高水头、大流量泄洪闸门原型观测技术研究与应用

华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂

1 小湾电厂简介

华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂（简称“小湾电厂”）位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段黑惠江汇入口下游1.5公里处，是中国华能集团公司下属的重点水力发电企业。电站以500kV电压等级接入电力系统，在系统中担任调峰、调频、调压和事故备用任务，按无人值班设计。小湾工程是国家实施西部大开发、“西电东送”战略的标志性工程，是业内公认的世界最难水电工程之一，其特色为 “四大三高两好一少”：库容大（总库容149.14亿m3），装机容量大（装机4200MW）；工程投资大（动态投资420余亿元）；建设难度大；大坝高（设计坝高294.5m），水头高（最大水头251m），开挖边坡高（高度近700m）；调节性能好（调节能力由15%上升到70%），补偿效益好（使下游电站枯水期的保证出力增加约110万kW，总发电量增加约41亿kW·h）；同时单位千瓦征地移民较少。

泄洪表孔弧形闸门泄水试验

2 项目主要科技创新点

1）在闸门原型观测试验过程中，首次采用三维摄影测量法对闸门进行位移变形测量，对电站原型观测试验闸门位移和变形进行测量；

2）首次采用无线数据传输方式进行应力、振动测试，解决了电站原型观测试验过程中动态数据传输的难题；

3）首次采用改进时域随机子空间法的弧形闸门模态参数辨识技术。针对泄洪闸门结构大、现场噪声无法隔离、模态试验数据的信噪比较低的特点，进行结构模态参数的辨识；

4）创新水电站泄洪闸门原型观测测点布置及应力应变测试方法，以预先对弧形闸门进行有限元（CFD）应力分析，预测其变形形式，找出危险断面及危险位置以选定测点，并利用结构与载荷的对称性，优化减少测点数目；

5）研究并形成了闸门原型观测评价体系，本项目为我国同类工程提供了范例，对本项目的闸门设计及现场试验成果进行分析总结，形成闸门原型观测设计评价报告和闸门原型观测工程技术报告，为同行业闸门原型观测评价提供借鉴。

3 项目实施效果

3.1 取得的经济效益

小湾水电站闸门原型观测试验后，2014年10月份小湾水电站蓄水至正常蓄水位1240m，机组满负荷出力，电站多发电3.94亿kWh，产生直接经济效益约1.18亿元。库水位升高，2014年平均耗水率为1.838（m3/kW·h），较2013年的1.859（m3/kW·h）降低了1.14%，节水增发电量0.52亿kWh，产生直接经济效益约1 560万元；若泄洪闸门系统在较差工况运行出现金属结构损坏，单个闸门系统维修处理费用约380万，每年分别按避免同类设备中的一个闸门系统出现问题计算，可以节约处理费用预计380×4=1520万元。2015年优化了泄洪闸门系统的运行组合工况，参照泄洪水毁设施修复成本，估算每年节约泄洪造成下游边坡水毁经济损失约589万。综上，2014年为企业产生经济效益13 360万元；2015至2018年每年节省经济成本约2 109万元（1 520万+589万），4年为8 436万元，共计21 796万元。

3.2 获得的社会效益

目前，该项目研究技术成果中基于改进的随机子空间法的弧形闸门模态参数辨识技术、三维摄影闸门结构位移变形测量技术及结构应力振动测试无线动态数据传输技术等已成功推广应用于陕西汉江蜀河水电站、四川瀑布沟水电站、湖北崔家营航电枢纽、重庆彭水水电站、甘肃黄河乌金峡水电站枢纽、糯扎渡水电站等水利水电工程金属结构设备的原型观测，取得了较大的社会推广价值。

4 项目曾获奖励、知识产权及相关论文情况

本项目共获得省部级及行业协会以上奖励3项、国家发明专利1项、国家实用新型专利4项，在各类中文核心期刊共发表相关论文5篇。

5 项目成果评价情况

2019年4月23日，由中科合创（北京）科技成果评价中心云南分中心组织并主持，邀请了5名具有教授级高工职称的同行专家组成评价委员会，对本项目成果进行了评价。评价委员会一致认为，该研究成果达到国际先进水平。

坝顶门机动水落1号泄洪中孔事故门