荒沟抽水蓄能电站尾闸室金属结构设备布置与设计

周 兵，谢振峰，袁 伟

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 概 述

荒沟抽水蓄能电站，位于黑龙江省牡丹江市海林市三道河子乡，下水库为已建的莲花水电站水库，上水库为牡丹江支流三道河子右岸的山间洼地。站址距牡丹江市145 km，距莲花坝址43 km。

电站枢纽建筑物主要由上水库主坝及副坝、输水系统和地下厂房等组成。电站装机容量1200 MW，上水库总库容1161×104m3。

2 布置及设计

2.1 设 备

尾闸室金属结构设备由孔口尺寸4.7 m×4.7 m平面滑动事故闸门，事故闸门腰箱，事故闸门液压启闭机，事故闸门充水阀、充排气阀，设备检修及安装用桥机等组成。

2.2 尾水事故闸门位置

尾水事故闸门是设置在尾水调压井中还是设在单独的尾水闸门室中，曾进行了对比论证。尾水隧洞为两机一洞，事故检修闸门如设在尾水调压井中，采用闸井结合的方式，由于尾水调压井离主厂房远，机组检修时的排水量与充水量较大，运行、检修很不方便。由于尾水调压井水位波动较大，闸门在水中因涌浪影响，有可能浮起或掉门，势必将闸门置于较高位置，其结果无法在短时间内关闭闸门，将直接危及机组安全运行，造成水淹厂房事故。此外，调压井内湿度很大，会影响机械设备的使用寿命和电气设备的正常运行。如采用单独的尾水闸门室布置尾水事故检修闸门的方式，则上述问题都可得到解决，从运行灵活和事故排水角度考虑，最终选定单独设尾水闸门室的方案。尾闸室设在主变洞与尾水调压井之间，布置在机组下游侧99.7 m处。

2.3 尾水事故闸门的作用

尾水隧洞较长，水泵水轮机淹没深度较深，尾水管置于较低高程，相对下池正常高水位低86.8 m，为防止下游尾水淹没厂房造成人身事故与设备的损失，可关闭此事故闸门截断水流。机组运行时出现偶然事故（如机组技术供水管破裂）或正常检修时，可关闭此事故闸门截断水流。

2.4 充水阀、充排气阀

尾水事故闸门设置有旁通充水阀及充排气阀。

1）充水阀及管路。旁通充水阀及管路，由两只串联球阀及不锈钢管组成，两只球阀布置在139.90 m高程的平台上，通过不锈钢管分别连接在尾水闸门槽上的上、下游侧，用于尾水闸门静水启门充水平压使用。球阀型式为固定球阀，手电两种驱动方式，法兰连接形式，球阀应有足够的强度和刚度，阀组装后应动作灵活、操作平稳，并在各种工况下关闭和开启时无有害震动，球阀必须能在现地操作，也能由中央计算机监控系统控制。球阀应有开启和关闭位置信号、反映球阀充水后阀门前后压差的信号装置。连接管路材料为不锈钢，为便于安装，在球阀前或后应设管道伸缩器。

2）充排气阀及管路。用于尾闸室的充排气。充排气阀及管路由充排气阀、球阀及管路组成。充排气阀的阀体、阀盖为球墨铸铁，活塞、浮球为不锈钢，充排气阀的进气、排气和封水操作都应灵活可靠，关闭后封水须严密。充排气阀的法兰应和进排气管的上部法兰相连接，进排气管的下部法兰应和球阀的法兰配合。球阀型式为固定球阀，手电两种驱动方式，法兰连接形式。结构形式为固定球。连接管路材料为不锈钢。

2.5 事故闸门

一台机组设置一扇事故闸门，共计4扇事故闸门。

1）设计参数

孔口型式： 潜孔；

孔口尺寸： 4.7×4.7 m；

底槛高程为： 127.20 m；

设计水头： 107 m；

操作条件： 动闭静启；

平压方式： 旁通充水阀；

吊点型式： 单吊点；

孔口数量： 4孔；

闸门数量： 4扇；

闸门主要材料： Q345B；

启闭设备： 3600/1250 kN液压启闭机

2）事故闸门结构。事故闸门按一台泵运行失电尾水调压井产生的涌浪水位设计，设计水头约为107 m。闸门采用平面滑动、复合材料滑道支承形式，操作方式为动水闭门，静水启门，利用水柱压力闭门，旁通充水阀充水平压，启门时允许水头差不大于1 m。该事故闸门主体结构材料采用Q345B。该闸门门叶为焊接结构，门叶主横梁为焊接组合箱形梁，纵隔板为实腹T型焊接结构，面板及侧，顶止水布置在厂房侧，闸门侧止水为“P”型橡皮，底止水“Ⅰ”型橡皮。事故闸门按运输单元分2节制造，现场安装时拼成一体。

事故闸门平时置于孔口以上的腰箱内，其底缘距孔口顶部不小于0.5～1.0 m，以备事故关闭。另外考虑到球阀关闭不严产生漏水，事故闸门承担上游过高的水压力，闸门设置了泄压装置。另外，要求在电气控制上设置联动装置，以保证只有在机组前球阀完全关闭的条件下，才能进行闸门操作。

3）事故闸门腰箱。因事故闸门为高压闸阀型式，门槽段及其上下游部分洞段采用钢板衬护，与引水洞钢衬连接为一体，在满足结构安全的前提下阻止外水渗漏。腰箱及其顶部密封盖为钢结构，顶部密封盖采用双道“O”型圈密封，顶盖及与其配合的底板要严格按设计要求进行制造、加工、安装，保证其密封性能。

2.6 事故闸门启闭机

选用3600/1250 kN（启门力：1250 kN，持住力：3600 kN）单吊点液压启闭机操作，启闭机布置在139.90 m高程液压启闭机室内。每扇尾闸闸门由单缸液压启闭机操作启闭，液压启闭机为双作用液压缸。油缸垂直安装固定在尾闸室事故闸门液压启闭机平台上，液压启闭机支架为腰箱顶盖，液压机与机架连接方式为螺栓连接。液压启闭机上端通过油缸上的法兰固定在腰箱顶盖的底座上，液压启闭机下吊头通过销轴与事故闸门连接。吊头结构采用铜基镶嵌自润滑轴承，4台液压机共1套液压泵站操作和控制，泵站设2套油泵电机组，互为备用。配备一套行程测量装置及一套行程开关对液压机进行有效保护。设有1套现地控制系统，预留远程控制接口，可现地或远程控制和操作事故闸门。事故闸门采用平面滑动、水柱压力闭门配合液压启闭机操作避免了调试阶段闸门关闭不严及液压启闭机行程测量装置测量基准点变化的问题。

2.7 桥 机

在尾闸室151.60 m高程设置有750/200 kN检修桥机1台，用于设备的安装及检修。由于工程总体布置、运行方便、发电机层美观整洁的要求，机组平衡梁在设计时考虑存放在尾闸室，由750/200 kN检修桥机进行吊运。

3 结 语

在汲取相关已建抽水蓄能工程尾闸室布置设计经验，摒弃设计中所存在的问题的基础上，经多次方案比较、优化，最终确定平面滑动事故闸门配液压启闭机方案，可满足工程的使用要求，使电站的运行更加安全，同时此设计方案为类似工程提供可借鉴的经验。