水电站水闸闸门改造设计分析

宇如琼

全椒县上九连电站 安徽全椒 239500

水电站地中的水闸闸门是水电站中的重要组成部分，通过改造水闸闸门，能够提升水电站的发电效率和保证水电站的安全性，还可以降低水电站的能耗。因此，需要通过对水电站的水闸闸门进行改造，优化水电站的运营。

1 水电站闸门概况

某水电站是重要的大型枢纽工程，主要用途为发电，同时也有旅游、养殖和航运等功能。该电站每年是发电29亿千瓦时，装机容量为800MW，水电站共有15个闸孔。其在正常工作中，下水头为6.5米，水流会呈现出宽顶堰的模式。在工作过程中，利用闸门开闭控制排泄水量，水电站设置4台移动式启闭机来对水闸的调度进行控制，满足排泄水量控制的要求，需要对工程进行维修时，也比较方便。该工程属于低水头工程，堰顶相对河床的高程并不高，所以如果上游处在正常的蓄水水位，则下游的水深在闸门打开之后也不具备形成面流的条件。为了满足闸坝在运行过程中可以发挥出枢纽的作用，本工程在水电站的管理工作中，所有的天然来水都会应用到发电中，因此天然来水并没有达到流量要求的其工况下就不会开启闸门；由于天然来水比机组引流的发电量更大，因此在管理过程中，可以打开一部分放出多余的天然来水；而且，如果天然来水的流量超过1000m3/s，则为了保证安全，就需要打开所有闸门并停止发电工作；如果发电站出现停电事故，就必须要马上开启闸门，通过放泄保证发电的电流量，以避免出现上游水位出现闸门漫顶的情况，并防止下游出现水量不足导致航运受到影响。

2 闸门改造中闸坝消力池尺寸的设计

2.1 闸门改造原因分析

在本工程中的消力池、闸坝都是在沙基上建立，容易在施工过程中出现围堰和放量过大等问题。如果将单孔闸门打开，消力池的尺寸就要控制在4×25.5米，在施工过程中有一定的难度，因此需要做好对消力池尺寸范围的控制工作。消力池的长度和深度与闸门高度成正比例关系，因此在闸门的高度下降时，对消力池的长度和深度需求也会随之降低，因此，这也就需要改变闸门的尺寸[1]。

2.2 闸门改造设计分析

根据对该水电站作为枢纽运行调度的情况，以及分析周边江河的流量，如果天然来水的流量超过1000m3/s，发电站的所有闸门都会开启，闸门下部的水位将过超过10.89米，而且为了能够将所有的水量都卸出水，还需要停止水电站发电。在闸坝的闸门全部开启，并且开度达到0.1，那么闸坝闸门的流量会超过1000m3/s，随着上游水量的宣泄，下游水位也会不断提高，上游水位的下降会导致对消力池的影响降低，达到控制消力池尺寸的目的。而另一方面，在闸坝的闸门开启之后，如果流量超过了1000m3/s，那么消力池的结构则不会因为流量增大而受到破坏。所以结合上述分析，发现如果将所有的闸坝、闸门的开度控制在e=0.1H，而且闸坝闸门开启的数量超过9孔，就会出现上游水量宣泄时发生淹没式水跃。

2.3 分析结论

在结合水电站的运行调度情况和河流流量的关系情况，可以进一步证明利用闸坝闸门的尺寸改造对消力池的长度和深度进行控制。而通过该方法，在对消力池尺寸进行有效控制的同时，也能避免破坏消力池[2]。对于本工程的情况，结合沙基基础的特点，消力池的长度应该控制在16.5米以下，深度为2.2米，通过计算获得了闸门的开启都应该控制在0.1，因此闸门的开启度e为0.65米，之后通过对降水季、洪涝灾害等各种自然环境的破坏情况进行分析，以此对开启进行进一步的优化。根据工程的实际情况，如果继续增加消力池和消力敦装置，就要将消力池的深度控制在2.0米，以及还要把长度修改为16.5米，射流过渡段控制在7.4米。

3 正常运用二台机运转状况

水电站的二台机在正常运转时，需要将闸门的开启度控制在e=0.65米，一旦来水的流量超过1000m3/s，此时闸坝的闸门必须全部开启，并且闸坝闸门之间的开度差也要控制在0.65米以内。在实际工作的过程中，由于当地水文条件、天气状况、地质条件的影响，可能会有一些非正常情况出现，此时就需要重新计算闸坝闸门的开度。

对于天然来水流量在二台机出力80%以下的情况，如果突然有停机事故出现，就要开启四扇闸门，以便保证上游水流量可以得到宣泄，在流量和发电机流量相同之后才能结束闸门的开启，并且开启的过程中，需要将最大开启度控制在0.25米以下。

在流量位于二台机处理80%的情况下，并且满载发电机的额定流量178m3/s的情况下突然出现了停机的情况，需要马上将启动4台开闭机，并且直到闸门开启度达到0.25米之后才能结束。另外的四扇闸门也要根据情况对启闭机进行控制并适时开启，且要将闸门的开启度控制在0.25米以内。

在天然来水流量位于单机满载发电的额定流量和两台机满载发电的额定流量之间时，则必须立即开启四台开闭机，将闸门的开启度控制在0.55米对水电站的另外4扇闸门也要进行启闭机移动开启，并且将闸门的开启度控制在0.55米以内。

如果天然来水流量在两台满载发电机额定流量以上，并且在600m3/s以下，也要马上开启4台启闭机，直到闸坝闸门的开启度达到0.65米后才能结束开启，并且另外4扇闸门也要进行移动开启，并且将开启度控制在0.65米以内。

最后，在天然来水的流量位于600m3/s和1000m3/s之间，则需要将所有的闸门都开启，并且控制开启度在1.3米以内，而且要保证各个闸门之间的开启度差控制在0.65米以内。

结合上述控制策略对闸门的开启度进行重新优化设计，对电站的闸门开启停机使用了15台固定式启停机，在拥有更高经济效率的情况下，闸门的控制、开启调度也会更为灵活，这些对于保证水电站安全的同时，还可以使其获得更高的发电效率。

4 结语

结合以上实例分析，在对水电站的闸门进行改造设计时，应该做好对闸坝消力池尺寸的控制，而在选择启闭机时，应该以固定式启闭机和移动启闭机优先，使整个工程可以具有更高的工作效率。