水利水電工程失電情況下啟閉閘門應(yīng)急處置措施

賈海波，姜 達，韓 超

（1. 中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明650051；2.北京世紀(jì)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(shè)如雨后春筍，開發(fā)數(shù)量多，建設(shè)速度快，水利水電工程為我國的社會主義建設(shè)提供了大量的清潔能源。然而因水利水電工程建設(shè)工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高、工期緊、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點，使突發(fā)緊急事件的發(fā)生風(fēng)險居高不下，無征兆、后果嚴(yán)重及影響范圍廣是水利水電工程突發(fā)應(yīng)急事件的突出特點，這也是我們在使用其航運、發(fā)電、氣候調(diào)節(jié)、灌溉等經(jīng)濟社會效益的同時不得不面對的現(xiàn)實問題。特別是遇到不可控的自然災(zāi)害：如地震、山洪、泥石流、雷電、暴雨、臺風(fēng)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(shè)備及下游人民生命財產(chǎn)面臨巨大風(fēng)險，如何做好水利水電工程泄洪設(shè)備應(yīng)急預(yù)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(yīng)急操作器”簡介

2008年5月12日四川省汶川縣發(fā)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(qū)多座水電站發(fā)生電纜折斷，機房進水，柴油發(fā)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(fā)生潰壩險情，導(dǎo)致電站受損嚴(yán)重，對下游人民造成嚴(yán)重生命財產(chǎn)損失。受這次事件啟發(fā)，北京世紀(jì)合興起重科技有限公司通過多年調(diào)查、總結(jié)、試驗及研發(fā)，于2010年開發(fā)出一種“無電液控應(yīng)急操作器”。其產(chǎn)品特點是不涉電操作，通過液壓油路循環(huán)實現(xiàn)閘門的啟閉功能在突發(fā)事件發(fā)生時（如雷電、臺風(fēng)、洪水、地震等惡劣條件引發(fā)失電）不涉電啟閉閘門，作為應(yīng)急預(yù)案的應(yīng)急設(shè)備。

2 “無電液控應(yīng)急操作器”與傳統(tǒng)安保應(yīng)急設(shè)備的區(qū)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(wěn)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(tǒng)故障，液壓泵站故障以及液壓元件故障。

當(dāng)啟閉機出現(xiàn)電源故障時，柴油發(fā)電機、二次電源可以實現(xiàn)閘門啟閉；但當(dāng)出現(xiàn)電動機故障、電氣元器件故障、電氣控制系統(tǒng)故障、液壓泵站故障或液壓元件故障時，柴油發(fā)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(yīng)急操作器”均可實現(xiàn)閘門的正常啟閉。二次電源、柴油發(fā)電機僅作為電源供應(yīng)備份；而“無電液控應(yīng)急操作器”不僅是電源備份，還是閘門啟閉設(shè)備的操作備份。

3 “無電液控應(yīng)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(huán)實現(xiàn)；啟門時，使用自帶動力單元，通過油路循環(huán)實現(xiàn)；

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

（3）本產(chǎn)品非工作狀態(tài)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(yīng)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(yīng)急操作器動力單元可一對多個閘門，實現(xiàn)逐一起升功能，可連續(xù)作業(yè)；

（7）低轉(zhuǎn)速大扭矩最大限度的對現(xiàn)有啟閉機進行擴容，應(yīng)急啟升閘門；

（8）無電操作避免了漏電風(fēng)險，可防止電源引發(fā)的二次事故。

4 實際應(yīng)用案例

眾所周知，閘門啟閉機是保障水利水電調(diào)峰泄洪的關(guān)鍵設(shè)備。泄洪設(shè)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(chǎn)安全?！盁o電液控應(yīng)急操作器”自問世以來，已多次參與泄洪應(yīng)急搶險，全部實現(xiàn)開閘泄水并及時解除險情。

（1）在四川龍?zhí)端娬緭岆U上的應(yīng)用

2019年8月20日，四川省阿壩州汶川縣突發(fā)強降雨引發(fā)特大山洪泥石流災(zāi)害，龍?zhí)峨娬景l(fā)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(dāng)時機房內(nèi)最高水位達到30 cm，中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司金結(jié)專家考慮到由泥沙、礫石、樹木的混合體介質(zhì)導(dǎo)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(jié)論，啟閉機房大梁的承載力只有1 440 kN。

