劉驍

摘 要：升船機(jī)是利用機(jī)械裝置升降船舶以克服航道上集中水位落差的通航建筑物，現(xiàn)已在我國內(nèi)河航道得到了廣泛的應(yīng)用。在升船機(jī)運行過程中存在一些風(fēng)險因素，會影響到它的正常運營。基于此，以貴州的烏江沙坨水電站的升船機(jī)為例，分析該水電站升船機(jī)在運行中存在隱患，并對提升升船機(jī)的安全運行、設(shè)備可靠性等方面提出改善措施，為類似風(fēng)險防范提供參考。

關(guān)鍵詞：升船機(jī)；運行安全風(fēng)險；應(yīng)對措施

中圖分類號：U642.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）05-0056-03

0 引言

當(dāng)前我國水電站行業(yè)的發(fā)展還是存在一定的問題，比較突出的問題便是升船機(jī)在運行過程中的風(fēng)險。如果這些問題得不到妥善解決，將會給人們的生活帶來極大的困擾。為了保障我國內(nèi)河正常運行，需要及時解決水電站升船機(jī)在運行過程中遇見的問題[1]。

1 項目概況

沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7 km處，是烏江干流的第九級梯級電站，距上游思林水電站約115 km，距下游彭水水電站約108 km，距烏江河口重慶涪陵區(qū)約255 km。電站總裝機(jī)容量1120 MW（4×280 MW），保證出力322.9 MW，多年平均發(fā)電量45.52億kW·h。電站樞紐由碾壓混凝土重力壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)、廠房、右岸垂直升船機(jī)等組成。

沙沱水電站工程規(guī)模為二等大（Ⅱ）型工程，它采用全平衡的鋼絲繩卷揚式的垂直式升船機(jī)，該升船機(jī)上的主體設(shè)備主要包括了承船廂、主提升機(jī)、平衡重系統(tǒng)還有其他的輔助設(shè)備。自從沙坨水電站通航系統(tǒng)正式通行以來，該升船機(jī)的性能能夠滿足基本的要求。但是因為該升船機(jī)的設(shè)計、運行維護(hù)以及設(shè)備管理上存在的不足，導(dǎo)致該升船機(jī)在運行中也存在著一些不穩(wěn)定的因素，這些因素也暴露出來了一些安全隱患。

提升通航系統(tǒng)的安全性，需要對其進(jìn)行存在的隱患進(jìn)行排查，并提出針對性的措施。本文通過闡述貴州烏江沙沱水電站升船機(jī)運行過程中存在的問題與風(fēng)險，并據(jù)此提出相應(yīng)的解決措施。

2 升船機(jī)簡介

2.1 升船機(jī)構(gòu)成

貴州烏江沙沱水電站電子升船機(jī)依次布置有上游引航道、上閘首、升船機(jī)主體建筑物、載水質(zhì)量約3 300 t的承船廂、下閘首和下游引航道。不計引航道長度，升船機(jī)全線尺寸為55 m×10.8 m×1.6 m，本體段內(nèi)船廂池底板高程為281 m，寬17.6 m，長70.1 m，本體段兩側(cè)邊墻高程96 m以下為混凝土實體結(jié)構(gòu)（內(nèi)有平衡重孔），以上為空心板梁結(jié)構(gòu)。本體段內(nèi)設(shè)備層高程為377.0 m，設(shè)備層的下游端為升船機(jī)控制室。設(shè)備層以上為排架結(jié)構(gòu)，設(shè)一橋機(jī)對各設(shè)備進(jìn)行水平運輸[2]。

升船機(jī)主要設(shè)備如下：①計算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理和控制系統(tǒng)；②上、下閘首擋水門及其液壓啟閉機(jī)；③主提升系統(tǒng)、主拖動控制系統(tǒng)及平衡重系統(tǒng)；④承船廂及其臥倒門、撐緊裝置，防撞梁及液壓啟閉系統(tǒng)，安全鎖錠裝置及鎖錠鋼梯；⑤擋水門對接鎖定裝置、密封框裝置、拉緊裝置，及臥倒門液壓啟閉系統(tǒng)，承船廂排水泵系統(tǒng)；⑥檢測系統(tǒng)；⑦消防系統(tǒng)；⑧工業(yè)電視及廣播系統(tǒng)；⑨集水井排水系統(tǒng)等。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

沙沱水電站升船機(jī)型式為全平衡鋼絲繩卷揚式垂直升船機(jī)，設(shè)計指標(biāo)見表1。

2.3 設(shè)計通航運行條件

沙坨水電站升船機(jī)的上游最高通航水位（水庫正常蓄水位）365.00 m，上游最低通航水位（水庫死水位）353.50 m，下游最高通航水位300.38 m，下游最低通航水位289.62 m，最大通航設(shè)計水頭75.38 m。

最大出庫流量4 420 m3/s，相應(yīng)下游最高通航水位365.0 m，其中最大出庫流量4 420 m?/s為設(shè)計值，沙沱升船機(jī)已實際檢驗過閘最大出庫流量為2 000 m?/s，對應(yīng)水位約292.60 m。最小出庫流量228 m?/s，相應(yīng)下游最低通航水位289.62 m。

