包波

（巖灘水力發(fā)電有限責(zé)任公司，廣西 大化縣 530811）

1 概況

巖灘水電站位于廣西大化縣巖灘鎮(zhèn)，為紅水河十個(gè)梯級(jí)電站的第五級(jí)。一期工程安裝4 臺(tái)容量為30.25 萬(wàn)千瓦的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，1～4 號(hào)機(jī)組的尾水管出口共12 孔（每臺(tái)機(jī)組3 孔）門(mén)槽，每孔設(shè)1 扇檢修閘門(mén)。閘門(mén)底檻高程134.94m，閘門(mén)的孔口尺寸為7.5×10.48m，設(shè)計(jì)水頭52m，每扇閘門(mén)重68.58t，系平面鋼滑道鋼閘門(mén)。機(jī)組運(yùn)行時(shí)閘門(mén)垂直鎖錠在尾水管出口178.0m 閘門(mén)平臺(tái)上，機(jī)組檢修時(shí)閘門(mén)采用2×1250kN 臺(tái)車(chē)啟閉，啟閉操作時(shí)通過(guò)自動(dòng)抓梁與閘門(mén)連接，閘門(mén)條件為靜水啟閉。當(dāng)機(jī)組需要開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，需要先對(duì)機(jī)組流道的尾水管進(jìn)行充水，待閘門(mén)前后水壓差不大于1m時(shí)方可開(kāi)啟。

2 改造前存在的問(wèn)題

巖灘水電站一期工程機(jī)組檢修集水井和檢修排水廊道為承壓設(shè)計(jì)運(yùn)行，1～4 號(hào)機(jī)組尾水檢修閘門(mén)原設(shè)計(jì)無(wú)充水功能，最初設(shè)計(jì)的充水方式是：1號(hào)機(jī)組打開(kāi)裝設(shè)在153.4m 高程蝸殼進(jìn)入廊道處的1 個(gè)DN300 閘閥充水（該閘閥在全部機(jī)組投運(yùn)后停用并封閉該管路），直接引尾水至尾水管充水。2、3、4 號(hào)機(jī)組尾水管的充水方式是采用打開(kāi)1 號(hào)機(jī)組或相鄰機(jī)組的尾水管排水閥，引尾水從1 號(hào)機(jī)組或相鄰機(jī)組的尾水管排水閥進(jìn)入檢修集水井和檢修排水廊道，再由檢修集水井和檢修排水廊道反充水至充水機(jī)組的尾水管進(jìn)行充水，平壓后開(kāi)啟尾水管檢修閘門(mén)，再分別關(guān)閉機(jī)組全部尾水管排水閥。這種充水方式存在充水效率低、操作復(fù)雜的缺點(diǎn)。在實(shí)際操作中，由于相鄰機(jī)組往往多處于發(fā)電運(yùn)行工況，尾水的水流極為不穩(wěn)定，開(kāi)啟和關(guān)閉尾水管排水閥時(shí)水壓沖擊很大，多次出現(xiàn)操作困難和尾水管排水閥關(guān)閉不到位的情況。為了避免發(fā)生這些不安全的現(xiàn)象，需要對(duì)機(jī)組尾水管充水時(shí)，采用開(kāi)啟該機(jī)組進(jìn)水口閘門(mén)上的充水閥或打開(kāi)機(jī)組技術(shù)供水備用水源，水源經(jīng)蝸殼排水閥流入尾水管內(nèi)，待尾水檢修閘門(mén)前后水壓差不大于1m 時(shí)，再進(jìn)行尾水檢修閘門(mén)的啟閉操作。該充水方式采用的是上游水源進(jìn)行充水，違背了設(shè)計(jì)要求，充水時(shí)需要人員時(shí)刻監(jiān)控尾水管內(nèi)水位，當(dāng)尾水檢修閘門(mén)前后水壓差不大于1m 時(shí)，必須馬上關(guān)閉進(jìn)水口閘門(mén)上的充水閥或技術(shù)供水備用水源，防止尾水管內(nèi)水位、水壓過(guò)高對(duì)尾水檢修閘門(mén)和門(mén)槽等設(shè)備造成破壞。

