浅谈水电站升船机运行风险因素与对策分析

刘骁

摘 要：升船机是利用机械装置升降船舶以克服航道上集中水位落差的通航建筑物，现已在我国内河航道得到了广泛的应用。在升船机运行过程中存在一些风险因素，会影响到它的正常运营。基于此，以贵州的乌江沙坨水电站的升船机为例，分析该水电站升船机在运行中存在隐患，并对提升升船机的安全运行、设备可靠性等方面提出改善措施，为类似风险防范提供参考。

关键词：升船机；运行安全风险；应对措施

中图分类号：U642.3                                 文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2023）05-0056-03

0 引言

当前我国水电站行业的发展还是存在一定的问题，比较突出的问题便是升船机在运行过程中的风险。如果这些问题得不到妥善解决，将会给人们的生活带来极大的困扰。为了保障我国内河正常运行，需要及时解决水电站升船机在运行过程中遇见的问题[1]。

1 项目概况

沙沱水电站位于贵州省沿河县城上游约7 km处，是乌江干流的第九级梯级电站，距上游思林水电站约115 km，距下游彭水水电站约108 km，距乌江河口重庆涪陵区约255 km。电站总装机容量1120 MW（4×280 MW），保证出力322.9 MW，多年平均发电量45.52亿kW·h。电站枢纽由碾压混凝土重力坝、左岸引水发电系统、厂房、右岸垂直升船机等组成。

沙沱水电站工程规模为二等大（Ⅱ）型工程，它采用全平衡的钢丝绳卷扬式的垂直式升船机，该升船机上的主体设备主要包括了承船厢、主提升机、平衡重系统还有其他的辅助设备。自从沙坨水电站通航系统正式通行以来，该升船机的性能能够满足基本的要求。但是因为该升船机的设计、运行维护以及设备管理上存在的不足，导致该升船机在运行中也存在着一些不稳定的因素，这些因素也暴露出来了一些安全隐患。

提升通航系统的安全性，需要对其进行存在的隐患进行排查，并提出针对性的措施。本文通过阐述贵州乌江沙沱水电站升船机运行过程中存在的问题与风险，并据此提出相应的解决措施。

2 升船机简介

2.1 升船机构成

贵州乌江沙沱水电站电子升船机依次布置有上游引航道、上闸首、升船机主体建筑物、载水质量约3 300 t的承船厢、下闸首和下游引航道。不计引航道长度，升船机全线尺寸为55 m×10.8 m×1.6 m，本体段内船厢池底板高程为281 m，宽17.6 m，长70.1 m，本体段两侧边墙高程96 m以下为混凝土实体结构（内有平衡重孔），以上为空心板梁结构。本体段内设备层高程为377.0 m，设备层的下游端为升船机控制室。设备层以上为排架结构，设一桥机对各设备进行水平运输[2]。

升船机主要设备如下：①计算机数据采集、处理和控制系统；②上、下闸首挡水门及其液压启闭机；③主提升系统、主拖动控制系统及平衡重系统；④承船厢及其卧倒门、撑紧装置，防撞梁及液压启闭系统，安全锁锭装置及锁锭钢梯；⑤挡水门对接锁定装置、密封框装置、拉紧装置，及卧倒门液压启闭系统，承船厢排水泵系统；⑥检测系统；⑦消防系统；⑧工业电视及广播系统；⑨集水井排水系统等。

2.2 主要技术参数

沙沱水电站升船机型式为全平衡钢丝绳卷扬式垂直升船机，设计指标见表1。

2.3 设计通航运行条件

沙坨水电站升船机的上游最高通航水位（水库正常蓄水位）365.00 m，上游最低通航水位（水库死水位）353.50 m，下游最高通航水位300.38 m，下游最低通航水位289.62 m，最大通航设计水头75.38 m。

最大出库流量4 420 m3/s，相应下游最高通航水位365.0 m，其中最大出库流量4 420 m?/s为设计值，沙沱升船机已实际检验过闸最大出库流量为2 000 m?/s，对应水位约292.60 m。最小出库流量228 m?/s，相应下游最低通航水位289.62 m。

