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浅谈水电站泄洪闸门启闭机故障原因分析和处理

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：姚越童

[导读] 摘要：水电站泄洪闸门的主要作用是防洪调度与控制水位。在信息水平高速发展的新时期下，随着计算机、互联网技术的不断进步，泄洪闸门的自动化程度也越来越高，很多水电站都已经实现了“远程集控、无人值守”的操作，这给泄洪闸门启闭机的安全性提出了更高要求。

        （大唐观音岩水电开发有限公司 617000）
        摘要：水电站泄洪闸门的主要作用是防洪调度与控制水位。在信息水平高速发展的新时期下，随着计算机、互联网技术的不断进步，泄洪闸门的自动化程度也越来越高，很多水电站都已经实现了“远程集控、无人值守”的操作，这给泄洪闸门启闭机的安全性提出了更高要求。本文以某水电站为例，分析了泄洪闸门启闭机的故障原因，并探讨了处理措施。
        关键词：水电站；泄洪闸门；启闭机；故障原因；解决方案
        夏天是大雨、暴雨的多发季节，很多山区河流因降雨的原因而河水暴涨，造成泥石流和山体滑坡等灾害。特别是金沙江中上游流域，汛期和枯期江水起落变化明显。这种情况下，很容易导致电网解列，电站出现停机、用电中断、超汛限水位运行等问题。故障发生后，江水无法经取水口而进入机组、尾水这一途径流向下游，取水口的闸坝前库区和引水渠道的沿线水位会在短时间内暴涨，如果泄洪闸门不能在第一时间开启，随之有可能发生闸门门顶和大坝坝顶翻水，很快，闸坝上游两岸的防洪堤堤顶与进水渠道的两侧堤顶也开始翻水。洪水一旦翻过混泥土坝与堆石坝，很快就会冲走坝堤后背坡的填充物，然后冲刷坝堤的基础，导致大坝、河堤迅速溃决，对大坝、厂房安全以及下游城市防洪造成巨大损失。鉴于洪水灾害的严重性、危害性，分析水电站泄洪闸门启闭机的故障，保障启闭机运行的安全、可靠显得格外重要。
        1.水电站工程介绍
        该电站位于云南省丽江市华坪县（左岸）与四川省攀枝花市（右岸）交界位置的金沙江中游河段之上，是金沙江中游河段规划八个梯级电站最为末端的一个梯级。上游与鲁地拉电站相衔接，电站距云南省会昆明市直线距离大约为220m，距离四川省攀枝花市直线距离约27km，距云南省丽江市直线距离大约为140km，电站以发电为主，兼顾下游位置的攀枝花市城市防洪任务。本电站装机5台，单机容量600MW，总装机容量3000MW。电站按照无人值班（少人值守）的方式完成设计。本电站开发的主要任务是发电，电站建设完成以后可以发展旅游、水产养殖以及库区内航运等综合利用效益。电站的基本特性如下表所示：
        表1.1 电站基本特性表

