徐雅珍(建甌市水利局，福建建甌353100)

水力自動(dòng)翻板壩在楊墩水電站的應(yīng)用與改造

徐雅珍
(建甌市水利局，福建建甌353100)

摘要:結(jié)合楊墩水電站出現(xiàn)的一起事故，對(duì)水力自動(dòng)翻板閘門運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行分析，提出防止拍打的技術(shù)措施，以保證大壩的安全運(yùn)行。圖1幅。

關(guān)鍵詞:小水電站;水力自動(dòng)翻板閘門;液壓設(shè)備;減振措施;運(yùn)行管理;改造

1　電站概況

楊墩水電站地處福建省建甌市徐墩鎮(zhèn)境內(nèi)，是崇陽溪的末級(jí)電站，總裝機(jī)容量10.2 MW。壩址以上流域面積5 211 km2，正常蓄水位113.5 m，工程防洪標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。在不同洪水頻率下，上游水位: P = 0.5%時(shí)，h =123.10 m; P =1%時(shí)，h =122.15 m; P =3.33%時(shí)，h = 120.70 m; P = 5%時(shí)，h = 119.83 m。樞紐建筑物壩頂全長264.375 m，從左至右依次為:左岸混凝土重力壩、發(fā)電廠房、沖沙閘、水力自動(dòng)翻板壩(見圖1)。共設(shè)翻板壩16孔，每孔尺寸為9.0 m×4.5 m (寬×高)，工程于2008年6月下閘蓄水發(fā)電。

2　事故現(xiàn)象

2010年5月22日至23日，上游地區(qū)大范圍普降暴雨，24 h內(nèi)過程雨量達(dá)139 mm，局部達(dá)200 mm以上。楊墩水電站水庫下游水位達(dá)116.42 m，上游水位117.12 m，根據(jù)上游建陽水文站資料，本次洪水應(yīng)屬于20年一遇的洪水，尚未達(dá)到30年一遇的設(shè)計(jì)洪水過程。但是，由于此次洪水使翻板閘門的板面(上例)大部分?jǐn)嗔?，個(gè)別翻板壩支墩損壞，致使水庫無法正常蓄水發(fā)電，造成公司巨大經(jīng)濟(jì)損失，直接與間接損失近千萬元。

圖1　翻板壩結(jié)構(gòu)示意

3　事故原因分析

通常情況下，水力自控翻板閘門的振動(dòng)主要有以下3類情況:第一類是微幅隨機(jī)振動(dòng)，是在水流脈動(dòng)壓力作用下引起的微幅隨機(jī)振動(dòng)，屬強(qiáng)迫振動(dòng)。第二類是有限范圍的不穩(wěn)定振動(dòng)，當(dāng)閘門頂溢流水頭達(dá)到一定深度時(shí)，溢流水舌出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而引起閘門產(chǎn)生自動(dòng)振動(dòng)。第三類是大幅度“拍打”閘門造成的振動(dòng)，這主要是受上下游壓力的交變作用產(chǎn)生的拍打振動(dòng)。

經(jīng)分析，我們認(rèn)為此次翻板壩閘門損壞的主要原因是由于大幅度“拍打”引起的，即上述的第三類原因。

4　改造技術(shù)措施及管理辦法

根據(jù)翻板閘門損壞的原因，咨詢了國內(nèi)翻板閘門較有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)，找出了解決問題的技術(shù)方案。4.1增加翻板閘門的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

根據(jù)200年一遇洪水校核的標(biāo)準(zhǔn)，翻板閘門最大承受壓力達(dá)到約3倍的閘門高度，為此，從翻板閘門的支墩、支腿、閘門等的設(shè)計(jì)中加大配筋和相應(yīng)的寬度與厚度，滿足最大的承載。

4.2建立門體的水工模型，在不同運(yùn)行工況下對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以便更加合理設(shè)計(jì)門體結(jié)構(gòu)

由于門體的拍打主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是發(fā)生在剛開啟或全關(guān)時(shí)，二是發(fā)生在全開時(shí)門板支腿與支墩的拍打。根據(jù)廠家設(shè)計(jì)的門體結(jié)構(gòu)，委托浙江省水利河口研究院在不同運(yùn)行工況下，測(cè)定了閘門的啟門水、回關(guān)水位、泄流能力等，并重點(diǎn)分析出不同上下游水位組合情況下閘門開度情況及其穩(wěn)定性，以滿足工程需要。最終結(jié)果:全開時(shí)，最大倒平角為140°;特別是全開時(shí)，若最大倒平角太大不利于泄流要求，太小則不利于門體穩(wěn)定，易造成拍打。