通航净空尺度中，通航净高9.6 m，通航净宽12 m。上游引航道底高程350.5 m，上游引航道最小水深3 m，上游引航道最大水深14.5 m。下游引航道底高程286.62 m，下游引航道最小水深3 m，下游引航道最大水深13.76 m。口门区水面最大纵向流速≤2.4 m/s，最大横向流速≤0.35 m/s，回流流速≤0.45 m/s影响[3]。

3 运行安全风险分析

3.1 升船机下闸首系统安全风险

升船机下闸首的工作大门想要适应下游通航水位300.38～289.62 m变化，对此可以通过8个锁定位的調整来实现，当下游的水位达到了通航的要求之后，就可以进行下闸首与升船机船厢的对接。正常来说，升船机的船厢的载荷水深为2.5±0.1 m。当船厢与下游的水位进行对接之后，电站发展负荷幅度调整、发电机的故障等因素都会影响到下游水位，进而影响到船厢的水位产生变化，造成船舶搁浅。船厢水位产生变化之后，也会导致船厢和配重块的重力不平衡，对安全制动器装置的制动力造成影响。

当前在贵州江沙沱水电站电子升船机会采用固定负荷的方式保证在下游水位对接的时候保证水位平稳，但是机组跳闸甩负荷、电网故障出力突变造成的下游水位突降情况发生的可能性是没有办法避免的[4]。

3.2 升船机设备故障风险

一方面是设备故障处理率低。试通航初期设备故障处理由施工单位负责，为了不影响运行，对于故障多采用复位、屏蔽信号等方式处理，故障没有及时、彻底消除，设备故障处理率低，大量故障重复发生，升船机经常运行中断，导致船舶过机设备运行历时增加，降低了升船机运行效率[5]。虽然升船机管理处接手后处理了一些故障和缺陷，但总的故障发生率还是比较高，还需要一定时间来进行设备整改和消缺。

另一方面是设备设施维护率低。贵州乌江沙沱水电站升船机设备设施众多，维护量大，试通航初期由施工单位负责维护，由于施工单位人力资源有限，也没有意愿进行全面系统地维护。设备设施维护率低，很多设备从安装后就没有进行过维护保养，导致设备运行工况差，易出现问题[6]。

3.3 工作人员队伍建设存在不足

我国经济逐渐发展起来以后，水力发电行业开始发展，在对升船机进行管理的工作人员在技术以及经验方面并不能单独进行作业，水电站的工作人员建设存在较多不足，为了改进这种状态需要及时进行培训以保证升船机的安全运行。如果对升船机进行管理的工作人员并不进行技术培训将会给该设备的运行以及航运事业带来较大阻碍[7]。

4 加强水电站升船机运行管理的建议和对策

4.1 升船机承船厢与下游对接安全措施

针对升船机的船厢和下游水位进行对接的时候存在的问题，结合贵州江沙沱水电站电子升船机的实际，运行情况可以从以下两方面进行改善。

一是需要固定机组的负荷。在下闸首进行对接的时间段内，固定机组的负荷，确保不会导致下游水位出现较大变幅，确保通航的安全性及连续性。目前沙沱水电站工程是由贵州电網最主要的调峰调度单位，调峰任务较重，想要固定机组的负荷，至少要在通航前一周进行申请，且固定负荷时间段要设置在每日9：00～11：00时及16：00～18：00。但长期通过固定机组负荷来确保通航安全，会对电站负荷调整产生较大影响，所以该做法只适应于当前过坝船只较少时段。

二是在升船机下闸首的下游加装上挡水闸门。沙沱水电站下闸首下游引航道全长413.0 m，底高程286.62 m，依次布置有导航段、调顺段及停泊段，宽度由12 m逐渐扩大至38 m，并设有系船墩、隔流堤及导航墙等建筑物。下游引航道以下为口门区，口门区与下游主航道相接。在下游引航道的右侧要各布置4个靠船墩，方面双向运行的船只在等待过闸停泊的时候使用，另外还可以下游引航道增设一道工作闸门，满足全天正常通航与电网调峰互不干扰的要求。当船只进入引航道之后落下该闸门，避免机组负荷对下游对接时产生影响[8]。

4.2 调试和运行期间的风险分析及预控措施

承船厢与外部硬连接承船厢与外部硬连接情况如下：①承船厢与闸首挡水门对接锁定未退到位。②撑（顶）紧装置未退到位。③对接密封装置未退到位。④齿轮与齿轮间有硬物。⑤安全锁锭块未退到位等情况，将对承船厢运行造成严重损害。

