m，正常蓄水位1 636 m，水庫總庫容為37.96萬m3，是一座具有日調節功能的引水式電站，1996年8月3臺機組全部投產發電。

2 險情經過

2019年8月19日晚，電站處于正常發電狀態，三孔沖沙閘全開，泄洪閘處于關閉狀態。

2019年8月20日凌晨2點左右，壩址上游左岸約300 m處的磨子溝發生泥石流，電站進水口攔污柵前后壓差在5 min內達到10 m，電廠值班人員馬上啟動停機流程并停機，同時啟動泄洪閘閘門開啟模式，在1、2、3號泄洪閘分別開啟800、600、500 mm時，大壩失電，沖沙閘和泄洪閘被樹枝樹干和泥沙堵死，壩頂開始過流，最大過壩流量達到420 m3/s，水位超過壩頂高程4 m。

3 應急搶險提門方案制定

經原設計單位根據圖紙復核，啟閉機基座處梁板極限承載力140 t，胸墻底部懸臂梁尺寸為8 m×0.8 m，高程1 628.5 m，極限承載力為3×70 t，(三個支點分別為梁中心點、中心點兩側各1.75 m處)，經中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司復核，在庫區泥沙淤積滿的情況下，泄洪閘門的啟閉力為1 471～3 432 kN。據此，搶險工作組制定了3套提門方案，一是利用原設備恢復電源提門操作；二是利用應急操作機構，采用無電液壓方式開啟泄洪閘泄洪；三是應急操作機構提升+液壓千斤頂頂升聯合提門方案。

3.1 方案一：利用原設備恢復電源提門操作

采用柴油發電機提供電源，更換電機，電機參數與原設計保持一致，功率為7.5 kW，轉速690 r/min。利用壩頂2×25 t固定卷揚機，對2號泄洪閘孔進行提門操作。

3.2 方案二：利用應急操作機構，采用無電液壓方式開啟泄洪閘泄洪

應急操作機構特點：該裝置通過調速閥控制液壓泵式液壓馬達的轉速，達到按設定速度控制閘門啟閉，并能以一定速度控制閘門提升至指定位置，避免電站閘門系統因故障不能在規定的時間內關閉或開啟。該方案采用兩套液控應急操作器及其動力單元，一臺液控應急操作器與啟閉機電機的輸出軸連接，另一臺液控應急操作器與拆除手搖起升裝置后的減速器輸出軸相連，具體如圖1所示。無電液控應急操作器動力單元能提供充足的提門力，實現在無電源的條件下低速提升閘門，操作機構轉速在70～176 r/min范圍內可調，最大轉速為原電機額定轉速1/4。該方案通過逐步調整輸出扭矩，逐步增大提門力，在保護閘門起升機構完好的前提下，嘗試在其極限承載范圍內提升閘門。

圖1 無電液控應急操作器布置示意

3.3 方案三：應急操作機構提升+液壓千斤頂頂升

若采用應急操作機構，利用無電液壓的方式仍無法實現提門，則采取應急操作機構提升+液壓千斤頂頂升聯合實施的方案，并針對此方案提出了兩種措施:①將3臺液壓千斤頂放置于弧門底坎處，從閘門底部對閘門進行頂推操作。底坎高程1 622 m，而尾水水位1 623.4 m，高于底坎高程，因此，千斤頂在水下布置難度大、危險性高；即使布置成功，閘門提升后將形成過流面，千斤頂只能實施一個行程的頂推。②將3臺千斤頂布置在胸墻懸臂處，此高程與門楣頂部處于同一高程，胸墻懸臂寬度近1 m，相較措施一，頂升條件、安全性及可行性更優。比較兩措施，決定采用措施②。

液壓千斤頂頂升承載為“7”型梁結構(見圖2)，單件重約880 kg，共制作3件，制造廠內焊接為整體后運輸和吊裝至門楣處，現場再分別與閘門中部的3個縱隔板拼接在一起，將液壓千斤頂的頂推力傳遞至閘門上。因千斤頂行程為200 mm，故將“7”型梁的頂升高度制作為9個行程(1 800 mm)，以保證閘門開度。

