龙潭水电站泄洪闸门应急开启方案制定及实施

黄发涛，王 安，谭 啸

(国家能源集团大渡河公司，四川 成都 610041)

1 电站概况

龙潭水电站位于四川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，为一引水式日调节电站。电站总装机容量24 MW，大坝为混凝土坝，坝顶高程1 637.3 m，泄洪闸底坎高程1 622 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，启闭机室底板高程为1 638.5 m。冲沙闸采取“Y”字形布置，坝前设置2个冲沙孔，1、2号冲沙孔尺寸分别为1 m×2.5 m和2 m×2.5 m，冲沙孔底板高程为1 621 m，汇至3号冲沙孔(尺寸为3 m×2.5 m)。坝高20.35 m，正常蓄水位1 636 m，水库总库容为37.96万m3，是一座具有日调节功能的引水式电站，1996年8月3台机组全部投产发电。

2 险情经过

2019年8月19日晚，电站处于正常发电状态，三孔冲沙闸全开，泄洪闸处于关闭状态。

2019年8月20日凌晨2点左右，坝址上游左岸约300 m处的磨子沟发生泥石流，电站进水口拦污栅前后压差在5 min内达到10 m，电厂值班人员马上启动停机流程并停机，同时启动泄洪闸闸门开启模式，在1、2、3号泄洪闸分别开启800、600、500 mm时，大坝失电，冲沙闸和泄洪闸被树枝树干和泥沙堵死，坝顶开始过流，最大过坝流量达到420 m3/s，水位超过坝顶高程4 m。

3 应急抢险提门方案制定

经原设计单位根据图纸复核，启闭机基座处梁板极限承载力140 t，胸墙底部悬臂梁尺寸为8 m×0.8 m，高程1 628.5 m，极限承载力为3×70 t，(三个支点分别为梁中心点、中心点两侧各1.75 m处)，经中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司复核，在库区泥沙淤积满的情況下，泄洪闸门的启闭力为1 471～3 432 kN。据此，抢险工作组制定了3套提门方案，一是利用原设备恢复电源提门操作；二是利用应急操作机构，采用无电液压方式开启泄洪闸泄洪；三是应急操作机构提升+液压千斤顶顶升联合提门方案。

3.1 方案一：利用原设备恢复电源提门操作

采用柴油发电机提供电源，更换电机，电机参数与原设计保持一致，功率为7.5 kW，转速690 r/min。利用坝顶2×25 t固定卷扬机，对2号泄洪闸孔进行提门操作。

3.2 方案二：利用应急操作机构，采用无电液压方式开启泄洪闸泄洪

应急操作机构特点：该装置通过调速阀控制液压泵式液压马达的转速，达到按设定速度控制闸门启闭，并能以一定速度控制闸门提升至指定位置，避免电站闸门系统因故障不能在规定的时间内关闭或开启。该方案采用两套液控应急操作器及其动力单元，一台液控应急操作器与启闭机电机的输出轴连接，另一台液控应急操作器与拆除手摇起升装置后的减速器输出轴相连，具体如图1所示。无电液控应急操作器动力单元能提供充足的提门力，实现在无电源的条件下低速提升闸门，操作机构转速在70～176 r/min范围内可调，最大转速为原电机额定转速1/4。该方案通过逐步调整输出扭矩，逐步增大提门力，在保护闸门起升机构完好的前提下，尝试在其极限承载范围内提升闸门。

图1 无电液控应急操作器布置示意

3.3 方案三：应急操作机构提升+液压千斤顶顶升

若采用应急操作机构，利用无电液压的方式仍无法实现提门，则采取应急操作机构提升+液压千斤顶顶升联合实施的方案，并针对此方案提出了两种措施:①将3台液压千斤顶放置于弧门底坎处，从闸门底部对闸门进行顶推操作。底坎高程1 622 m，而尾水水位1 623.4 m，高于底坎高程，因此，千斤顶在水下布置难度大、危险性高；即使布置成功，闸门提升后将形成过流面，千斤顶只能实施一个行程的顶推。②将3台千斤顶布置在胸墙悬臂处，此高程与门楣顶部处于同一高程，胸墙悬臂宽度近1 m，相较措施一，顶升条件、安全性及可行性更优。比较两措施，决定采用措施②。

液压千斤顶顶升承载为“7”型梁结构(见图2)，单件重约880 kg，共制作3件，制造厂内焊接为整体后运输和吊装至门楣处，现场再分别与闸门中部的3个纵隔板拼接在一起，将液压千斤顶的顶推力传递至闸门上。因千斤顶行程为200 mm，故将“7”型梁的顶升高度制作为9个行程(1 800 mm)，以保证闸门开度。