在对升船机进行检修的时候，升船机的运行人员需要应检修人员的要求，解除部分闭锁条件。升船机运行之后的检修需要检修人员针对这些部位的设备的状态仔细检查，全部合格、确认安全性之后才能进行承船厢的整体升降操作。

承船厢发生滑移，很多时候是承船厢没有保证平衡，导致承船厢朝着较重的一边进行偏移，如果没有及时发现此类情况的话会造成非常严重的后果。

针对承船厢发生滑移的情况，可以采取的措施有如：①升船机操作规程明确规定，手动操作不得松开工作制动和安全制动。②局部自动和远程自动，在顺序控制程序中，只有制动就位、升船机正常运行后，工作制动器和安全制动器依次松开。③主升程控制程序增加保护程序。若主拖动系统未启动，二次制动器从故障保护柜启动，确保车厢滑动不会发生事故。

升降船下游最低通航水位为6 m，承船厢及下游对准后，从船舱底部的最小船舱为0.3 m，船舱运行速度12 m/min。如果主牵引系统故障不能正常减缓保护，就有底部事故的风险。

风险预控措施有：设置主提升控制程序距目标减速6 m，当车厢向下12 m/min，目标对准时，试验测量距目标3 m，车厢速度降至6 m/min，继续减速向下对位。这样即使主阻力控制系统失控，操作者可根据底部速度发现第一站，执行事故二次制动保护，车厢有足够的滑动行程，也不会发生触底事故[9]。

4.3 加强工作人员队伍建设

对于管理升船机的工作人员需要加强其专业技能，虽然在水力发电方面，我国已经取得较大进步，但是与西方发达国家之间存在差异。为了提高技术可以组织工作人员定期学习，如果资金足够可以聘请国外的技术人员来进行技术指导或者开展教学工作。由于在升降机操作管理方面缺乏丰富的实践经验，操作人员需要不断探索和加强现场应急处置培训，使每个操作人员能够掌握升降机的安全操作风险，并迅速妥善处理，确保升降机的安全操作。为了保证工作人员定期开展技术培训的效果可以采取考核制度，从而对工作人员的技术进行考核，不能仅参加技术培训而不考虑培训结果。在选拔人才的过程中可以利用考试的形式来进行职位晋升，只有具备专业技术的人才才能够胜任对升船机的管理工作[10]。

5 结束语

升船机是水电站运行中非常重要的设备，以沙沱水电站升船机为例进行分析，发现该升船机存在下闸首与升船机船厢对接风险、升船机设备故障及水电站工作人员队伍建设不足等问题，并针对性地提出了闸门系统和平衡系统安全措施，调试和运行期间发现的风险分析及预控措施以及加强工作人员队伍建设，从而有效保证升船导航系统的安全稳定运行。

参考文献

[1] 杨发建.向家坝水电站升船机船厢室段EL393.0m纵横梁施工方案比选[J].珠江水运，2022（17）：84-86.

[2] 孙志峰，高策，陈诚.向家坝水电站升船机运行管理[J].水力发电，2022，48（5）：115-119.

[3] 张茂林.彭水水电站升船机运行安全风险与应对措施分析[J].电工技术，2021（24）：195-196+199.

[4] 燕超.彭水水电站升船机承船厢上锁定装置远程控制技改论述[J].电工技术，2021（21）：14-15+19.

[5] 陆永亚，黄金根，李倩.构皮滩水电站升船机船厢下水和浮运技术研究[J].人民长江，2021，52（9）：143-147+154.

[6] 吴华明.岩滩水电站250t垂直升船机充泄水装置优化改造[J].红水河，2020，39（6）：114-116.

[7] 陈志敏.构皮滩水电站第三级升船机高空施工安全防护措施[J].科学技术创新，2020（32）：131-132.

[8] 邓键，凌德贵.向家坝水电站升船机技术管理探索与实践[J].中国水运，2020（9）：90-91.

[9] 何海波，狄宗向，胡亿兵，等.向家坝水电站非恒定工况下升船机对接风险防控[J].中国水运，2020（9）：104-105.

[10] 唐跃.向家坝水电站升船机维护保养研究[J].中国水运，2020 （9）：119-121.