无电液控应急操作器在四川龙潭水电站抢险中的应用

王宇观，宋思雨，韩 超

（1.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京，100024；2.北京世纪合兴起重科技有限公司，北京，102605）

0 引言

新中国成立以来，尤其是改革开放以后，我国水利水电工程如雨后春笋，开发数量多，建设速度快，在人民生活条件改善和清洁能源利用中起到了举足轻重的作用。然而水利水电工程建设工艺复杂、技术要求高、工期紧、地质条件复杂等特点，使突发应急事件的风险居高不下，而“突发性”、“后果严重性”及“影响范围广”是水利水电工程突发应急事件的突出特点。特别是地震、山洪暴发后引发的泥石流等自然灾害，严重时会直接造成水利水电工程失电、电缆折断导致有电无法供应、电机损坏或配电柜失效等极端情况，闸门无法正常开启泄洪，给电站泄洪设备和下游百姓带来了巨大的风险。做好水利水电工程泄洪设备应急预案，保证大坝安全成为了首要工作。突发事件来临时，水利水电工程闸门能否实现正常启闭功能对当地百姓生命及财产安全有重要意义。

1 无电液控应急操作器

1.1 启闭机设备现状

在卷扬启闭机机械部分、液压启闭机液压油缸完好的情况下，无电液控应急操作器可正常操作应用。启闭机常见故障分为机械部分和电气部分，机械部分运行可靠性较高，一般不会出现故障，但电气部分由于不稳定因素较多，可靠性较低，极易出现电源故障、电动机故障、电气元器件故障、电气控制系统故障、液压泵站故障及液压元件故障。

当启闭机出现电源故障时，通过柴油发电机、二次电源可以实现闸门的正常启闭功能；但当出现电动机故障、电气元器件故障、电气控制系统故障、液压泵站故障及液压元件故障时，即使有柴油发电机、二次电源，仍无法使闸门实现正常启闭功能。

无电液控应急操作器又称应急闸门启闭器，可实现上述情况下闸门的正常启闭功能，二次电源、柴油发电机仅仅是电源供应备份，而无电液控应急操作器不仅是电源备份，还是闸门启闭设备的操作备份。

1.2 应急操作器成果

北京世纪合兴起重科技有限公司通过多年的调研、研究及试验，并引进先进技术，研发出了MQHGTD系列卷扬启闭机无电液控应急操作器、MQHGYD系列液压启闭机应急操作器和MQHGKD系列螺杆启闭机应急操作器，能在启闭机电源及备用电源、柴油发电设备、电动机、电气元器件、电气控制系统、液压元器件出现故障以及极端天气、自然灾害造成大面积设备损坏等情况下，应急操作启闭机设备，使启闭机设备运行可靠性提高了一个台阶，是水利水电工程的重要安全保障。启闭机应急操作器平时与启闭机处于脱离状态，对启闭机的正常运行无任何影响，需要应急操作时与启闭机连接。

图1 卷扬启闭机应急操作器安装图Fig.1 Installation of emergency operator in winding hoist

卷扬启闭机应急操作器执行启闭闸门操作时无需电源。启闭机与应急操作器连接时，在电机后出轴处连接手动离合器一端，另一端则与应急操作器的输出轴连接。起升操作时，动力单元通过快速接头经3条高压管路与无电液控应急操作器连接，通过动力单元产生液压油驱动应急操作器工作，从而驱动启闭机平稳开启闸门；下降操作时，利用应急操作器的液压阻尼系统，靠闸门自重匀速下降。

图2 液压启闭机应急操作器示意图Fig.2 Emergency operator of hydraulic hoist

液压启闭机应急操作器可不涉电启闭闸门。在启闭机泵站外侧增加一个旁路，把原泵站油箱里的液压油抽到应急操作器里加压，通过原管路打入闸门油缸，实现启闸功能；再通过原管路将闸门油缸里的液压油返回到应急操作器降压，打回原泵站油箱，实现落闸功能。

图3 液压启闭机应急操作器安装图Fig.3 Installation of emergency operator in hydraulic hoist

2 应急操作器在龙潭电站应急抢险中的应用

2.1 电站概况

龙潭水电站位于四川省汶川卧龙特区耿达镇，是岷江一级支流渔子溪干流上的第四级电站，距成都115 km，为引水式日调节电站。电站总装机容量24 MW，大坝为混凝土坝，坝顶高程1637.3 m，坝高20.35 m，正常蓄水位1636 m，水库总库容379600 m2，1996年8月3台机组全部投产发电。泄洪闸底坎高程1622 m，三孔泄洪闸尺寸为8 m×6.5 m，闸门为弧形门，门重40 t，采用2×25 t固定卷扬机启闭，启闭机室底板高程1638.5 m。冲沙闸采取“Y”字形布置，坝前设置2个冲沙孔，1号、2号冲沙孔尺寸分别为1 m×2.5 m和2 m×2.5 m，冲沙孔底板高程1621 m，汇至3号冲沙孔，尺寸为3 m×2.5 m。

