尼爾基溢洪道弧門動作可靠性分析

賀曦

（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

尼爾基溢洪道弧門動作可靠性分析

賀曦

（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

通過對尼爾基水利樞紐溢洪道金屬結構及機電設備的工作系統(tǒng)特點、運行維護特點進行分析，介紹了其開敞式泄洪弧門運行維護的主要技術和組織措施經驗，從泄洪弧門動作可靠性角度淺析對防汛工作的保障。

尼爾基水利樞紐；防汛；液壓啟閉機；可靠性；黑龍江

1　概　　況

尼爾基水利樞紐位于黑龍江和內蒙交界處，位于齊齊哈爾以北約130km，是嫩江干流上的重要控制性工程，承擔著下游城鎮(zhèn)、農田等的防洪、供水任務，樞紐水庫總庫容86.1億m3。安全防汛度汛是樞紐運行管理每年的重點工作，樞紐泄洪設施在汛期是否能可靠工作尤為重要，關系著樞紐及上下游流域的度汛安全。作為樞紐的主要泄洪設施，溢洪道弧門及其控制系統(tǒng)在汛前應具備可靠啟閉條件，在汛期泄洪期間應保障動作安全準確。

樞紐泄洪建筑物為開敞式溢洪道，共11孔，每孔裝有1扇12×（19～18.65）m弧形工作閘門及1臺2×2000kN液壓啟閉機，每孔弧門配1套液壓泵站及配電控制系統(tǒng)，11孔共用2扇12×（17～16.5）m平面檢修閘門和1臺2×800kN單向門機。

2　弧門控制系統(tǒng)配置特點

2.1配電系統(tǒng)

溢洪道配電系統(tǒng)的主要負荷是11孔弧門液壓啟閉機泵站及其電控系統(tǒng)。為保障供電可靠性，配電系統(tǒng)設兩段0.4kV母線7D和8D，2段母線電源分別取自樞紐發(fā)電廠10.5kV廠用電Ⅰ，Ⅱ段母線，經高壓輸電、變壓器降壓后供電；并設1臺500kW柴油發(fā)電機組作為溢洪道的保安電源，接入7D和8D母線；2段母線間設聯絡斷路器，能實現遠方控制和備用電源自動投入。11孔弧門泵站及其電控系統(tǒng)分別設現地動力屏，其電源分別取自7D和8D母線，由GLD型自動切換負荷開關切換。

正常運行時每孔負荷由1段母線供電，當該段電源失去時自動切換至備用電源側；電廠的10.5kV廠用電系統(tǒng)設有3段母線，其電源分別取自系統(tǒng)（Ⅰ，Ⅱ段）和地區(qū)電（Ⅲ段），地區(qū)電做為備用電源能立即切換帶失電側母線或全廠廠用電，從而保障溢洪道電源可靠性；僅當電廠提供電源全部失去時，溢洪道柴油發(fā)電機保安電源可應急投入帶負荷。

2.2液壓啟閉機及泵站系統(tǒng)

溢洪道弧門啟閉受液壓啟閉機控制，可實現準確可靠動作。液壓啟閉機及泵站系統(tǒng)具有以下功能特點。

弧門液壓啟閉機為雙作用擺動型，油缸布置采用后拉斜吊兩端鉸支方式，上、下支鉸均裝有球面自潤滑關節(jié)軸承，具有自動調心、對偏斜不敏感、受力均勻、承載力高的特點。油缸的進、回油管及管接頭采用軟管連接，滿足油缸搖擺與偏擺要求。油缸有桿腔（下腔）油口處裝有安全鎖定閥塊，能可靠鎖定弧門開啟至任意高度時的開度，同時可用于下腔的超壓保護，也可用于事故狀態(tài)下手動閉門。啟閉機液壓泵站配2套油泵電機組，可輪換工作，互為備用。液壓泵站除具有壓力和方向控制功能外，在左右油缸的有桿腔回路均設置雙向調速回路，可實現對啟閉門速度的調節(jié)，以保障弧門工作安全平穩(wěn)。并且在左右油缸的有桿腔回路還設置了旁路糾偏回路，可調節(jié)左右油缸的啟閉速度，使達到同步，避免發(fā)生弧門受力不均，運行卡死的情況。

2.3電控系統(tǒng)

溢洪道弧門電控系統(tǒng)可實現弧門啟閉全過程控制和弧門啟閉過程中各種工況參數的自動采集與監(jiān)視，以及故障報警和事故處理等功能。在動力電源回路液壓泵站兩臺油泵電機組均配置獨立的軟啟動器和旁路接觸器，完全實現互為備用功能，而旁路接觸器的使用提高了軟啟動器的使用壽命；在控制方式上有遠方集中控制、現地自動、現地手動方式，可以選擇切換并相互閉鎖，如在自動或遠方控制方式下，PLC故障則可用現地手動控制方式，提高了可靠性；在自動或遠方方式下，給定啟閉門指令后，PLC可自動啟泵，并執(zhí)行啟閉門操作，達到預置指令后自動停止；在啟閉門過程中，通過安裝在左右液壓缸上的行程檢測裝置，可全程連續(xù)檢測兩油缸行程，反映弧門開度，實現監(jiān)視和控制，當啟閉門不同步時，PLC可自動進行糾偏控制，實現同步運行；為保證弧門泄洪時的開度維持穩(wěn)定，PLC根據檢測到的弧門開度，當因油缸泄露等原因引起弧門沉降下滑超差時，則系統(tǒng)自動啟泵提升弧門至下滑前開度，同時報警；系統(tǒng)設有急停按鈕，緊急情況下可將弧門停止在任意開度，控制泵站停止工作。

