水利水电工程失电情况下启闭闸门应急处置措施

贾海波，姜 达，韩 超

（1. 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明650051；2.北京世纪合兴起重科技有限公司，北京102600）

0 引言

中华人民共和国成立后，尤其是改革开放以来，我国水利水电工程建设如雨后春笋，开发数量多，建设速度快，水利水电工程为我国的社会主义建设提供了大量的清洁能源。然而因水利水电工程建设工艺复杂、技术要求高、工期紧、地质条件复杂等特点，使突发紧急事件的发生风险居高不下，无征兆、后果严重及影响范围广是水利水电工程突发应急事件的突出特点，这也是我们在使用其航运、发电、气候调节、灌溉等经济社会效益的同时不得不面对的现实问题。特别是遇到不可控的自然灾害：如地震、山洪、泥石流、雷电、暴雨、台风等，会造成水利水电工程失电（电缆、电机或配电柜损坏），闸门无法正常开启，使泄洪设备及下游人民生命财产面临巨大风险，如何做好水利水电工程泄洪设备应急预案，保证大坝安全成为了电站安全运行的重中之重。

1 “无电液控应急操作器”简介

2008年5月12日四川省汶川县发生8.0级特大地震，部分河段因泥石流形成堰塞湖，造成该地区多座水电站发生电缆折断，机房进水，柴油发电机失效等紧急情况，泄洪闸门无法正常启闭，部分水电站发生溃坝险情，导致电站受损严重，对下游人民造成严重生命财产损失。受这次事件启发，北京世纪合兴起重科技有限公司通过多年调查、总结、试验及研发，于2010年开发出一种“无电液控应急操作器”。其产品特点是不涉电操作，通过液压油路循环实现闸门的启闭功能在突发事件发生时（如雷电、台风、洪水、地震等恶劣条件引发失电）不涉电启闭闸门，作为应急预案的应急设备。

2 “无电液控应急操作器”与传统安保应急设备的区别

启闭机常见故障分为机械故障和电气故障，机械部分运行可靠性较高故障率较低，但电气部分由于不稳定因素较多，可靠性较低，故障率高，常见的有：电动机故障，电气元器件故障，电气控制系统故障，液压泵站故障以及液压元件故障。

当启闭机出现电源故障时，柴油发电机、二次电源可以实现闸门启闭；但当出现电动机故障、电气元器件故障、电气控制系统故障、液压泵站故障或液压元件故障时，柴油发电机，一次二次电源无法使闸门正常启闭。

对于以上所述故障，“无电液控应急操作器”均可实现闸门的正常启闭。二次电源、柴油发电机仅作为电源供应备份；而“无电液控应急操作器”不仅是电源备份，还是闸门启闭设备的操作备份。

3 “无电液控应急操作器”特点

（1）启闭机闭门时，不需要电源和任何外部动力，通过油路循环实现；启门时，使用自带动力单元，通过油路循环实现；

（2）启闭机应急运行速度快，完美替代手摇机构（无电液控应急操作器可达到原电机额定速度的1/5～1/2）；

（3）本产品非工作状态与启闭机断开，不影响启闭机正常运行；

（4）“即插即用”，操作简单；

（5）液压启闭机应急操作器有液压锁功能，闸门可长时间保持在某一位置；

（6）卷扬启闭机应急操作器动力单元可一对多个闸门，实现逐一起升功能，可连续作业；

（7）低转速大扭矩最大限度的对现有启闭机进行扩容，应急启升闸门；

（8）无电操作避免了漏电风险，可防止电源引发的二次事故。

4 实际应用案例

众所周知，闸门启闭机是保障水利水电调峰泄洪的关键设备。泄洪设施能否正常运行直接影响到大坝安全以及下游人民生命财产安全。“无电液控应急操作器”自问世以来，已多次参与泄洪应急抢险，全部实现开闸泄水并及时解除险情。

（1）在四川龙潭水电站抢险上的应用

2019年8月20日，四川省阿坝州汶川县突发强降雨引发特大山洪泥石流灾害，龙潭电站发生泥石流淤堵大坝过流险情。淤泥达到坝下2 m的位置，最高水位达到顶约4 m，抢险队员进入机房后，仍有渗水的情况，当时机房内最高水位达到30 cm，中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司金结专家考虑到由泥沙、砾石、树木的混合体介质导致门前淤堵的情况，估算弧形闸门需要启门力达到3 000～4 000 kN。同时水工专家给出结论，启闭机房大梁的承载力只有1 440 kN。

现场应急指挥部决定采用“液压千斤顶”辅助“无电液压应急操作器”驱动的弧门启闭机，共同加载形成合力，提升闸门的方案。

图1 8月22日无人机航拍龙潭电站现场照片

9月2日，完成第1个千斤顶行程，闸门开度0.95 m，“无电液控应急操作器”驱动的弧门启闭机提升力保持1 160 kN，3个千斤顶加载3×700 kN，此时门楣顶部出水，但闸门底部未出水。第2个千斤顶行程闸门开度1.1 m，门楣保持出水，但“液压千斤顶”被淹没无法工作。经“无电液控应急操作器”单独进行多次闸门起升、下降操作，闸门前泥沙松动，泥沙大量冲吐，现场险情有所缓解！底部出水后，门楣出水减少，才有条件实施第3个千斤顶行程。

