水利水電工程失電情況下啟閉閘門應急處置措施

賈海波，姜 達，韓 超

（1. 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明650051；2.北京世紀合興起重科技有限公司，北京102600）

0 引言

中華人民共和國成立后，尤其是改革開放以來，我國水利水電工程建設如雨后春筍，開發數量多，建設速度快，水利水電工程為我國的社會主義建設提供了大量的清潔能源。然而因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，使突發緊急事件的發生風險居高不下，無征兆、后果嚴重及影響范圍廣是水利水電工程突發應急事件的突出特點，這也是我們在使用其航運、發電、氣候調節、灌溉等經濟社會效益的同時不得不面對的現實問題。特別是遇到不可控的自然災害：如地震、山洪、泥石流、雷電、暴雨、臺風等，會造成水利水電工程失電（電纜、電機或配電柜損壞），閘門無法正常開啟，使泄洪設備及下游人民生命財產面臨巨大風險，如何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電站安全運行的重中之重。

1 “無電液控應急操作器”簡介

2008年5月12日四川省汶川縣發生8.0級特大地震，部分河段因泥石流形成堰塞湖，造成該地區多座水電站發生電纜折斷，機房進水，柴油發電機失效等緊急情況，泄洪閘門無法正常啟閉，部分水電站發生潰壩險情，導致電站受損嚴重，對下游人民造成嚴重生命財產損失。受這次事件啟發，北京世紀合興起重科技有限公司通過多年調查、總結、試驗及研發，于2010年開發出一種“無電液控應急操作器”。其產品特點是不涉電操作，通過液壓油路循環實現閘門的啟閉功能在突發事件發生時（如雷電、臺風、洪水、地震等惡劣條件引發失電）不涉電啟閉閘門，作為應急預案的應急設備。

2 “無電液控應急操作器”與傳統安保應急設備的區別

啟閉機常見故障分為機械故障和電氣故障，機械部分運行可靠性較高故障率較低，但電氣部分由于不穩定因素較多，可靠性較低，故障率高，常見的有：電動機故障，電氣元器件故障，電氣控制系統故障，液壓泵站故障以及液壓元件故障。

當啟閉機出現電源故障時，柴油發電機、二次電源可以實現閘門啟閉；但當出現電動機故障、電氣元器件故障、電氣控制系統故障、液壓泵站故障或液壓元件故障時，柴油發電機，一次二次電源無法使閘門正常啟閉。

對于以上所述故障，“無電液控應急操作器”均可實現閘門的正常啟閉。二次電源、柴油發電機僅作為電源供應備份；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。

3 “無電液控應急操作器”特點

（1）啟閉機閉門時，不需要電源和任何外部動力，通過油路循環實現；啟門時，使用自帶動力單元，通過油路循環實現；

（2）啟閉機應急運行速度快，完美替代手搖機構（無電液控應急操作器可達到原電機額定速度的1/5～1/2）；

（3）本產品非工作狀態與啟閉機斷開，不影響啟閉機正常運行；

（4）“即插即用”，操作簡單；

（5）液壓啟閉機應急操作器有液壓鎖功能，閘門可長時間保持在某一位置；

（6）卷揚啟閉機應急操作器動力單元可一對多個閘門，實現逐一起升功能，可連續作業；

（7）低轉速大扭矩最大限度的對現有啟閉機進行擴容，應急啟升閘門；

（8）無電操作避免了漏電風險，可防止電源引發的二次事故。

4 實際應用案例

眾所周知，閘門啟閉機是保障水利水電調峰泄洪的關鍵設備。泄洪設施能否正常運行直接影響到大壩安全以及下游人民生命財產安全。“無電液控應急操作器”自問世以來，已多次參與泄洪應急搶險，全部實現開閘泄水并及時解除險情。

（1）在四川龍潭水電站搶險上的應用

2019年8月20日，四川省阿壩州汶川縣突發強降雨引發特大山洪泥石流災害，龍潭電站發生泥石流淤堵大壩過流險情。淤泥達到壩下2 m的位置，最高水位達到頂約4 m，搶險隊員進入機房后，仍有滲水的情況，當時機房內最高水位達到30 cm，中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司金結專家考慮到由泥沙、礫石、樹木的混合體介質導致門前淤堵的情況，估算弧形閘門需要啟門力達到3 000～4 000 kN。同時水工專家給出結論，啟閉機房大梁的承載力只有1 440 kN。

現場應急指揮部決定采用“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，提升閘門的方案。

圖1 8月22日無人機航拍龍潭電站現場照片

9月2日，完成第1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1 160 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2個千斤頂行程閘門開度1.1 m，門楣保持出水，但“液壓千斤頂”被淹沒無法工作。經“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，泥沙大量沖吐，現場險情有所緩解！底部出水后，門楣出水減少，才有條件實施第3個千斤頂行程。