3　工程運行面臨的環(huán)境因素和防汛要求

尼爾基水利樞紐地處位置屬寒溫帶，冬季寒冷干燥，歷時長達半年，測得尼爾基站多年平均氣溫1.5℃，極端最低氣溫-40.4℃，壩址河段一般11月中旬開始封江，多年平均封江期11月12日，穩(wěn)定封凍期平均為155d，次年4月中旬開江，多年平均開江期4月16日。樞紐每年6—9月進入汛期。按照防汛要求，每年5月15日前應完成溢洪道全部機電及金屬結構設備的檢修工作，具備弧門動作條件。

在漫長寒冷的冬季，工程運行面臨的主要問題就是如何防止弧門冰凍，并在要求時間前化解弧門后及液壓啟閉機等部位凍冰，使之能靈活可靠動作。

4　應對的技術措施

4.1防結冰措施

冬季尼爾基段的最大冰厚可達1.52m，長期結成的冰蓋隨著水位的下降會對弧門產生巨大的推力，會造成門葉變形或損壞。為了防止冰凍傷害，工程運行采用潛水泵防結冰方法。每孔弧門前檢修門槽區(qū)域正中下一臺潛水泵。水泵選用大流量、低揚程軸流離心泵；電源取自每孔弧門啟閉機泵房動力盤；采用繩索懸吊固定，可依據水面變化調整水泵潛深，繩索設有防打結裝置；潛深以運行時出水翻花波動足夠影響門槽寬為宜，如下的太深翻水周圍會結冰，如下的太淺，因庫水位下降會需要頻繁及時調整。水泵冬季不間斷運行，一般每年11月初下泵，次年4月初收泵。多年冬季以來，該防冰措施均取得良好效果。

4.2除冰措施

由于弧門水封會有一定的滲漏量，在冬季弧門漏水會在門后形成巨大積冰，主要分布在底坎后、溢流面、兩側水封后、液壓啟閉機活塞桿上等部位，積冰覆蓋堆積嚴重，需要在汛前采取措施除冰，以保證弧門動作條件。工程運行采用水泵沖冰措施。一般在每年4月中旬開始架設臨時水泵，使用水龍帶，固定沖水位置后沖冰，水泵型式采用小功率較大流量即可，受環(huán)境溫度和積冰厚度影響，每孔門沖冰需要2～7d時間。

4.3汛前檢修

在汛前，溢洪道設備檢修工作主要包括每孔弧門配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、弧門結構及密封、液壓啟閉機及泵站等設備設施的檢查與試驗。由于4月中旬氣溫才開始回暖，距離防汛要求的5月15日前具備動作條件的時間較短，而檢修工作部分作業(yè)耗時較多，主要是沖冰和提檢修門作業(yè)，如果當庫水位低于約211.6m時檢修門不能進行節(jié)間充水，故需要設水泵進行充水，此時充水效率低，耗時長。因此需要合理安排檢修工作各環(huán)節(jié)順序和配合。當一孔門沖冰結束后，即可落下檢修門，進行弧門動作試驗。檢修試驗期間，各項檢修工作均按照相關標準和規(guī)程進行，每孔門均經過相應動作試驗，使泄洪設備滿足防汛功能和時間要求。

5　組織措施

5.1巡檢維護

溢洪道設備巡視檢查分為日常巡檢和季節(jié)性巡檢2類。日常巡檢為每周1次，季節(jié)性巡檢為汛5.2汛期泄洪管理

期和冬季巡檢，每周3次。每次巡回檢查均做好巡回檢查記錄，一旦發(fā)現缺陷立即處理。冬季巡檢任務除常規(guī)項目外，主要對設備防寒防凍措施情況進行檢查，防止低溫冰凍等環(huán)境因素對設備設施造成影響，如巡檢時依水位及時調整防結冰水泵潛深。汛期巡檢任務主要是常規(guī)項目檢查，加強了巡檢頻次，保障設備能隨時投入泄洪。

在汛期泄洪期間，防汛、度汛各級成員和各工作小組能及時響應，嚴格執(zhí)行度汛措施，履行職責。松花江防汛抗旱指揮部下達弧門啟閉調度令，現場防汛指揮部下令后，弧門操作小組執(zhí)行操作。在泄洪期間，現場駐巡檢組24h值班，定時巡回弧門工作情況，做好數據記錄。對指令執(zhí)行情況和巡檢中發(fā)現的任何問題，及時反饋和匯報，按指令進行處理。

5.3存在問題

溢洪道設備自蓄水運行以來，已對各孔弧門水封進行了更換，更換后漏水量滿足要求；經過2013年泄洪動作后，發(fā)現1號孔弧門支鉸軸缺陷，后經鑒定，對11孔弧門支鉸軸進行了全部更換，新軸符合相關檢測標準。

6　結語

尼爾基水利樞紐管理從越冬和汛前檢修等方面來看，所采取的技術措施和組織措施，取得了實效，實現了汛前具備弧門啟閉條件，保障了弧門運用可靠性；從汛期泄洪度汛方面來看，溢洪道弧門液壓啟閉機及其控制系統(tǒng)等，功能完善，具備準確可靠動作條件，樞紐管理所執(zhí)行的泄洪度汛措施可以保障弧門泄洪動作期間的準確執(zhí)行和安全可靠?；￠T支鉸軸的更換完畢，消除了隱患，為日后泄洪安全提供了保障。尼爾基溢洪道弧門動作可靠性滿足防汛、度汛要求。

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2015-08-20