充压伸缩式水封系统在锦屏一级大坝工程的应用

赵海峰，梁小飞，杨维平

（雅砻江水电流域开发有限公司锦屏水力发电厂，四川省西昌市 615000）

充压伸缩式水封系统在锦屏一级大坝工程的应用

赵海峰，梁小飞，杨维平

（雅砻江水电流域开发有限公司锦屏水力发电厂，四川省西昌市 615000）

充压伸缩式水封广泛地应用于各水电工程建设项目，实践证明，对于高水头弧形闸门，充压伸缩式水封具有良好的止水效果。针对充压伸缩式水封系统在锦屏一级大坝工程中应用情况，重点介绍了伸缩式水封的结构原理、系统设计、安装改造、控制流程，为其他水电工程充压泄压水封设备的设计与改造提供了参考。

锦屏一级大坝；充压伸缩式水封；改造；优化；控制流程

0 概述

锦屏一级大坝位于四川省盐源县、木里县交界的雅砻江干流，是雅砻江水能资源最富集的中、下游河段五级水电开发中的第一级，正常库容为77.6亿m3，调节库容为49.1亿m3，梯级补偿效益显著，是雅砻江梯级滚动开发的控制性工程。

锦屏一级水电站枢纽主要建筑物由混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物和引水发电建筑物组成。混凝土双曲拱坝高305m，拱坝坝身布置有4个表孔、5个深孔、2个放空底孔和5个导流底孔。其中大坝深孔以及放空底孔均采用单吊点弧形工作闸门，设计水头分别为91、131m，工作闸门采用充压伸缩式水封作为主止水，工作闸门顶水封采用转铰式实心橡胶P60A水封、侧水封采用橡塑实心复合橡胶P60B水封、底水封采用条形橡胶水封作为辅助止水。

1 充压伸缩式水封结构及工作原理

充压伸缩式水封结构主要包括水封橡胶、压板、充压腔及水封金属底座，当闸门处于关闭状态时，压力系统向水封的充压腔充压，伸缩式水封借助于充压腔的背压，压紧在弧形闸门的面板上，以达到止水的目的，有效避免缝隙射流引起的闸门空蚀[1]。闸门开启前，压力系统泄压并对充压腔抽真空，橡胶头部缩回，并与闸门面板脱离，这样既有利于避免闸门动作过程由于摩擦引起的水封损坏，也减少了启闭机容量。水封充压与泄压状态见图1。

锦屏一级大坝深孔及放空底孔充压伸缩式水封为“山”型组合材质型橡胶水封。经武汉大学力学试验中心材料力学试验筛选确定，水封断面由三种不同硬度的橡胶材料组合而成，其中水封封头采用硬度和压缩模量相对较高的SD006材料，以提高水封头部与闸门门叶面板的接触应力， 减小水封偏头， 降低水封止水背压，水封肢体采用硬度和压缩模量相对较低的SD007材料，有利水封外伸， 降低水封止水所需背压[2]，水封翼头采用硬度和压缩模量相对适中的SD005材料，水封封头的两侧面粘贴一层厚度为0.4～0.6mm的聚四氟乙烯材料，用于降低封头运动过程中与水封座、压板的摩擦系数。试验证明，水封不同部位采用不同特性的橡胶，较能适应变形，在相同背压作用下的变形量比单一橡胶材质的大[3]。

图1 水封泄压与充压状态

2 锦屏一级大坝深孔及放空底孔充压伸缩式水封系统

2.1 总体设计

锦屏一级水电站大坝深孔及放空底孔充压水封系统供水总管、供气总管、真空泵吸水总管采取独立设计，7孔闸门分别引出支管与总管相连，支管上分别设置电动充水阀DQFi-1、电动充气阀DQFi-2、电动排气阀DQFi-3、电动抽气阀DQFi-4、电动排水阀DQFi-5、水封压力变送器PTi、手动排水阀QFi-6（i=1、2、3、4、5、6、7，代表七孔闸门）以及相应的检修球阀、止回阀。水封保压用水取至大坝高位水池，依次经过高位水箱、滤水器后供给水封，备用供水取自大坝坝前，抽真空设备是两台水环式真空泵，抽气时流量为27m3/h，中压气系统包括一个3.0m3压力气罐、两台排气量为1.5m3/min的空压机，用于退水封时的充气排水流程。单孔闸门水封系统管路布置见图2。