通過實(shí)驗(yàn)建議提出如下兩項(xiàng)減振措施:其一，建議支腿伸出門頂高度適當(dāng)增加，有利提高小流量運(yùn)行，改進(jìn)門體局部開啟時(shí)門體內(nèi)部補(bǔ)氣效果。其二，在支墩上增設(shè)防振橡皮墊，以減小支腿在振動(dòng)時(shí)與支墩的“拍打”力，從而保護(hù)支腿不易撞損。4.3增加液壓設(shè)備，人為地對(duì)閘門的狀態(tài)實(shí)行可控，避免拍打現(xiàn)象

為確保門體倒平角在140°以上，增加了液壓設(shè)備，以增加閘門運(yùn)行的穩(wěn)定性。改造后，楊墩水電站共計(jì)12孔翻板閘門，按照以下設(shè)計(jì)原則進(jìn)行:

(1)共分3個(gè)液壓控制系統(tǒng)即每個(gè)系統(tǒng)控制4扇翻板閘門，這樣可以避免有一扇翻板閘門液壓系統(tǒng)故障，如軟管破裂等影響其他翻板閘門的可靠性。因?yàn)榉彘l門液壓缸在運(yùn)行時(shí)處在洪水淹沒內(nèi)，若軟管破裂，可能使液控系統(tǒng)油箱中的油產(chǎn)生混水。

(3)單孔開啟全行程(無水壓時(shí))的時(shí)間取15 min，計(jì)算出其流量為Q，即15Q = 2IS。其中，I為液壓桿全行程，S為有桿腔受力面積(即液壓缸截面積－液壓桿的截面積)。

(4)泵站選型。泵的流量為4Q，最大壓力為1.5FS，電功率Pkw=其中，P單位

N為MPa，Q單位為L/min (考慮4扇門同時(shí)開啟)。

(6)考慮到液壓管埋在壩體，今后難以維護(hù)，建議采用不銹鋼管。液控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，除充分考慮上述因素外，還考慮如下三方面:其一，設(shè)置節(jié)流閥，便于調(diào)整閘門的開關(guān)速度，其二，安裝溢流閥，確保液控系統(tǒng)的不產(chǎn)生過壓;其三，在電氣上采用減載啟動(dòng)、過壓保護(hù)等安全措施。

4.4認(rèn)真編制翻板壩運(yùn)行調(diào)度的規(guī)定，加強(qiáng)運(yùn)行管理，確保翻板壩的安全運(yùn)行

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，編制了《楊墩水電站大壩運(yùn)行規(guī)程》，具體重點(diǎn)內(nèi)容如下:

(1)正常運(yùn)行(大壩未泄洪)時(shí)，液控系統(tǒng)處于自由狀態(tài)，即翻板閘門處于水力自動(dòng)控制狀態(tài);這樣，若大壩突遇洪水，將仍然確保安全泄洪。

(2)當(dāng)來水量達(dá)到開啟門水位時(shí)，液控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入人為控制狀態(tài)，這樣可以避免閘門在小開度時(shí)門板與大壩底板的拍打，從而避免閘門撞壞。

(3)當(dāng)來水量較大，但尚未達(dá)到閘門全開時(shí)，翻板閘門轉(zhuǎn)入水力自動(dòng)控制狀態(tài)。

(4)當(dāng)來水量繼續(xù)增大，使閘門將達(dá)到全開時(shí)，翻板閘門轉(zhuǎn)入人為控制狀態(tài)，即翻板閘門進(jìn)入鎖定狀態(tài)，從而避免閘門振動(dòng)。

(5)隨著來水量的減小，當(dāng)上游水位即將達(dá)到回關(guān)水位時(shí)，翻版閘門轉(zhuǎn)入人為控制狀態(tài);這樣不但可以減少小開度拍打，還可以提前抬高上游水位，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

5　結(jié)語

通過上述技術(shù)改造后，大壩經(jīng)歷了多次洪水考驗(yàn)，不但確保了翻板閘門的安全運(yùn)行，還大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。

責(zé)任編輯吳昊

作者簡介:徐雅珍(1965－)，女，工程師，主要從事農(nóng)村水電技術(shù)管理工作。E_ mail: joslxyz@163.com

收稿日期:2016－01－04