以上兩種充水方式都存在安全隱患，影響了水電站機(jī)組的安全運(yùn)行。

3 改造方案及實(shí)施

3.1 改造方案

對(duì)巖灘水電站一期工程1～4 號(hào)機(jī)組尾水檢修閘門(mén)進(jìn)行改造，在閘門(mén)上增設(shè)充水閥，通過(guò)打開(kāi)尾水檢修閘門(mén)上設(shè)置的充水閥，讓尾水水源進(jìn)入機(jī)組尾水管內(nèi)，待檢修閘門(mén)前后水壓平壓后開(kāi)啟閘門(mén)。這種充水方式安全有效，操作安全簡(jiǎn)便，不存在尾水管內(nèi)水位、水壓過(guò)高的情況。

水電站檢修閘門(mén)上的充水閥比較常見(jiàn)的是柱塞提拉式充水閥，這種結(jié)構(gòu)型式的充水閥具有密封效果好、水流流態(tài)佳的優(yōu)點(diǎn)。但由于巖灘1～4 號(hào)機(jī)組尾水檢修閘門(mén)吊耳較短，尾水臺(tái)車(chē)至尾水檢修平臺(tái)高差較短的原因，如果選用柱塞提拉式充水閥進(jìn)行改造，則增加了充水行程，當(dāng)閘門(mén)需要檢修時(shí)，不能將閘門(mén)有效提離孔口，也就不能進(jìn)行閘門(mén)底水封的維護(hù)和檢修。所以，本次改造選用翻蓋式充水閥。翻蓋式充水閥具有改造工程量少，沒(méi)有增加充水行程的優(yōu)點(diǎn)，保證了閘門(mén)維護(hù)和檢修的提升行程。

3.2 方案的實(shí)施

巖灘水電站1-4 號(hào)機(jī)每臺(tái)機(jī)組尾水管檢修閘門(mén)各設(shè)有三扇，而充水過(guò)程中每臺(tái)機(jī)組只需完成一扇閘門(mén)增設(shè)充水閥改造，就可以達(dá)到對(duì)尾水管充水的目的。考慮到充水水流形態(tài)的影響，我們選取在每臺(tái)機(jī)組的第二扇（正中）尾水檢修閘門(mén)頂部對(duì)稱(chēng)增設(shè)一對(duì)充水閥，充水閥通徑為φ300mm。充水閥的設(shè)計(jì)、制造范圍及要求如下：

3.2.1 選用的充水閥為翻蓋式充水閥，按照SL 74-2013《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》、SL/T 248-1999 《水工鋼閘門(mén)系列標(biāo)準(zhǔn)--充水閥》及巖灘一期機(jī)組尾水檢修閘門(mén)和尾水臺(tái)車(chē)的設(shè)備參數(shù)、機(jī)組尾水管容積的特性等進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。

3.2.2 增設(shè)充水閥的部位須計(jì)算閘門(mén)主梁腹板和閘門(mén)梁格的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求，必要時(shí)需增加筋板以確保閘門(mén)的安全運(yùn)行。

3.2.3 自動(dòng)抓梁上相應(yīng)部位增設(shè)充水閥壓桿，抓梁放置在檢修平臺(tái)上，壓桿與平臺(tái)應(yīng)有足夠的安全距離。

3.2.4 充水閥行程要滿(mǎn)足尾水檢修閘門(mén)自動(dòng)抓梁抓鉤和脫鉤的動(dòng)作要求。

3.3 改造后的操作

巖灘水電站一期1～4 號(hào)機(jī)組尾水檢修閘門(mén)充水閥裝置主要構(gòu)件包含有充水閥、閥管、支承座和壓桿裝置。充水閥、閥管、支承座安裝在閘門(mén)上，壓桿裝置安裝在自動(dòng)抓梁底部，壓桿裝置由支架、壓桿、限位軸、插銷(xiāo)組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 巖灘水電站一期尾水檢修閘門(mén)充水閥裝置圖