通航凈空尺度中，通航凈高9.6 m，通航凈寬12 m。上游引航道底高程350.5 m，上游引航道最小水深3 m，上游引航道最大水深14.5 m。下游引航道底高程286.62 m，下游引航道最小水深3 m，下游引航道最大水深13.76 m?？陂T區(qū)水面最大縱向流速≤2.4 m/s，最大橫向流速≤0.35 m/s，回流流速≤0.45 m/s影響[3]。

3 運行安全風(fēng)險分析

3.1 升船機(jī)下閘首系統(tǒng)安全風(fēng)險

升船機(jī)下閘首的工作大門想要適應(yīng)下游通航水位300.38～289.62 m變化，對此可以通過8個鎖定位的調(diào)整來實現(xiàn)，當(dāng)下游的水位達(dá)到了通航的要求之后，就可以進(jìn)行下閘首與升船機(jī)船廂的對接。正常來說，升船機(jī)的船廂的載荷水深為2.5±0.1 m。當(dāng)船廂與下游的水位進(jìn)行對接之后，電站發(fā)展負(fù)荷幅度調(diào)整、發(fā)電機(jī)的故障等因素都會影響到下游水位，進(jìn)而影響到船廂的水位產(chǎn)生變化，造成船舶擱淺。船廂水位產(chǎn)生變化之后，也會導(dǎo)致船廂和配重塊的重力不平衡，對安全制動器裝置的制動力造成影響。

當(dāng)前在貴州江沙沱水電站電子升船機(jī)會采用固定負(fù)荷的方式保證在下游水位對接的時候保證水位平穩(wěn)，但是機(jī)組跳閘甩負(fù)荷、電網(wǎng)故障出力突變造成的下游水位突降情況發(fā)生的可能性是沒有辦法避免的[4]。

3.2 升船機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險

一方面是設(shè)備故障處理率低。試通航初期設(shè)備故障處理由施工單位負(fù)責(zé)，為了不影響運行，對于故障多采用復(fù)位、屏蔽信號等方式處理，故障沒有及時、徹底消除，設(shè)備故障處理率低，大量故障重復(fù)發(fā)生，升船機(jī)經(jīng)常運行中斷，導(dǎo)致船舶過機(jī)設(shè)備運行歷時增加，降低了升船機(jī)運行效率[5]。雖然升船機(jī)管理處接手后處理了一些故障和缺陷，但總的故障發(fā)生率還是比較高，還需要一定時間來進(jìn)行設(shè)備整改和消缺。

另一方面是設(shè)備設(shè)施維護(hù)率低。貴州烏江沙沱水電站升船機(jī)設(shè)備設(shè)施眾多，維護(hù)量大，試通航初期由施工單位負(fù)責(zé)維護(hù)，由于施工單位人力資源有限，也沒有意愿進(jìn)行全面系統(tǒng)地維護(hù)。設(shè)備設(shè)施維護(hù)率低，很多設(shè)備從安裝后就沒有進(jìn)行過維護(hù)保養(yǎng)，導(dǎo)致設(shè)備運行工況差，易出現(xiàn)問題[6]。

3.3 工作人員隊伍建設(shè)存在不足

我國經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)展起來以后，水力發(fā)電行業(yè)開始發(fā)展，在對升船機(jī)進(jìn)行管理的工作人員在技術(shù)以及經(jīng)驗方面并不能單獨進(jìn)行作業(yè)，水電站的工作人員建設(shè)存在較多不足，為了改進(jìn)這種狀態(tài)需要及時進(jìn)行培訓(xùn)以保證升船機(jī)的安全運行。如果對升船機(jī)進(jìn)行管理的工作人員并不進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)將會給該設(shè)備的運行以及航運事業(yè)帶來較大阻礙[7]。

4 加強(qiáng)水電站升船機(jī)運行管理的建議和對策

4.1 升船機(jī)承船廂與下游對接安全措施

針對升船機(jī)的船廂和下游水位進(jìn)行對接的時候存在的問題，結(jié)合貴州江沙沱水電站電子升船機(jī)的實際，運行情況可以從以下兩方面進(jìn)行改善。

一是需要固定機(jī)組的負(fù)荷。在下閘首進(jìn)行對接的時間段內(nèi)，固定機(jī)組的負(fù)荷，確保不會導(dǎo)致下游水位出現(xiàn)較大變幅，確保通航的安全性及連續(xù)性。目前沙沱水電站工程是由貴州電網(wǎng)最主要的調(diào)峰調(diào)度單位，調(diào)峰任務(wù)較重，想要固定機(jī)組的負(fù)荷，至少要在通航前一周進(jìn)行申請，且固定負(fù)荷時間段要設(shè)置在每日9：00～11：00時及16：00～18：00。但長期通過固定機(jī)組負(fù)荷來確保通航安全，會對電站負(fù)荷調(diào)整產(chǎn)生較大影響，所以該做法只適應(yīng)于當(dāng)前過壩船只較少時段。

