王宇觀，宋思雨，韓 超

（1.中國電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100024；2.北京世紀(jì)合興起重科技有限公司，北京，102605）

0 引言

新中國成立以來，尤其是改革開放以后，我國水利水電工程如雨后春筍，開發(fā)數(shù)量多，建設(shè)速度快，在人民生活條件改善和清潔能源利用中起到了舉足輕重的作用。然而水利水電工程建設(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(diǎn)，使突發(fā)應(yīng)急事件的風(fēng)險(xiǎn)居高不下，而“突發(fā)性”、“后果嚴(yán)重性”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(diǎn)。特別是地震、山洪暴發(fā)后引發(fā)的泥石流等自然災(zāi)害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接造成水利水電工程失電、電纜折斷導(dǎo)致有電無法供應(yīng)、電機(jī)損壞或配電柜失效等極端情況，閘門無法正常開啟泄洪，給電站泄洪設(shè)備和下游百姓帶來了巨大的風(fēng)險(xiǎn)。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首要工作。突發(fā)事件來臨時(shí)，水利水電工程閘門能否實(shí)現(xiàn)正常啟閉功能對(duì)當(dāng)?shù)匕傩丈柏?cái)產(chǎn)安全有重要意義。

1 無電液控應(yīng)急操作器

1.1 啟閉機(jī)設(shè)備現(xiàn)狀

在卷揚(yáng)啟閉機(jī)機(jī)械部分、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)液壓油缸完好的情況下，無電液控應(yīng)急操作器可正常操作應(yīng)用。啟閉機(jī)常見故障分為機(jī)械部分和電氣部分，機(jī)械部分運(yùn)行可靠性較高，一般不會(huì)出現(xiàn)故障，但電氣部分由于不穩(wěn)定因素較多，可靠性較低，極易出現(xiàn)電源故障、電動(dòng)機(jī)故障、電氣元器件故障、電氣控制系統(tǒng)故障、液壓泵站故障及液壓元件故障。

當(dāng)啟閉機(jī)出現(xiàn)電源故障時(shí)，通過柴油發(fā)電機(jī)、二次電源可以實(shí)現(xiàn)閘門的正常啟閉功能；但當(dāng)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)故障、電氣元器件故障、電氣控制系統(tǒng)故障、液壓泵站故障及液壓元件故障時(shí)，即使有柴油發(fā)電機(jī)、二次電源，仍無法使閘門實(shí)現(xiàn)正常啟閉功能。

無電液控應(yīng)急操作器又稱應(yīng)急閘門啟閉器，可實(shí)現(xiàn)上述情況下閘門的正常啟閉功能，二次電源、柴油發(fā)電機(jī)僅僅是電源供應(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。

1.2 應(yīng)急操作器成果

北京世紀(jì)合興起重科技有限公司通過多年的調(diào)研、研究及試驗(yàn)，并引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，研發(fā)出了MQHGTD系列卷揚(yáng)啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器、MQHGYD系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)應(yīng)急操作器和MQHGKD系列螺桿啟閉機(jī)應(yīng)急操作器，能在啟閉機(jī)電源及備用電源、柴油發(fā)電設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、電氣元器件、電氣控制系統(tǒng)、液壓元器件出現(xiàn)故障以及極端天氣、自然災(zāi)害造成大面積設(shè)備損壞等情況下，應(yīng)急操作啟閉機(jī)設(shè)備，使啟閉機(jī)設(shè)備運(yùn)行可靠性提高了一個(gè)臺(tái)階，是水利水電工程的重要安全保障。啟閉機(jī)應(yīng)急操作器平時(shí)與啟閉機(jī)處于脫離狀態(tài)，對(duì)啟閉機(jī)的正常運(yùn)行無任何影響，需要應(yīng)急操作時(shí)與啟閉機(jī)連接。

圖1 卷揚(yáng)啟閉機(jī)應(yīng)急操作器安裝圖Fig.1 Installation of emergency operator in winding hoist

