水力自动翻板坝在杨墩水电站的应用与改造

徐雅珍(建瓯市水利局，福建建瓯353100)

水力自动翻板坝在杨墩水电站的应用与改造

徐雅珍
(建瓯市水利局，福建建瓯353100)

摘要:结合杨墩水电站出现的一起事故，对水力自动翻板闸门运行稳定性进行分析，提出防止拍打的技术措施，以保证大坝的安全运行。图1幅。

关键词:小水电站;水力自动翻板闸门;液压设备;减振措施;运行管理;改造

1　电站概况

杨墩水电站地处福建省建瓯市徐墩镇境内，是崇阳溪的末级电站，总装机容量10.2 MW。坝址以上流域面积5 211 km2，正常蓄水位113.5 m，工程防洪标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。在不同洪水频率下，上游水位: P = 0.5%时，h =123.10 m; P =1%时，h =122.15 m; P =3.33%时，h = 120.70 m; P = 5%时，h = 119.83 m。枢纽建筑物坝顶全长264.375 m，从左至右依次为:左岸混凝土重力坝、发电厂房、冲沙闸、水力自动翻板坝(见图1)。共设翻板坝16孔，每孔尺寸为9.0 m×4.5 m (宽×高)，工程于2008年6月下闸蓄水发电。

2　事故现象

2010年5月22日至23日，上游地区大范围普降暴雨，24 h内过程雨量达139 mm，局部达200 mm以上。杨墩水电站水库下游水位达116.42 m，上游水位117.12 m，根据上游建阳水文站资料，本次洪水应属于20年一遇的洪水，尚未达到30年一遇的设计洪水过程。但是，由于此次洪水使翻板闸门的板面(上例)大部分断裂，个别翻板坝支墩损坏，致使水库无法正常蓄水发电，造成公司巨大经济损失，直接与间接损失近千万元。

图1　翻板坝结构示意

3　事故原因分析

通常情况下，水力自控翻板闸门的振动主要有以下3类情况:第一类是微幅随机振动，是在水流脉动压力作用下引起的微幅随机振动，属强迫振动。第二类是有限范围的不稳定振动，当闸门顶溢流水头达到一定深度时，溢流水舌出现不稳定现象，从而引起闸门产生自动振动。第三类是大幅度“拍打”闸门造成的振动，这主要是受上下游压力的交变作用产生的拍打振动。

经分析，我们认为此次翻板坝闸门损坏的主要原因是由于大幅度“拍打”引起的，即上述的第三类原因。

4　改造技术措施及管理办法

根据翻板闸门损坏的原因，咨询了国内翻板闸门较有生产经验的企业与研究机构，找出了解决问题的技术方案。4.1增加翻板闸门的结构强度

根据200年一遇洪水校核的标准，翻板闸门最大承受压力达到约3倍的闸门高度，为此，从翻板闸门的支墩、支腿、闸门等的设计中加大配筋和相应的宽度与厚度，满足最大的承载。

4.2建立门体的水工模型，在不同运行工况下对稳定性进行分析，以便更加合理设计门体结构

由于门体的拍打主要体现在两个方面:一是发生在刚开启或全关时，二是发生在全开时门板支腿与支墩的拍打。根据厂家设计的门体结构，委托浙江省水利河口研究院在不同运行工况下，测定了闸门的启门水、回关水位、泄流能力等，并重点分析出不同上下游水位组合情况下闸门开度情况及其稳定性，以满足工程需要。最终结果:全开时，最大倒平角为140°;特别是全开时，若最大倒平角太大不利于泄流要求，太小则不利于门体稳定，易造成拍打。

通过实验建议提出如下两项减振措施:其一，建议支腿伸出门顶高度适当增加，有利提高小流量运行，改进门体局部开启时门体内部补气效果。其二，在支墩上增设防振橡皮垫，以减小支腿在振动时与支墩的“拍打”力，从而保护支腿不易撞损。4.3增加液压设备，人为地对闸门的状态实行可控，避免拍打现象

为确保门体倒平角在140°以上，增加了液压设备，以增加闸门运行的稳定性。改造后，杨墩水电站共计12孔翻板闸门，按照以下设计原则进行:

(1)共分3个液压控制系统即每个系统控制4扇翻板闸门，这样可以避免有一扇翻板闸门液压系统故障，如软管破裂等影响其他翻板闸门的可靠性。因为翻板闸门液压缸在运行时处在洪水淹没内，若软管破裂，可能使液控系统油箱中的油产生混水。

(3)单孔开启全行程(无水压时)的时间取15 min，计算出其流量为Q，即15Q = 2IS。其中，I为液压杆全行程，S为有杆腔受力面积(即液压缸截面积－液压杆的截面积)。

(4)泵站选型。泵的流量为4Q，最大压力为1.5FS，电功率Pkw=其中，P单位

N为MPa，Q单位为L/min (考虑4扇门同时开启)。

(6)考虑到液压管埋在坝体，今后难以维护，建议采用不锈钢管。液控系统在设计时，除充分考虑上述因素外，还考虑如下三方面:其一，设置节流阀，便于调整闸门的开关速度，其二，安装溢流阀，确保液控系统的不产生过压;其三，在电气上采用减载启动、过压保护等安全措施。

4.4认真编制翻板坝运行调度的规定，加强运行管理，确保翻板坝的安全运行

根据现场的实际情况，编制了《杨墩水电站大坝运行规程》，具体重点内容如下:

(1)正常运行(大坝未泄洪)时，液控系统处于自由状态，即翻板闸门处于水力自动控制状态;这样，若大坝突遇洪水，将仍然确保安全泄洪。

(2)当来水量达到开启门水位时，液控系统转入人为控制状态，这样可以避免闸门在小开度时门板与大坝底板的拍打，从而避免闸门撞坏。

(3)当来水量较大，但尚未达到闸门全开时，翻板闸门转入水力自动控制状态。

(4)当来水量继续增大，使闸门将达到全开时，翻板闸门转入人为控制状态，即翻板闸门进入锁定状态，从而避免闸门振动。

(5)随着来水量的减小，当上游水位即将达到回关水位时，翻版闸门转入人为控制状态;这样不但可以减少小开度拍打，还可以提前抬高上游水位，创造更好的经济效益。

5　结语

通过上述技术改造后，大坝经历了多次洪水考验，不但确保了翻板闸门的安全运行，还大大提高了经济效益。

责任编辑吴昊

作者简介:徐雅珍(1965－)，女，工程师，主要从事农村水电技术管理工作。E_ mail: joslxyz@163.com

收稿日期:2016－01－04