二是在升船機(jī)下閘首的下游加裝上擋水閘門。沙沱水電站下閘首下游引航道全長413.0 m，底高程286.62 m，依次布置有導(dǎo)航段、調(diào)順段及停泊段，寬度由12 m逐漸擴(kuò)大至38 m，并設(shè)有系船墩、隔流堤及導(dǎo)航墻等建筑物。下游引航道以下為口門區(qū)，口門區(qū)與下游主航道相接。在下游引航道的右側(cè)要各布置4個靠船墩，方面雙向運行的船只在等待過閘停泊的時候使用，另外還可以下游引航道增設(shè)一道工作閘門，滿足全天正常通航與電網(wǎng)調(diào)峰互不干擾的要求。當(dāng)船只進(jìn)入引航道之后落下該閘門，避免機(jī)組負(fù)荷對下游對接時產(chǎn)生影響[8]。

4.2 調(diào)試和運行期間的風(fēng)險分析及預(yù)控措施

承船廂與外部硬連接承船廂與外部硬連接情況如下：①承船廂與閘首擋水門對接鎖定未退到位。②撐（頂）緊裝置未退到位。③對接密封裝置未退到位。④齒輪與齒輪間有硬物。⑤安全鎖錠塊未退到位等情況，將對承船廂運行造成嚴(yán)重?fù)p害。

在對升船機(jī)進(jìn)行檢修的時候，升船機(jī)的運行人員需要應(yīng)檢修人員的要求，解除部分閉鎖條件。升船機(jī)運行之后的檢修需要檢修人員針對這些部位的設(shè)備的狀態(tài)仔細(xì)檢查，全部合格、確認(rèn)安全性之后才能進(jìn)行承船廂的整體升降操作。

承船廂發(fā)生滑移，很多時候是承船廂沒有保證平衡，導(dǎo)致承船廂朝著較重的一邊進(jìn)行偏移，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)此類情況的話會造成非常嚴(yán)重的后果。

針對承船廂發(fā)生滑移的情況，可以采取的措施有如：①升船機(jī)操作規(guī)程明確規(guī)定，手動操作不得松開工作制動和安全制動。②局部自動和遠(yuǎn)程自動，在順序控制程序中，只有制動就位、升船機(jī)正常運行后，工作制動器和安全制動器依次松開。③主升程控制程序增加保護(hù)程序。若主拖動系統(tǒng)未啟動，二次制動器從故障保護(hù)柜啟動，確保車廂滑動不會發(fā)生事故。

升降船下游最低通航水位為6 m，承船廂及下游對準(zhǔn)后，從船艙底部的最小船艙為0.3 m，船艙運行速度12 m/min。如果主牽引系統(tǒng)故障不能正常減緩保護(hù)，就有底部事故的風(fēng)險。

風(fēng)險預(yù)控措施有：設(shè)置主提升控制程序距目標(biāo)減速6 m，當(dāng)車廂向下12 m/min，目標(biāo)對準(zhǔn)時，試驗測量距目標(biāo)3 m，車廂速度降至6 m/min，繼續(xù)減速向下對位。這樣即使主阻力控制系統(tǒng)失控，操作者可根據(jù)底部速度發(fā)現(xiàn)第一站，執(zhí)行事故二次制動保護(hù)，車廂有足夠的滑動行程，也不會發(fā)生觸底事故[9]。

4.3 加強(qiáng)工作人員隊伍建設(shè)

對于管理升船機(jī)的工作人員需要加強(qiáng)其專業(yè)技能，雖然在水力發(fā)電方面，我國已經(jīng)取得較大進(jìn)步，但是與西方發(fā)達(dá)國家之間存在差異。為了提高技術(shù)可以組織工作人員定期學(xué)習(xí)，如果資金足夠可以聘請國外的技術(shù)人員來進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)或者開展教學(xué)工作。由于在升降機(jī)操作管理方面缺乏豐富的實踐經(jīng)驗，操作人員需要不斷探索和加強(qiáng)現(xiàn)場應(yīng)急處置培訓(xùn)，使每個操作人員能夠掌握升降機(jī)的安全操作風(fēng)險，并迅速妥善處理，確保升降機(jī)的安全操作。為了保證工作人員定期開展技術(shù)培訓(xùn)的效果可以采取考核制度，從而對工作人員的技術(shù)進(jìn)行考核，不能僅參加技術(shù)培訓(xùn)而不考慮培訓(xùn)結(jié)果。在選拔人才的過程中可以利用考試的形式來進(jìn)行職位晉升，只有具備專業(yè)技術(shù)的人才才能夠勝任對升船機(jī)的管理工作[10]。

5 結(jié)束語

升船機(jī)是水電站運行中非常重要的設(shè)備，以沙沱水電站升船機(jī)為例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該升船機(jī)存在下閘首與升船機(jī)船廂對接風(fēng)險、升船機(jī)設(shè)備故障及水電站工作人員隊伍建設(shè)不足等問題，并針對性地提出了閘門系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)安全措施，調(diào)試和運行期間發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險分析及預(yù)控措施以及加強(qiáng)工作人員隊伍建設(shè)，從而有效保證升船導(dǎo)航系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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