卷揚(yáng)啟閉機(jī)應(yīng)急操作器執(zhí)行啟閉閘門操作時(shí)無需電源。啟閉機(jī)與應(yīng)急操作器連接時(shí)，在電機(jī)后出軸處連接手動(dòng)離合器一端，另一端則與應(yīng)急操作器的輸出軸連接。起升操作時(shí)，動(dòng)力單元通過快速接頭經(jīng)3條高壓管路與無電液控應(yīng)急操作器連接，通過動(dòng)力單元產(chǎn)生液壓油驅(qū)動(dòng)應(yīng)急操作器工作，從而驅(qū)動(dòng)啟閉機(jī)平穩(wěn)開啟閘門；下降操作時(shí)，利用應(yīng)急操作器的液壓阻尼系統(tǒng)，靠閘門自重勻速下降。

圖2 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)應(yīng)急操作器示意圖Fig.2 Emergency operator of hydraulic hoist

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)應(yīng)急操作器可不涉電啟閉閘門。在啟閉機(jī)泵站外側(cè)增加一個(gè)旁路，把原泵站油箱里的液壓油抽到應(yīng)急操作器里加壓，通過原管路打入閘門油缸，實(shí)現(xiàn)啟閘功能；再通過原管路將閘門油缸里的液壓油返回到應(yīng)急操作器降壓，打回原泵站油箱，實(shí)現(xiàn)落閘功能。

圖3 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)應(yīng)急操作器安裝圖Fig.3 Installation of emergency operator in hydraulic hoist

2 應(yīng)急操作器在龍?zhí)峨娬緫?yīng)急搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

2.1 電站概況

龍?zhí)端娬疚挥谒拇ㄊ°氪ㄅP龍?zhí)貐^(qū)耿達(dá)鎮(zhèn)，是岷江一級(jí)支流漁子溪干流上的第四級(jí)電站，距成都115 km，為引水式日調(diào)節(jié)電站。電站總裝機(jī)容量24 MW，大壩為混凝土壩，壩頂高程1637.3 m，壩高20.35 m，正常蓄水位1636 m，水庫總庫容379600 m2，1996年8月3臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。泄洪閘底坎高程1622 m，三孔泄洪閘尺寸為8 m×6.5 m，閘門為弧形門，門重40 t，采用2×25 t固定卷揚(yáng)機(jī)啟閉，啟閉機(jī)室底板高程1638.5 m。沖沙閘采取“Y”字形布置，壩前設(shè)置2個(gè)沖沙孔，1號(hào)、2號(hào)沖沙孔尺寸分別為1 m×2.5 m和2 m×2.5 m，沖沙孔底板高程1621 m，匯至3號(hào)沖沙孔，尺寸為3 m×2.5 m。

2.2 事故背景

2019年8月20日，汶川縣突發(fā)強(qiáng)降雨特大山洪泥石流災(zāi)害，龍?zhí)端娬景l(fā)生漫壩險(xiǎn)情。由于機(jī)房?jī)?nèi)滲水嚴(yán)重，淤泥已到壩下2 m位置，洪水位達(dá)壩上4 m，可能隨時(shí)發(fā)生潰壩失穩(wěn)。

此時(shí)，泄洪閘固定卷揚(yáng)機(jī)已無法完成啟閉動(dòng)作：結(jié)構(gòu)上，金結(jié)專家考慮到泥沙、礫石和樹木的混合體介質(zhì)在門前淤堵的情況，估算啟門力需達(dá)到3000～4000 kN，而水工專家計(jì)算得出啟閉機(jī)房大梁的承載力只有1440 kN；電氣上，由于啟閉機(jī)房嚴(yán)重泡水，閘首工作電源和備用電源全部失效，從現(xiàn)有設(shè)備考慮，泄洪閘已無法開啟泄洪。

2.3 工程應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮部針對(duì)上述情況，決定采用由液壓千斤頂輔助無電液壓應(yīng)急操作器驅(qū)動(dòng)的弧門啟閉機(jī)，共同加載形成合力，提升閘門。