        该水电站是结合了发电、防洪、城市供水等综合功能的大型水利枢纽工程，总库容22.63亿m3，调节库容3.83亿m3。库区气候属亚热带金沙江河谷燥热气候类型气候，多年平均气温19.8℃，多年平均降雨量1078.lmm。
        挡水建筑物由左岸、河中碾压混凝土重力坝和右岸粘土心墙堆石坝组成，为混合坝，坝顶总长1158m，其中混凝土坝部分长838.035m，心墙堆石坝部分长319.965m。混凝土坝坝顶高程为1139.00m，心墙堆石坝坝顶高程为1141.00m，两坝型间的坝顶通过5%的坡相连。碾压混凝土重力坝部分最大坝高为159m，心墙堆石坝部分最大坝高71m。
        泄洪冲沙建筑物主要由：岸边溢洪道、导流明渠溢洪道、双泄中孔及左岸冲沙底孔组成。岸边溢洪道布置在右岸台地内侧，为4孔开敞式溢洪道，堰顶高程1113m，孔口尺寸为13m×21m(宽×高)，溢流坝段总宽为75m，坝后分两槽布置，采用挑流消能方式。导流明渠溢洪道利用45m的导流明渠布置，溢流表孔为3-9m×18m，堰顶高程为1116.00m，下游采用跌坎底流消能方式，跌坎高6m，坝后消力池宽45m，长168m，池底高程为1010.00m，底板厚5m，消力坎顶高程为 1031.00m。在厂房坝段与导流明渠坝段间布置了进口高程为1045.00m，孔口尺寸为 2-5m×9m(宽×高)的双泄中孔。厂房左侧布置了进口高程为1040.00m，孔口尺寸为1-4m×4m(宽×高)的左冲沙底孔。
        由于受地形影响，本地区气候在水平和垂直方向上差异很大，立体气候明显。冬半年主要受青藏高原南支西风环流的影响，天气晴朗干燥，降雨少；夏半年西南暖湿气团加强，沿河谷溯源入侵，形成降雨，故汛期雨量多，强度大。且汛期6月～10月径流所占年径流的比重在74.1％～75.9％范围内变化。故泄洪系统可靠性尤为重要。
        2.泄洪闸门启闭机的技术参数与问题分析
        该电站泄洪冲沙系统由4条岸边溢洪道表孔、3条明渠溢洪道表孔、1条左岸冲沙底孔、2条右岸泄洪中孔组成。其中岸边溢洪道表孔和明渠溢洪道表孔为弧形闸门。每扇弧门均采用一套（双吊点双缸）上翘式液压启闭机操作，每套启闭机配置一套泵站，每套泵站设两台互为备用的油泵电动机组，其控制方式按现地手动、现地自动和远方自动三种方式进行设计。启闭设备设置工作、备用双电源，另配有柴油发电机作为应急电源。泵站室布置在闸墩上，油管沟、电缆沟布置在闸门下游侧的交通桥上。
        该电站泄洪冲沙统2014年投入运行，之后几年岸边和明渠泄洪系统频繁出现不能正常启闭情况。考虑到下游泄洪安全，该电站泄洪闸门启闭和开度调整基本安排在夜间中控室远程控制，发生不能正常启闭情况对“少人值班”和维护人员造成较大影响。
        2.1技术参数
        该电站岸边溢洪道和明渠溢洪道启闭机系统参数如表1所示。
        表1 启闭机的主要技术参数

        2.2原因分析
        根据系统设置，该电站岸边和明渠溢洪道在闸门启闭过程中，闸门开度及行程控制装置全程连续检测两只液压缸的行程偏差，当偏差值≥3mm时，比例调速阀的电磁铁电量大小自动发生改变，从而调整左右液压缸有杆腔进、出油量，使二根油缸同步运行。当两只液压缸的行程偏差值≥5mm时，液压系统自动停机并发出报警信号。
        经过多次检查维护，该电站泄洪启闭系统不能远程正常启闭主要原因为油缸不同步，自动纠偏或手动纠偏不成功导致超差后系统停止运行。下面将发生不同步故障的原因进行分析。
        （1）比例调速阀故障。在闸门启闭过程中，比例调速阀可能存在的故障有①比例调速阀损坏不动作，原因有电磁铁损坏或阀芯卡死等；②比例调速阀动作不畅，原因有电磁铁有电但动作不规律或阀芯有卡涩等。
        （2）液压系统渗漏。液压系统渗漏不仅会造成系统工作压力和油量减少问题，也会造成油缸不同步。①油缸和供排油管路存在外部渗漏；②油缸本身由于活塞密封等问题存在内部渗漏。
        3.解决方案
        油缸不同步产生超差导致液压系统停止运行是该水电站泄洪系统故障的主要现象。泄洪系统故障对该电站防汛工作和日常维护工作造成较大影响。该水电站经过对泄洪系统多次检修维护，彻底解决了泄洪闸门启闭机系统不同步问题。主要解决方案如下。
        ①因该电站处于金沙江干热河谷地带，气温较高，至少要每2年在汛前对泄洪启闭系统进行一次滤油工作；每年在汛前对油质进行检验，保障汛期启闭机系统油质满足运行要求。避免油质不合格造成启闭机系统电磁阀和压力传感元器件工作异常。
        ②每年汛前对泄洪启闭系统供排油管路进行检查，避免管路密封老化造成的渗漏情况；并对闸门和油缸支铰加注润滑脂，避免支铰摩擦力过大造成闸门动作卡涩现象。
        ③至少每3年对泄洪启闭系统电磁阀组进行分解检查，避免电磁阀组密封老化和运行中的卡涩现象。
        ④该电站泄洪系统启闭机室布置在坝面下游侧，夏季汛期气温较高。对配备的排风降温设备做好定期检查维护工作，避免油温过高造成系统不能正产运行现象。
        ⑤每年至少对泄洪启闭机系统压力元器件进行1次校验，避免压力元器件数据异常造成系统无法工作现象。
        ⑥每年汛前根据上游来水情况择机进行泄洪闸门带水启闭试验。保证泄洪启闭系统和闸门系统工作正常。
        结束语
        综上所述，分析水电站泄洪闸门启闭机的常见问题、故障，并采取有效的处理方案，对担负防汛、防洪任务的水电站是至关重要的。
        参考文献
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