无电液控应急操作器在郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程的应用

杜军虎，王 斌，姜 达

（1.郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程建设管理处，河南 郑州，450008；2.北京世纪合兴起重科技有限公司，北京，102627）

0 引言

为了保证启闭机供电电源可靠，目前水电站和水库大坝大多配有二次电源和柴油发电机作为电源供应备份，可一旦出现电动机故障、电气控制系统故障、液压泵站故障、液压元件故障及其他不可预知的突发性事件时，仍可能导致启闭机无法正常工作，挡泄水闸门运行安全存在风险隐患。如何将小概率事件变为零概率，提前做好防范，确保水利水电工程闸门启闭机的运行安全，始终是工程建设和运行管理单位关注的重点。

1 液压启闭机现状

泄洪设施的挡水设备为闸门设备，操作设备为启闭机设备。SL 74—2019《水利水电工程钢闸门设计规范》、NB/T 10341.1—2019《水电工程启闭机设计规范》第1部分：固定卷扬式启闭机设计规范、NB/T 10341.2—2019《水电工程启闭机设计规范》第2 部分：移动式启闭机设计规范、NB/T 10341.3—2019《水电工程启闭机设计规范》第3部分：螺杆式启闭机设计规范、DL/T 5313—2014《水电站大坝运行安全评价导则》均对泄洪设施的启闭机设备提出了更高的要求，并作出了有关运行可靠性的规定。

液压启闭机也叫闸门液压启闭机，一般靠液体压力来传递能量，控制闸门的开或关。液压启闭机主要包括液压传动系统和电气控制系统，一般由液压泵组、液压阀组、液压缸、油箱及其附件、电气柜及操作台五个部分组成。

液压系统控制液压缸内的活塞体内壁做轴向往复运动，从而带动连接在活塞上的连杆和闸门做直线运动，通过该运转方式开启和关闭孔口。

启闭机设备包括机械和电气两部分[1]。机械部分运行的可靠性一般较高，出现故障的可能性较小；电气部分受各种因素（如温度、湿度、程序和电网稳定性等）影响较大，可能出现故障的环节较多。对于引水调蓄工程设施的启闭机设备，常规提高其运行可靠性的措施为提供备用电源，从提高电源可靠性方面来提高启闭机运行的可靠性。但电源只是启闭机设备运行的要素之一，若启闭机电动机、电气元器件、液压泵站和液压元件、电气控制系统等出现故障，即使供电电源正常，启闭机也不能正常工作。

2 启闭机无电液控应急操作器

北京世纪合兴起重科技有限公司研发的MQHGTD系列卷扬启闭机无电液控应急操作器、MQHGYD系列液压启闭机应急操作器和MQHGKD系列螺杆启闭机应急操作器于2011年获得国家发明专利。启闭机应急操作器能在启闭机电源及备用电源、柴油发电设备、电动机、电气元器件、电气控制系统、液压元器件出现故障，或极端天气、自然灾害造成大面积设备损坏等情况下应急操作启闭机设备，可使启闭机设备运行可靠性提高到一个全新的层面，是水利水电工程的重要安全保障。应急操作器平时与启闭机处于脱离状态，对启闭机的正常运行无任何影响，需要应急操作时，连接启闭机进行操作。无电液控应急操作器经过了国家权威机构的性能检测，不仅是电源供应备份，还是闸门启闭设备的操作备份。

3 启闭机无电液控应急操作器特点

启闭机无电液控应急操作器主要有以下特点：

（1）无需电源，以柴油机为动力，通过油路循环实现启闭功能；

（2）启闭速度快，完美替代手摇机构（额定速度的1/2～1/5）；

（3）不使用时与启闭机处于完全分离状态，互不干扰；

（4）使用时连接迅速、简单（卷扬花键离合、液压开关阀组）；

（5）液压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）卷扬应急操作器动力单元可一对多闸门，实现逐一起升功能，可连续作业；

（7）低转速、大扭矩，最大限度地对现有启闭机进行扩容，应急起升闸门；

（8）无电操作，无漏电风险，可避免突发事件来临时电源导致的二次安全事故。

MQHGYD 系列液压启闭机应急操作器是液压启闭机失效时，使油缸正常工作的应急设备。使用时，通过高压软管将各接头与相应控制管道连接，即可对闸门进行启闭操作。

MQHGYD 系列液压启闭机应急操作器执行开门或闭门操作时无需电源，通过软管及阀组连接液压启闭机的执行油缸和油箱，通过燃油机带动液压泵组，与液压调控模块配合，从而在液压启闭机电源或电机出现故障时，应急控制执行油缸动作，进行闸门的开门和闭门操作，减少因无电及其他故障导致闸门不能开关造成的损失。

4 液压启闭机无电液控应急操作器在工程中的应用

4.1 工程概况

郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程位于郑东新区，湖面水域将与流经老城区的金水河、熊儿河、贾鲁河、东风渠和人工运河连为一体，构成完整的城市生态水系景观。工程主要由水源及引水工程、龙湖调蓄池工程和灌区工程等组成。工程建成后，水域面积约5.6 万km2，总库容2 680 万m3，具有调蓄、灌溉、景观、气候调节等多种功能，充分体现了郑东新区“生态城市”、“共生城市”的绿色城市可持续发展理念[2]。