图2 单孔闸门水封系统管路布置图

2.2 充压水封控制系统

锦屏一级大坝深孔及放空底孔充压水封采用一套水封控制系统，分别控制空压机、真空泵的启停以及电动阀的启闭，并与每孔闸门启闭控制系统互相联动、相互闭锁。水封系统信号控制原理图见图3。

2.3 安装调试过程存在的问题及改造优化

2.3.1 水封泄压时，部分管路排水不净

在充压水封调试初期，由于系统设计时忽略了水封的排水管结构以及水封连接管埋管布置细节，导致水封泄压时对水封进行充气排水，水封压力变送器PTi下部垂直段管路中的水无法排净，从而使水封压力变送器PTi无法正确反映水封密封腔的真实压力。经过研究，决定应用拓扑结构知识，调整水封接管，将PTi下部管路与排水阀DQFi-5所在排水管路相连，从而能顺利排空压力变送器PTi下部管路中的水。

2.3.2 水封泄压时，需人工打开手动排水球阀QFi-6，才能进行完全排水

水封管路的调整后，水封泄压排水，仍然有排水不净的情况，开启弧门时，可能因水封内余水的重量压在水封底部，部分水封头与弧门可能存在摩擦，进而擦伤水封头，只有通过人工打开手动排水球阀QFi-6才能进行完全排水。根据电站自动化控制要求，在QFi-6出口增加电动球阀DQFi-6，并完善相应控制程序，自动控制DQFi-6进行完全排水，原手动阀QFi-6成为检修常开球阀。此次改造后，实现了水封系统自动充压及泄压，为远程自动启闭闸门打下基础。修改后的水封系统管路布置图见图4。

图3 水封系统信号控制原理图

图4 改造后的水封系统管路布置图

2.4 水封充压、泄压控制流程

在水库蓄水之前，大坝弧门水封充压系统的坝前取水口不能取水，进行弧门水封充水保压无水调试的用水，取自施工用水水源，由于水压较低，在投入水封时需要在水封充水完毕后进行充气保压。

水库蓄水完成后，大坝弧门水封充压系统管路形成，水封控制系统投入自动运行。闸门全关时执行投入水封流程，在水封充水完毕后直接进入充水保压流程。闸门退水封流程分为闸门开启退水封流程、闸门关闭退水封流程。闸门开启退水封分为自然排水过程、充气排水过程、抽真空过程；闸门闭门退水封将直接进入抽真空过程。为了避免供气管、供水管阀门存在泄漏，导致动门期间橡胶水封充压伸出，造成水封的磨损，闸门动作期间真空泵一直保持运行。水封系统控制流程图见图5。

图5 水封系统控制流程图

3 结束语

锦屏一级大坝深孔及放空底孔充压伸缩式水封系统根据工程实际，改进管路安装布置，优化调试流程，解决了排水不净以及自动充压泄压问题，顺利实现水封系统充压与泄压的自动控制，向实现锦屏一级大坝闸门操作的远方调控迈出可喜的一步。

[1] 席前伟，贾鑫．溪洛渡深孔弧门充压水封运用预控措施研究 [J]．水力发电，2013，39（8）：33-35，49．

[2] 白绍学， 张绍春， 李一兵，等．高水头弧形闸门伸缩式水封止水试验研究[J]．云南水力发电，2009，25（5）：15-20．

[3] 徐锡荣，唐洪武，肖洋．充压伸缩式水封特性探讨[J]．人民长江，2002，33（11）：32-34．

赵海峰（1986—），男，工程师，主要研究方向：主要从事水电站自动化设备检修维护工作。E-mail：zhaohaifeng@ehdc．com．cn

梁小飞（1985—），男，工程师，主要研究方向：主要从事水电站大坝金属结构检修维护工作。E-mail：liangxiaofei@ehdc．com．cn

杨维平（1986—），男，助工，主要研究方向：主要从事水电站自动化设备维护管理工作。E-mail： yangweiping@ehdc．com．cn

The Application of Pressurized Expansion Water Seal System in the JinpingⅠHydropower Dam

ZHAO Haifeng，LIANG Xiaofei，YANG Weiping
（Jinping Hydropower Station，Xichang 615000，China）

Pressurized expansion water seal is widely used in various hydropower construction projects，practice has proved that pressurized expansion water seal has good sealing effect on the high head radial gate， For the application of pressurized expansion water seal system in the Jinping I hydropower dam， the article focuses on the structures， working principle，overall design， installation and reform， control flow of the expansion water seal， providing a reference for the design and improvement of pressurized water seal system in other construction projects.

Jinping I hydropower dam; pressurized expansion water seal; reform; optimization; control flow