图2 “7”型梁结构

液压千斤顶系统由千斤顶、液压泵站、操作油管等设备组成，现场共计3台千斤顶，由1台液压泵站集中操作。考虑到现场安全，将泵站布置在坝顶启闭机室，通过30 m油管，将压力同步传递至3台千斤顶。在千斤顶底部放置一块500 mm×500 mm×40 mm的钢板，以增加千斤顶受力面积，另加工30块500 mm×500 mm×20 mm调整垫板，以满足千斤顶连续顶升的需要。100 t级千斤顶压力调整为45.5 MPa，顶升力为686 kN，3台千斤顶顶升力合计2 059 kN，固定卷扬机最大提升力为1 324 kN，总提升力为3 383 kN。顶升装置布置如图3所示。(这4个数据均需换算成单位kN)

图3 设备布置示意

4 操作方案实施过程

4.1 方案一

电机启动后，固定卷扬机运转，钢丝绳受力，闸门未动作，电机过载，提门操作不成功。

4.2 方案二

现场检查减速机正常，将卷扬启闭机无电液控应急操作器安装就位，采用无电液压方式提供动力，实施以下操作：

(1)经现场检查，泄洪闸门、固定卷扬机、钢丝绳等设备完好正常，具备提门操作条件。

(2)将两台应急操作机构分别与电机后出轴和减速器出轴处连接。

(3)采用无电液压方式提供动力(首次压力为4 MPa)，对应启闭力为506 kN开启泄洪闸闸门，闸门无动作。

(4)按照每次增加0.5 MPa压力，逐步增压至9 MPa，启闭力为1 137 kN。提升过程中出现2台操作机构压力不均衡，左侧操作机构压力达到5 MPa，启闭力达到635 kN，右侧压力达到9 MPa，启闭力达到1 141 kN，2台设备间的压力差达4 MPa。因两侧受力不均匀，导致3号泄洪孔右侧固定卷扬机卷筒发生串动，致使提门失败。

4.3 方案三

该方案实施前，将应急操作机构动力单元压力值设定为10.5 MPa，启闭力达到1 328 kN，进行闸门提升操作，闸门无动作，因启闭机基座处梁板极限承载力1 372 kN，且卷筒基座筋板轻微变形，故停止操作。

对卷筒基座加固后，开始对1号泄洪闸采取应急操作机构和液压千斤顶联合提升方案。为避免两侧动力单元出力不均匀，操作前特将动力单元压力值调整至相等数值，待压力值一致后再松开制动器启动提门操作。具体流程如下:

(1)动力单元压力值设定为8 MPa，对应启闭力1 010 kN，启动动力单元，松开制动器，2台动力单元压力一致，液压千斤顶同步顶升，闸门开启120 mm，闸门开度为920 mm时，闸门未过流。

(2)动力单元压力值设定为9 MPa，对应启闭力1 137 kN，启动动力单元，松开制动器，2台动力单元压力一致，液压千斤顶同步顶升，闸门开启140 mm，闸门开度为1 060 mm时，闸门未过流，门楣处开始射水。

(3)动力单元压力值设定为10 MPa，对应启闭力1 265 kN，启动动力单元，松开制动器，2台动力单元压力一致，液压千斤顶同步顶升，闸门开启140 mm，闸门开度为1 200 mm时，闸门未过流。

(4)动力单元压力值保持为10 MPa，对应启闭力1 265 kN，启动动力单元，松开制动器，2台动力单元压力一致，液压千斤顶同步顶升，闸门开启150 mm，闸门开度为1 350 mm时，闸门仍未过流，门楣处射水量加大，约30 min后闸门底部开始过流，流量约为88 m3/s，提门初步成功，继续提升闸门时卡阻。

(5)经检查，弧门面板与门楣间隙处有大量树干(直径约60～80 mm)，堵塞约为门楣的4/5，经处理后，闸门仅用应急操作机构将闸门提至全开位置。

5 结论及建议

(1)龙潭电站泥石流灾后采用液压千斤顶辅助无电液控应急操作器联合提升方案应急提门，克服了现场电源中断，坝前淤积和门叶卡阻严重等极端工况，成功实现开闸泄洪，是对水电水利工程应急提门技术的一种创新和突破。该方案安全可靠，便于现场实施，为后续类似应急抢险工程提供了借鉴和参考。

(2)本次应急提门过程中，由于对水库内泥石流淤积、门叶卡阻情况不够了解，以及对应急操作设备性能不熟悉，在3号闸门提升过程中出现2台操作机构压力不均衡，2台设备间的压力差达到4 MPa，导致3号孔右侧固定卷扬机卷筒发生串动，提门未成功。建议在今后双吊点启闭机应急操作中，采用一套动力单元控制两台应急操作机构，保证应急操作机构压力均衡，以实现同步提门。