龙湖1～3号出口闸均采用卧倒门，双吊点液压启闭机。每个出口闸共3孔，3扇闸门，闸门孔口净宽28.0 m，孔高5.2 m。1号闸底槛高程82.7 m，支铰中心高程82.25 m；2 号闸底槛高程82.5 m，支铰中心高程82.05 m；3 号闸底槛高程82.2 m，支铰中心高程81.75 m。

闸门支铰安装在闸门底部大梁和闸底板预埋件之间，使闸门与闸底板保持铰接状态。在闸门两侧靠近闸墙处设两个支臂，启闭设备通过驱动支臂，使支臂带动闸门绕支铰轴线转动，从而实现启闭闸门的功能。闸门的操作设备采用液压启闭机，油缸活塞杆吊头与闸门支臂铰接，油缸中部铰点布置在河道闸墙上，1～3 号出口控制闸分别设3 套液压系统，一门一机布置。液压泵站集中布置在一侧边墩的液压泵站房内。

每套液压泵站设备包括1 套油箱、2 套油泵电动机组（一主一备）、1 套操作液压缸所必须的电气控制部分，油箱、油泵电动机组和电气控制部分放置在两侧管理房内，一侧管理房布置1 套泵站，另一侧布置2 套泵站。油管路通过闸下廊道连接至每扇闸门的液压油缸，液压启闭机具有现地控制和远方集中控制功能。

4.2 液压启闭机无电液控应急操作器选型计算

郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程2 号闸卧倒门采用2×1 600 kN-62 m 液压启闭机启闭，其参数见表1。

表1 液压启闭机参数Table 1 Hydraulic hoist parameters

计算数据如下：起升时工作需油量=（油缸内截面积-油缸杆截面积）×工作行程=（132 025 mm2-45 239 mm2）×6 005 mm≈521 L；下降时工作需油量=油缸内截面积×工作行程=132 025 mm2×6 005 mm≈793 L。即工作时2个油缸的总用油量约1 042 L。

不同型号液压应急操作器完全提起闸门所需时间见表2。选用机型为HGYD-40-1 型液压启闭机应急操作器。

表2 不同型号液压应急操作器完全提起闸门所需时间Table 2 Time required for different hydraulic emergency manipulators to fully lift the gate

4.3 现场操作

4.3.1 开启操作

（1）关闭液压站与油缸有杆腔间管路上的球阀，将换向阀调整到“0”位；

（2）将有杆腔1 球阀、有杆腔2 球阀、无杆腔球阀和控制球阀全部打开；

（3）确认所有管路连接正确，打开吸油球阀、回油球阀，确认吸油、回油管路畅通；

（4）启动柴油机，确认柴油机运转正常、加油提速正常；

（5）观察所有压力表（表值小于5 MPa）；

（6）将换向阀调整到“起升”位；

（7）加大油门，观察油缸运行状态及压力；

（8）待油缸运行到位，减小柴油机油门，同时将换向阀调到“0”位，关闭有杆腔1 球阀、有杆腔2 球阀、无杆腔球阀和控制球阀；

（9）观察油缸是否处于静止状态；

（10）使柴油机熄火；

（11）关闭吸油球阀、回油球阀及油缸与应急设备间的球阀；

（12）打开液压站与油缸有杆腔、无杆腔间管路上的球阀。

4.3.2 关闭操作

（1）关闭液压站与油缸有杆腔间管路上的球阀，将换向阀调整到“0”位；

（2）将有杆腔1 球阀、有杆腔2 球阀、无杆腔球阀和控制球阀全部打开；

（3）确认所有管路连接正确，打开吸油球阀、回油球阀，确认吸油、回油管路畅通；

（4）启动柴油机，确认柴油机运转正常、加油提速正常；

（5）观察所有压力表（表值小于5 MPa）；

（6）将换向阀调整到“下降”位；

（7）加大油门，观察油缸运行状态及压力；

（8）待油缸运行到位，减小柴油机油门，同时将换向阀调到“0”位，关闭有杆腔1 球阀、有杆腔2 球阀、无杆腔球阀和控制球阀；

（9）观察油缸是否处于静止状态；

（10）使柴油机熄火；

（11）关闭吸油球阀、回油球阀及油缸与应急设备间的球阀；

（12）打开液压站与油缸有杆腔、无杆腔间管路上的球阀。

4.4 小结

龙湖2 号出口闸卧倒门启闭机为2×1 000 kN液压启闭机，成功通过应急操作器两次起降闸门，顺利关闭闸门，达到了止水效果，说明MQHGYD系列液压启闭机无电液控应急操作器具有高度运行可靠性和实用性。实践证明，应急操作器为龙湖2号出口闸卧倒门运行提供了更高一层的安全保障，特别是在无法提供正常电源及控制系统出现故障的情况下，可为其他类似工程提供借鉴。

5 结语

液压启闭机无电液控应急操作器在郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程的成功应用，说明应急操作器具有很高的实用性、广泛性和通用性。启闭机应急操作器占启闭机设备投资比例非常小，同时应急操作器与启闭机平时处于脱离状态，对启闭机的正常运行无任何影响，且紧急情况下操作快捷、简单，维护方便，可将启闭机设备运行可靠性提高到一个全新的层面，社会、经济效益突出，具有广泛的推广应用意义。■