圖2 “7”型梁結構

液壓千斤頂系統由千斤頂、液壓泵站、操作油管等設備組成，現場共計3臺千斤頂，由1臺液壓泵站集中操作。考慮到現場安全，將泵站布置在壩頂啟閉機室，通過30 m油管，將壓力同步傳遞至3臺千斤頂。在千斤頂底部放置一塊500 mm×500 mm×40 mm的鋼板，以增加千斤頂受力面積，另加工30塊500 mm×500 mm×20 mm調整墊板，以滿足千斤頂連續頂升的需要。100 t級千斤頂壓力調整為45.5 MPa，頂升力為686 kN，3臺千斤頂頂升力合計2 059 kN，固定卷揚機最大提升力為1 324 kN，總提升力為3 383 kN。頂升裝置布置如圖3所示。(這4個數據均需換算成單位kN)

圖3 設備布置示意

4 操作方案實施過程

4.1 方案一

電機啟動后，固定卷揚機運轉，鋼絲繩受力，閘門未動作，電機過載，提門操作不成功。

4.2 方案二

現場檢查減速機正常，將卷揚啟閉機無電液控應急操作器安裝就位，采用無電液壓方式提供動力，實施以下操作：

(1)經現場檢查，泄洪閘門、固定卷揚機、鋼絲繩等設備完好正常，具備提門操作條件。

(2)將兩臺應急操作機構分別與電機后出軸和減速器出軸處連接。

(3)采用無電液壓方式提供動力(首次壓力為4 MPa)，對應啟閉力為506 kN開啟泄洪閘閘門，閘門無動作。

(4)按照每次增加0.5 MPa壓力，逐步增壓至9 MPa，啟閉力為1 137 kN。提升過程中出現2臺操作機構壓力不均衡，左側操作機構壓力達到5 MPa，啟閉力達到635 kN，右側壓力達到9 MPa，啟閉力達到1 141 kN，2臺設備間的壓力差達4 MPa。因兩側受力不均勻，導致3號泄洪孔右側固定卷揚機卷筒發生串動，致使提門失敗。

4.3 方案三

該方案實施前，將應急操作機構動力單元壓力值設定為10.5 MPa，啟閉力達到1 328 kN，進行閘門提升操作，閘門無動作，因啟閉機基座處梁板極限承載力1 372 kN，且卷筒基座筋板輕微變形，故停止操作。

對卷筒基座加固后，開始對1號泄洪閘采取應急操作機構和液壓千斤頂聯合提升方案。為避免兩側動力單元出力不均勻，操作前特將動力單元壓力值調整至相等數值，待壓力值一致后再松開制動器啟動提門操作。具體流程如下:

(1)動力單元壓力值設定為8 MPa，對應啟閉力1 010 kN，啟動動力單元，松開制動器，2臺動力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門開啟120 mm，閘門開度為920 mm時，閘門未過流。

(2)動力單元壓力值設定為9 MPa，對應啟閉力1 137 kN，啟動動力單元，松開制動器，2臺動力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門開啟140 mm，閘門開度為1 060 mm時，閘門未過流，門楣處開始射水。

(3)動力單元壓力值設定為10 MPa，對應啟閉力1 265 kN，啟動動力單元，松開制動器，2臺動力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門開啟140 mm，閘門開度為1 200 mm時，閘門未過流。

(4)動力單元壓力值保持為10 MPa，對應啟閉力1 265 kN，啟動動力單元，松開制動器，2臺動力單元壓力一致，液壓千斤頂同步頂升，閘門開啟150 mm，閘門開度為1 350 mm時，閘門仍未過流，門楣處射水量加大，約30 min后閘門底部開始過流，流量約為88 m3/s，提門初步成功，繼續提升閘門時卡阻。

(5)經檢查，弧門面板與門楣間隙處有大量樹干(直徑約60～80 mm)，堵塞約為門楣的4/5，經處理后，閘門僅用應急操作機構將閘門提至全開位置。

5 結論及建議

(1)龍潭電站泥石流災后采用液壓千斤頂輔助無電液控應急操作器聯合提升方案應急提門，克服了現場電源中斷，壩前淤積和門葉卡阻嚴重等極端工況，成功實現開閘泄洪，是對水電水利工程應急提門技術的一種創新和突破。該方案安全可靠，便于現場實施，為后續類似應急搶險工程提供了借鑒和參考。

(2)本次應急提門過程中，由于對水庫內泥石流淤積、門葉卡阻情況不夠了解，以及對應急操作設備性能不熟悉，在3號閘門提升過程中出現2臺操作機構壓力不均衡，2臺設備間的壓力差達到4 MPa，導致3號孔右側固定卷揚機卷筒發生串動，提門未成功。建議在今后雙吊點啟閉機應急操作中，采用一套動力單元控制兩臺應急操作機構，保證應急操作機構壓力均衡，以實現同步提門。