現(xiàn)場應(yīng)急指揮部決定采用“液壓千斤頂”輔助“無電液壓應(yīng)急操作器”驅(qū)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?zhí)峨娬粳F(xiàn)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(yīng)急操作器”驅(qū)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(jīng)“無電液控應(yīng)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(xiàn)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(xiàn)場僅有1個千斤頂可實現(xiàn)加載700 kN，另外2個千斤頂由于被水淹嚴(yán)重?zé)o法繼續(xù)工作，“無電液控應(yīng)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(yīng)急操作器”繼續(xù)保持1 160 kN，總提升力1 660 kN。當(dāng)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(yīng)急操作器”在被淹過的啟閉機房內(nèi)充分發(fā)揮無漏電風(fēng)險，連續(xù)作業(yè)，實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大扭矩，最大限度對現(xiàn)有啟閉機進行擴容等優(yōu)勢，達到原始容量2×250 kN的2.7倍，克服重重困難，經(jīng)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(yīng)急操作器”驅(qū)動的弧門啟閉機單獨啟門，閘門全開，電站轉(zhuǎn)危為安。應(yīng)急提門任務(wù)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(yīng)用“無電液控應(yīng)急操作器”在電氣控制柜出現(xiàn)問題的情況下驅(qū)動啟閉機實現(xiàn)導(dǎo)流洞下閘。

（3）鄭州市引黃灌溉龍湖調(diào)蓄工程2號出口閘驗收前的調(diào)試過程中開啟40 cm后因無法正常供電，造成閘門無法關(guān)閉底部持續(xù)過流，導(dǎo)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(diào)配2臺液壓啟閉機應(yīng)急操作器，1月13日到達現(xiàn)場，“無電液控應(yīng)急操作器”經(jīng)軟管及閥組連接液壓啟閉機執(zhí)行油缸和油箱，通過燃油機帶動液壓泵組，與液壓調(diào)控模塊配合，應(yīng)急控制執(zhí)行油缸動作，經(jīng)兩次下降和提升操作，沖走閘門兩側(cè)及底部樹枝及雜物，成功關(guān)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(guān)技術(shù)規(guī)范

相關(guān)國家規(guī)定對閘門啟閉機設(shè)備的安全運行提出了嚴(yán)格要求，做出了相關(guān)運行可靠性的必要規(guī)定，目前“無電液控應(yīng)急操作器”已被列入到以下相關(guān)規(guī)范中：

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

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

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

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

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

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

我國也陸續(xù)頒布實施了一些應(yīng)急管理方面的單行法，規(guī)范準(zhǔn)則等，“落實”是一項重要問題，因此，我們還要在相關(guān)規(guī)定的落實上多下功夫。

6 結(jié)論

制定針對某一類突發(fā)風(fēng)險隱患的專項應(yīng)急預(yù)案，針對重點危險的現(xiàn)場處置方案，形成完善的應(yīng)急預(yù)案體系，是突發(fā)事件來臨時可以快速響應(yīng)的理論基礎(chǔ)；湖南涔天河水庫在臨近竣工驗收階段由于持續(xù)降雨，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)故障，正是及時采用“無電液控應(yīng)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(fā)生；汶川龍?zhí)峨娬究朔щ姉l件，采用“無電液控應(yīng)急操作器”成功實現(xiàn)開閘泄流，解除險情，是對水利水電工程應(yīng)急提門的新思路、新突破，安全可靠，可操作性強，為類似應(yīng)急搶險工作提供了參考。

水利工程安全運行是經(jīng)濟、社會多方面的要求，泄洪設(shè)施啟閉設(shè)備的可靠性是水利工程安全的基礎(chǔ)之一，啟閉機“無電液控應(yīng)急操作器”在龍?zhí)端娬尽固旌铀畮斓裙こ躺系某晒?yīng)用，說明“無電液控應(yīng)急操作器”具有良好的實用性及普適性?！盁o電液控應(yīng)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(jīng)濟效益突出，應(yīng)用前景廣泛。啟閉機“無電液控應(yīng)急操作器”是電站、水庫閘門操作應(yīng)急預(yù)案中至關(guān)重要的應(yīng)急設(shè)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(guān)乎下游群眾的生命財產(chǎn)安全。只有牢固樹立“防范勝于救災(zāi)”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(yīng)急預(yù)案，“寧可十防九空，不可一次不防”，才能確保萬無一失。