應急操作器在水電站泄洪閘門安全運行中的必要性

劉緒軍

（四川大唐國際甘孜水電開發有限公司，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境內，為大渡河干流規劃調整推薦22 級方案的第10 級電站，以單一發電為主。電站由水庫大壩、首部式地下引水發電系統、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，由于泄洪系統水工閘門使用具有季節性、使用頻率較低、啟閉機故障不易察覺等問題，容易出現事故。電站泄洪系統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，與原啟閉機實現互為備用的連接布局，且其中任一系統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，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的大型骨干工程之一，泄洪系統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，時有落石現象發生；并且電站場區地震基本烈度為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，從而影響液壓系統的正常工作。

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

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

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

（9）油溫過高：液壓系統中的油溫過高，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，部件會發生過量磨損，使部件的間隙增大，從而影響液壓系統的正常工作，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間，可提供系統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間，以提供最大的系統壓力驅動閘門油缸克服水工閘門啟門力和因異常卡阻疊加的阻力，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卡澀、阻塞等情況，減少了事故發生率。據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境

在遇到突發情況時，水電站現場往往伴隨著系統失電或電氣系統故障、液壓系統故障、門槽門框損壞、閘門超載等復雜情況，如出現以上任一情況則意味著原啟閉機系統的失效，此時在提高操作效率、安全性和改善工作環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放置于閘門底坎上，利用閘門的結構將重型千斤頂的輸出軸頂住閘門的門扇，然后加壓千斤頂頂開閘門，由于可能出現閘門底部已經過水情況，且重型千斤頂也有系統失效的風險，因此，此操作過程全程需要人員在危險環境中操作，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境，并且可以快速地采取措施，以避免事故的發生。

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。啟用備用柴油發電機后，發電量勉強可供一臺啟閉機使用，在電站人員緊張準備后，又發現由于泄洪閘門長期未使用，閘門門體重量達到了80 t，門體已經出現較為嚴重的銹蝕，初步判斷可能會出現卡阻現象。當用柴油發電機啟動啟閉機時，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水工閘門的安全運行中發揮著非常重要的作用，可以有效地減少事故的發生率，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境，減少工作人員的工作強度，預防和處理各種突發事件，確保泄洪系統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劃建設提供了可借鑒的案例。