沙坪二級電站移動無電應急裝置改固定式分析

熊劍鳴，姜 達，宋思雨

（1.國電金沙江旭龍（奔子欄）水電開發有限公司，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動高壓泵產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和電氣控制系統兩部分組成，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。經過液壓系統提供動力驅動液壓缸內活塞體，帶動與活塞桿相連的閘門運動，實現閘門的開啟和關閉。液壓啟閉機設備機械部分運行的可靠性一般較高，出現故障的可能性較??；電氣部分受各種因素的影響較大，如溫度、濕度、程序、電網穩定性等，出現故障的環節相對較多。經過多年運行，發現在現場失電情況下存在運行安全隱患，同時在啟閉機電路、控制柜等出現故障時也無法實現操作，存在潛在風險，需要增加應急措施。

1 項目基本信息

1.1 啟閉機參數

啟門力：2×4 000 kN；啟門速度：0.58 m/min；數量：5臺。

1.2 液壓缸參數

工作油缸數量：2個；工作行程：10 840 mm；液壓缸內徑：610 mm；活塞桿直徑：300 mm；有桿腔計算壓力：18.7 MPa。

1.3 應急改造需求

對5臺液壓啟閉機增設應急操作裝置。

2 應急方案概述

2.1 應急措施對比

通過對各種應急措施功能的對比，確定適合的應急措施。

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

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

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

在對現有應急措施進行對比分析的基礎上，確定選用增設無電液控應急操作器的應急措施。

表1 應急措施對比

2.2 無電液控應急操作器參數

無電液控應急操作器型號及參數見表2所示。

表2 型號及參數

無電液控應急操作器外形尺寸見表3所示。

表3 外形尺寸

2.3 應急方案布局

2.3.1 固定式應急布局

根據現場5臺液壓啟閉機分布情況，在綜合考慮資源調度、應急時間、應急操作、改造成本等方面的因素，對比分析后采用以下的應急布局方案：

（1）1號液壓啟閉機單獨配備一臺無電液控應急操作器，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急操作器，增設應急油箱；

（3）4號和5號啟閉機共用一臺無電液控應急操作器，增設應急油箱。

圖1 固定式應急布局示意圖

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

圖2 實際安裝效果圖

2.3.2 移動式應急布局

該方案使用一臺無電液控應急操作器，移動式安裝，分別依次操作5臺液壓啟閉機。

圖3 移動式應急布局示意圖

此種應急方案布局改造成本較低，僅需一臺應急操作器。但由于只能依次啟動一個閘門，應急響應時間較長，對于應急快速響應有較大的局限性。且每次都要搬運應急操作器到相應的啟閉機位置，連接相應的管路后，才能夠進行應急操作。操作相對復雜，對現場人員、搬運設施、轉運路徑等要求較高，在應急情況下需要較好的資源調配。另本項目液壓啟閉機為雙缸形式，應急操作時要符合雙缸同步要求。一臺應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場調整，操作難度較大，每次變化調整也需要花費較多的時間。

2.3.3 啟閉機與應急操作器1∶1應急方案

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

圖4 啟閉機與應急操作器1∶1應急方案布局示意圖

2.3.4 安裝方案對比

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

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

表4 不同應急布局方案對比

2.4 應急油箱容積核算

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號應急油箱，所需應急油箱容量為：

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

配備的1號和2號應急油箱的容量：

應急油箱容量滿足應急操作時儲油需求。

3 應急方案實施

此次改造液壓啟閉機增設HGYD-80-1無電液控應急操作器，在原液壓啟閉機油箱上增設吸油管及快接，為應急操作器供油；液壓啟閉機油箱回油管上增設三通、球閥及快接；同時，在液壓啟閉機有桿腔、無桿腔、控制管路上均應增設球閥及快接。無電液控應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中，工作時與液壓啟閉機的液壓控制系統斷開而獨立工作。

應急操作器安裝過程包括設備定位、現場焊管、排管、清除管內雜質、排氣、注油等多步工序實現。在液壓啟閉機有桿腔、無桿腔、控制管上均增設球閥及快接，用于應急操作器與液壓啟閉機的接通與隔離。應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中，實現取油、建壓供油過程。應急操作器工作時與液壓啟閉機的液壓控制系統斷開而獨立工作。

圖5 無電液控應急操作器布局規劃示意圖

圖6 無電液控應急操作器布局實施效果圖

4 應急方案特性

4.1 應急方案的安全性

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

4.2 應急方案的可靠性

液壓啟閉機無電液控應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，滿足應急要求。

4.3 應急操作的穩定性

啟閉機應急操作器不使用時與啟閉機處于完全分離狀態，互不干擾。

4.4 應急操作的靈活性

本次應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（液壓啟閉機應急操作器使用開關閥組）。在2號～5號啟閉機中，每個應急操作器可順序依次起升兩個閘門。

4.5 應急操作的便捷性

無電液控應急操作器內部依靠柴油機帶動液壓泵旋轉產生壓力，經過高壓管路驅動液壓缸，運行平穩。柴油機可電控啟動，操作方便。啟閉機應急操作器運行速度快，完美替代手動機構。

4.6 應急操作的擴展性

本次應急改造方案中無電液控應急操作器可對現有啟閉機進行擴容，應急啟升閘門。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%的應用。

4.7 應急操作的高效性

本次應急改造方案選用的應急操作器，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，應急操作器內部的液壓阻尼作用實現閘門平穩運行，有效節約能源。無動力需求可以保證多個閘門同時落閘，實現快速應急響應，工作效率高。

5 應急方案效果

通過應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勢。固定式應急改造實施后，通過應急操作器對液壓啟閉機進行應急開關閘門的操作，實現了規劃設計效果。使閘門在無電情況下，通過無電液控應急操作器將閘門在需求時間內完成應急操作。通過實際操作驗證，HGYD系列無電液控應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出現故障的情況下，為閘門啟閉系統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驗。