图2 提升闸门方案图

进行第3个千斤顶行程，此时现场仅有1个千斤顶可实现加载700 kN，另外2个千斤顶由于被水淹严重无法继续工作，“无电液控应急操作器”提升力保持1 160 kN，总提升力为1 860 kN，泄流量增大。第4个行程闸门开度1.35 m，唯一的千斤顶加载500 kN，“无电液控应急操作器”继续保持1 160 kN，总提升力1 660 kN。当天估计泄流量50～60 m3/s。翻坝水流减小，坝前水位有所下降，此时过道已露出水面。抢险过程中“无电液控应急操作器”在被淹过的启闭机房内充分发挥无漏电风险，连续作业，实现低转速大扭矩，最大限度对现有启闭机进行扩容等优势，达到原始容量2×250 kN的2.7倍，克服重重困难，经多次试提，使闸门前泥沙松动压力减小，成功过流，在破除1号闸门门叶与门楣之间的淤堵树木等杂物后“无电液控应急操作器”驱动的弧门启闭机单独启门，闸门全开，电站转危为安。应急提门任务完成，电站险情解除（见图3）。

图3 1号闸门提门成功

（2）湖南涔天河水库扩建工程是“十二”期间国家水利重点工程，湖南省水利一号工程，该工程在2016年12月30日应用“无电液控应急操作器”在电气控制柜出现问题的情况下驱动启闭机实现导流洞下闸。

（3）郑州市引黄灌溉龙湖调蓄工程2号出口闸验收前的调试过程中开启40 cm后因无法正常供电，造成闸门无法关闭底部持续过流，导致下游市政工程和其他引黄工程不能正常施工。2020年1月10日，紧急调配2台液压启闭机应急操作器，1月13日到达现场，“无电液控应急操作器”经软管及阀组连接液压启闭机执行油缸和油箱，通过燃油机带动液压泵组，与液压调控模块配合，应急控制执行油缸动作，经两次下降和提升操作，冲走闸门两侧及底部树枝及杂物，成功关闭闸门，保证了下游市政工程和其他引黄工程安全。

5 列入相关技术规范

相关国家规定对闸门启闭机设备的安全运行提出了严格要求，做出了相关运行可靠性的必要规定，目前“无电液控应急操作器”已被列入到以下相关规范中：

（1）SL74-2019《水利水电工程钢闸门设计规范》第3.1.4强制条文。

（2）NB/T 10341.1-2019《水 电 工 程 启 闭机 设计规范第一部分：固定卷扬启闭机设计规范》第4.0.10条。

（3）NB/T10341.2-2019《水电工程启闭机设计规范 第二部分：移动式闭机设计规范》第4.1.3条。

（4）NB/T10341. 3-2019《水电工程启闭机设计规范 第三部分：螺杆启闭机设计规范》第4.1.10条。

（5）NB/T10072-2018《抽水蓄能电站设计规范》第10.1.3条。

（6）SL722-2015《水工钢闸门和启闭机安全运行规程》第3.3.3条。

我国也陆续颁布实施了一些应急管理方面的单行法，规范准则等，“落实”是一项重要问题，因此，我们还要在相关规定的落实上多下功夫。

6 结论

制定针对某一类突发风险隐患的专项应急预案，针对重点危险的现场处置方案，形成完善的应急预案体系，是突发事件来临时可以快速响应的理论基础；湖南涔天河水库在临近竣工验收阶段由于持续降雨，导致电气系统故障，正是及时采用“无电液控应急操作器”迅速连接启动开闸泄水至正常水位，从而避免了事故的发生；汶川龙潭电站克服失电条件，采用“无电液控应急操作器”成功实现开闸泄流，解除险情，是对水利水电工程应急提门的新思路、新突破，安全可靠，可操作性强，为类似应急抢险工作提供了参考。

水利工程安全运行是经济、社会多方面的要求，泄洪设施启闭设备的可靠性是水利工程安全的基础之一，启闭机“无电液控应急操作器”在龙潭水电站、涔天河水库等工程上的成功应用，说明“无电液控应急操作器”具有良好的实用性及普适性。“无电液控应急操作器”在正常情况下与启闭机断开，对启闭机的正常运行无任何影响；紧急情况下“即插即用”，操作简单，维护方便，进一步提高启闭机可靠性，社会及经济效益突出，应用前景广泛。启闭机“无电液控应急操作器”是电站、水库闸门操作应急预案中至关重要的应急设备，也是电站、水库泄洪或挡水的有力保障。

安全重于泰山，大坝的泄洪闸门能否及时顺利启闭，关乎下游群众的生命财产安全。只有牢固树立“防范胜于救灾”的理念方能做到防患于未然。只有提高“以防为主”的忧患意识，共同努力将小概率事件降至零概率，提前做好应急预案，“宁可十防九空，不可一次不防”，才能确保万无一失。