2.2 事故背景

2019年8月20日，汶川县突发强降雨特大山洪泥石流灾害，龙潭水电站发生漫坝险情。由于机房内渗水严重，淤泥已到坝下2 m位置，洪水位达坝上4 m，可能随时发生溃坝失稳。

此时，泄洪闸固定卷扬机已无法完成启闭动作：结构上，金结专家考虑到泥沙、砾石和树木的混合体介质在门前淤堵的情况，估算启门力需达到3000～4000 kN，而水工专家计算得出启闭机房大梁的承载力只有1440 kN；电气上，由于启闭机房严重泡水，闸首工作电源和备用电源全部失效，从现有设备考虑，泄洪闸已无法开启泄洪。

2.3 工程应用

现场应急指挥部针对上述情况，决定采用由液压千斤顶辅助无电液压应急操作器驱动的弧门启闭机，共同加载形成合力，提升闸门。

图4 龙潭水电站漫坝事故Fig.4 Dam overtopping accident of Longtan hydropower station

洪水稍退后，救援人员和设备通过汽车吊进入泄洪闸启闭机房内，将无电液压应急操作器安装就位。拆掉泄洪闸固定卷扬式启闭机电动机与减速器之间的联轴器，将减速器的高速轴直接与无电液压应急操作器输出轴连接，利用无电液压应急操作器转动泄洪闸固定卷扬式启闭机，进而开启闸门泄洪。

2019年9月2日完成第一个千斤顶行程，闸门开度0.95 m，无电液控应急操作器驱动的弧门启闭机提升力保持1160 kN，3个千斤顶加载3×700 kN，此时门楣顶部出水，但闸门底部未出水。第二个千斤顶行程闸门开度1.1 m，门楣先出水，但液压千斤顶被水头淹没无法工作。此时经过无电液控应急操作器单独进行多次闸门起升、下降操作，闸门前泥沙松动，大量冲出，现场险情有所缓解。底部出水后，顶部出水减小，实施第三个千斤顶行程，此时现场仅有1个千斤顶有条件加载700 kN，另外2个千斤顶由于水淹严重无法继续工作，无电液控应急操作器提升力保持1160 kN，总提升力为1860 kN，泄流量增大。第四个千斤顶行程闸门开度1.35 m，仅有1个千斤顶加载500 kN，无电液控应急操作器提升力继续保持1160 kN，总提升力为1660 kN。当天估计泄流量50 m3/s～60 m3/s，翻坝水流减小，坝前水位有所下降，国道已露出水面。抢险过程中，无电液控应急操作器充分发挥无漏电风险、连续作业、低转速大扭矩及最大限度对现有启闭机进行扩容等优势，达到原始容量2×250 kN的2.7倍，克服了灾害带来的种种困难，经过反复试提，使闸门前泥沙松动，成功过流。在破除1号闸门叶与门楣之间的淤堵树木等杂物后，无电液控应急操作器驱动的弧门启闭机单独启门，将闸门提至全开，完成应急提门任务，电站险情彻底解除。

2.4 应急操作器选型计算

四川龙潭水电站抢险中，采用2×250 kN-15 m固定卷扬式启闭机启闭，其参数如表1所示。

应急操作器选型功率为：

图5 液压千斤顶辅助无电液控应急操作器方案示意图Fig.5 Scheme of non-electric hydraulic control emergency op⁃erator assisted by hydraulic jacks

图6 无电液控应急操作器在龙潭抢险工程中的应用Fig.6 Application of non-electric hydraulic control emergency operator in Longtan emergency project

表1 固定卷扬式启闭机参数Table 1 Parameters of fixed winding hoist

式中：P电机为电机功率，7.5 kW；SF为增容系数，1.15；P应急为应急选型功率。

根据选型功率选用HGTD-40无电液控应急操作器，其主要参数如表2所示。

表2 应急操作器主要参数Table 2 Main parameters of emergency operator

根据HGTD-40相关参数，计算得到启升闸门速度为：V应急=V固卷×n应急/n固卷=1.5×176/705=0.3745 m/min，启升速度约为原启升速度的1/4。

3 结语

制定针对某一类突发风险隐患的专项应急预案，以及针对重点危险的现场处置方案，形成完善的应急预案体系，是突发事件来临时快速响应的基础。汶川龙潭电站克服失电条件，采用无电液控应急操作器成功实现开闸泄流，解除险情，是对水利水电工程应急提门的一项创新突破，方案安全可靠，便于现场实施，为后续类似应急抢险工作提供了借鉴和参考。