3.3.1 掛鉤充水過(guò)程

①通過(guò)操縱壓桿裝置（見(jiàn)圖1）上的限位軸實(shí)現(xiàn)充水閥充水。當(dāng)需要充水時(shí)，將壓桿裝置上的限位軸向內(nèi)推入，并通過(guò)插銷(xiāo)固定；抓梁兩邊的限位梁也推入鎖座并固定（見(jiàn)圖2）。

圖 2 巖灘水電站一期尾水檢修閘門(mén)掛鉤示意圖

圖3 抓梁下落充水示意a

圖4 抓梁下落充水示意b

②抓梁下落，卡體滑過(guò)掛體頭部，當(dāng)掛體頂至滑桿時(shí),抓梁掛鉤到位，此時(shí)壓桿也把充水閥頂至打開(kāi)狀態(tài)（見(jiàn)圖3、圖4）。

③充水平壓后，抓梁提起，掛鉤過(guò)程完成，即可提升閘門(mén)（見(jiàn)圖5）。

3.3.2 落門(mén)脫鉤過(guò)程

①當(dāng)需要下放閘門(mén)時(shí)，把壓桿上的限位軸抽出，放在一側(cè)的套板內(nèi)固定，此時(shí)充水閥將壓桿頭頂至壓桿裝置上限位置。同時(shí)把抓梁兩邊的限位梁向閉開(kāi)鎖座外拉出并固定，抓梁下落（見(jiàn)圖6、圖7）。

②當(dāng)閘門(mén)下放到底檻，抓梁繼續(xù)下降，掛體頭部將滑桿上頂至頭部頂觸梁體上翼緣時(shí)，抓梁即可停止下降，轉(zhuǎn)為提升，完成脫鉤（見(jiàn)圖8、圖9）。

圖5 抓梁上提示意圖

4 改造后效果

經(jīng)過(guò)對(duì)1～4 號(hào)機(jī)組尾水檢修閘門(mén)進(jìn)行增設(shè)充水閥改造，提高了設(shè)備操作的安全性，有效避免了尾水管排水閥反充水不穩(wěn)定和采用上游水源充水可能超壓的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，提升了充水效率，以前的兩種充水方式操作復(fù)雜，需時(shí)約2 個(gè)小時(shí)左右，改造后充水時(shí)間約55 分鐘，有效的節(jié)省了充水時(shí)間。此外，還降低了檢修操作的工作量，改造后不需要另派人員對(duì)排水閥或上游水源閥門(mén)進(jìn)行操作，降低了檢修人員的工作量。

圖6 抓梁下落脫鉤示意a

圖7 抓梁下落脫鉤示意b

圖8 抓梁下落脫鉤示意c

圖9 抓梁上提脫鉤示意圖d

5 結(jié)語(yǔ)

2018 年初，針對(duì)巖灘水電站一期機(jī)組尾水管充水操作存在的安全隱患，進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)治理，在檢修閘門(mén)上增設(shè)了充水閥，項(xiàng)目于2018 年11 月10 日全部完成施工，通過(guò)年度機(jī)組檢修期的操作試驗(yàn)，閘門(mén)關(guān)閉和充水平壓后開(kāi)啟動(dòng)作正常。在尾水管檢修閘門(mén)上增設(shè)充水閥，提高了機(jī)組尾水管充水操作的安全性，徹底消除了一期機(jī)組投運(yùn)以來(lái)尾水管充水操作存在的安全隱患。本次技術(shù)改造思路簡(jiǎn)單、容易實(shí)施、效率高，為同類(lèi)型閘門(mén)的優(yōu)化改造提供了借鑒。