圖4 龍?zhí)端娬韭问鹿蔉ig.4 Dam overtopping accident of Longtan hydropower station

洪水稍退后，救援人員和設(shè)備通過汽車吊進(jìn)入泄洪閘啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，將無電液壓應(yīng)急操作器安裝就位。拆掉泄洪閘固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器，將減速器的高速軸直接與無電液壓應(yīng)急操作器輸出軸連接，利用無電液壓應(yīng)急操作器轉(zhuǎn)動(dòng)泄洪閘固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，進(jìn)而開啟閘門泄洪。

2019年9月2日完成第一個(gè)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(dòng)的弧門啟閉機(jī)提升力保持1160 kN，3個(gè)千斤頂加載3×700 kN，此時(shí)門楣頂部出水，但閘門底部未出水。第二個(gè)千斤頂行程閘門開度1.1 m，門楣先出水，但液壓千斤頂被水頭淹沒無法工作。此時(shí)經(jīng)過無電液控應(yīng)急操作器單獨(dú)進(jìn)行多次閘門起升、下降操作，閘門前泥沙松動(dòng)，大量沖出，現(xiàn)場(chǎng)險(xiǎn)情有所緩解。底部出水后，頂部出水減小，實(shí)施第三個(gè)千斤頂行程，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)僅有1個(gè)千斤頂有條件加載700 kN，另外2個(gè)千斤頂由于水淹嚴(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1160 kN，總提升力為1860 kN，泄流量增大。第四個(gè)千斤頂行程閘門開度1.35 m，僅有1個(gè)千斤頂加載500 kN，無電液控應(yīng)急操作器提升力繼續(xù)保持1160 kN，總提升力為1660 kN。當(dāng)天估計(jì)泄流量50 m3/s～60 m3/s，翻壩水流減小，壩前水位有所下降，國道已露出水面。搶險(xiǎn)過程中，無電液控應(yīng)急操作器充分發(fā)揮無漏電風(fēng)險(xiǎn)、連續(xù)作業(yè)、低轉(zhuǎn)速大扭矩及最大限度對(duì)現(xiàn)有啟閉機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容等優(yōu)勢(shì)，達(dá)到原始容量2×250 kN的2.7倍，克服了災(zāi)害帶來的種種困難，經(jīng)過反復(fù)試提，使閘門前泥沙松動(dòng)，成功過流。在破除1號(hào)閘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(dòng)的弧門啟閉機(jī)單獨(dú)啟門，將閘門提至全開，完成應(yīng)急提門任務(wù)，電站險(xiǎn)情徹底解除。

2.4 應(yīng)急操作器選型計(jì)算

四川龍?zhí)端娬緭岆U(xiǎn)中，采用2×250 kN-15 m固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，其參數(shù)如表1所示。

應(yīng)急操作器選型功率為：

圖5 液壓千斤頂輔助無電液控應(yīng)急操作器方案示意圖Fig.5 Scheme of non-electric hydraulic control emergency op?erator assisted by hydraulic jacks

圖6 無電液控應(yīng)急操作器在龍?zhí)稉岆U(xiǎn)工程中的應(yīng)用Fig.6 Application of non-electric hydraulic control emergency operator in Longtan emergency project

表1 固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)參數(shù)Table 1 Parameters of fixed winding hoist

式中：P電機(jī)為電機(jī)功率，7.5 kW；SF為增容系數(shù)，1.15；P應(yīng)急為應(yīng)急選型功率。

根據(jù)選型功率選用HGTD-40無電液控應(yīng)急操作器，其主要參數(shù)如表2所示。

表2 應(yīng)急操作器主要參數(shù)Table 2 Main parameters of emergency operator

根據(jù)HGTD-40相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得到啟升閘門速度為：V應(yīng)急=V固卷×n應(yīng)急/n固卷=1.5×176/705=0.3745 m/min，啟升速度約為原啟升速度的1/4。

3 結(jié)語

制定針對(duì)某一類突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)隱患的專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，以及針對(duì)重點(diǎn)危險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)快速響應(yīng)的基礎(chǔ)。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(shí)現(xiàn)開閘泄流，解除險(xiǎn)情，是對(duì)水利水電工程應(yīng)急提門的一項(xiàng)創(chuàng)新突破，方案安全可靠，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，為后續(xù)類似應(yīng)急搶險(xiǎn)工作提供了借鑒和參考。