圖2 提升閘門方案圖

進行第3個千斤頂行程，此時現場僅有1個千斤頂可實現加載700 kN，另外2個千斤頂由于被水淹嚴重無法繼續工作，“無電液控應急操作器”提升力保持1 160 kN，總提升力為1 860 kN，泄流量增大。第4個行程閘門開度1.35 m，唯一的千斤頂加載500 kN，“無電液控應急操作器”繼續保持1 160 kN，總提升力1 660 kN。當天估計泄流量50～60 m3/s。翻壩水流減小，壩前水位有所下降，此時過道已露出水面。搶險過程中“無電液控應急操作器”在被淹過的啟閉機房內充分發揮無漏電風險，連續作業，實現低轉速大扭矩，最大限度對現有啟閉機進行擴容等優勢，達到原始容量2×250 kN的2.7倍，克服重重困難，經多次試提，使閘門前泥沙松動壓力減小，成功過流，在破除1號閘門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，閘門全開，電站轉危為安。應急提門任務完成，電站險情解除（見圖3）。

圖3 1號閘門提門成功

（2）湖南涔天河水庫擴建工程是“十二”期間國家水利重點工程，湖南省水利一號工程，該工程在2016年12月30日應用“無電液控應急操作器”在電氣控制柜出現問題的情況下驅動啟閉機實現導流洞下閘。

（3）鄭州市引黃灌溉龍湖調蓄工程2號出口閘驗收前的調試過程中開啟40 cm后因無法正常供電，造成閘門無法關閉底部持續過流，導致下游市政工程和其他引黃工程不能正常施工。2020年1月10日，緊急調配2臺液壓啟閉機應急操作器，1月13日到達現場，“無電液控應急操作器”經軟管及閥組連接液壓啟閉機執行油缸和油箱，通過燃油機帶動液壓泵組，與液壓調控模塊配合，應急控制執行油缸動作，經兩次下降和提升操作，沖走閘門兩側及底部樹枝及雜物，成功關閉閘門，保證了下游市政工程和其他引黃工程安全。

5 列入相關技術規范

相關國家規定對閘門啟閉機設備的安全運行提出了嚴格要求，做出了相關運行可靠性的必要規定，目前“無電液控應急操作器”已被列入到以下相關規范中：

（1）SL74-2019《水利水電工程鋼閘門設計規范》第3.1.4強制條文。

（2）NB/T 10341.1-2019《水 電 工 程 啟 閉機 設計規范第一部分：固定卷揚啟閉機設計規范》第4.0.10條。

（3）NB/T10341.2-2019《水電工程啟閉機設計規范 第二部分：移動式閉機設計規范》第4.1.3條。

（4）NB/T10341. 3-2019《水電工程啟閉機設計規范 第三部分：螺桿啟閉機設計規范》第4.1.10條。

（5）NB/T10072-2018《抽水蓄能電站設計規范》第10.1.3條。

（6）SL722-2015《水工鋼閘門和啟閉機安全運行規程》第3.3.3條。

我國也陸續頒布實施了一些應急管理方面的單行法，規范準則等，“落實”是一項重要問題，因此，我們還要在相關規定的落實上多下功夫。

6 結論

制定針對某一類突發風險隱患的專項應急預案，針對重點危險的現場處置方案，形成完善的應急預案體系，是突發事件來臨時可以快速響應的理論基礎；湖南涔天河水庫在臨近竣工驗收階段由于持續降雨，導致電氣系統故障，正是及時采用“無電液控應急操作器”迅速連接啟動開閘泄水至正常水位，從而避免了事故的發生；汶川龍潭電站克服失電條件，采用“無電液控應急操作器”成功實現開閘泄流，解除險情，是對水利水電工程應急提門的新思路、新突破，安全可靠，可操作性強，為類似應急搶險工作提供了參考。

水利工程安全運行是經濟、社會多方面的要求，泄洪設施啟閉設備的可靠性是水利工程安全的基礎之一，啟閉機“無電液控應急操作器”在龍潭水電站、涔天河水庫等工程上的成功應用，說明“無電液控應急操作器”具有良好的實用性及普適性。“無電液控應急操作器”在正常情況下與啟閉機斷開，對啟閉機的正常運行無任何影響；緊急情況下“即插即用”，操作簡單，維護方便，進一步提高啟閉機可靠性，社會及經濟效益突出，應用前景廣泛。啟閉機“無電液控應急操作器”是電站、水庫閘門操作應急預案中至關重要的應急設備，也是電站、水庫泄洪或擋水的有力保障。

安全重于泰山，大壩的泄洪閘門能否及時順利啟閉，關乎下游群眾的生命財產安全。只有牢固樹立“防范勝于救災”的理念方能做到防患于未然。只有提高“以防為主”的憂患意識，共同努力將小概率事件降至零概率，提前做好應急預案，“寧可十防九空，不可一次不防”，才能確保萬無一失。