连城闸除险加固工程机电及金属结构设计研究

许俊锋

（抚州市水电勘测设计院有限公司，江西 抚州 344000）

0 引言

江西抚州临川的连城闸为关键水利设施，负责排洪、排涝和灌溉任务，对于当地社区和农业生产至关重要。随着时间的推移，原有水闸设施面临着安全和功能性的挑战，迫切需要进行加固改造，以满足更高的设计洪水标准，提升运行效率[1]。本文对连城闸除险加固工程机电及金属结构进行设计，成功实现连城闸基本功能，确保水闸工程的安全性和功能性得到有效提升。

1 工程概况

连城闸座落在江西省抚州市临川区连城乡连城街中，闸址位于抚河水系临水一级支流黄柏水上。连城闸过闸流量285.0 m3/s，主要用于排洪、排涝、灌溉，承担解决连城、秋溪两乡镇洪涝灾害、保障宜惠渠干渠及七支渠以下所有支渠放水灌溉的任务。连城闸属中型工程，等别为Ⅲ等。水闸设计洪水标准为20 年一遇，相应过闸流量为216.0 m3/s，闸前水位45.40 m，闸下游水位45.01 m；校核洪水标准为50 年一遇，相应过闸流量为285.0 m3/s，闸前水位46.18 m，闸下游水位45.70 m。

本工程对连城闸进行除险加固，加固方案为拆除现有水闸，并于现闸址下游50 m 处重建节制闸及灌溉闸。建设内容有新建节制闸及灌溉进水闸，新建铺盖、消能防冲设施、护岸工程等。本文主要对连城闸除险加固工程机电及金属结构进行设计研究。

2 机电设计

2.1 电源引接方式

连城闸进行除险加固工程用电负荷为三级负荷，采用10 kV 单电源供电。拟从就近连城街的10 kV 农网线路搭接架空导线引入作为供电电源，线路长度约0.5 km。终端杆及变台设在节制闸站房右侧，变台后通过低压电缆穿管直埋引至本水闸管理层配电室[2]。架空导线采用绝缘架空线，型号为JKLGYJ-10 kV-70/10。

2.2 电气主接线

本工程采用一回10 kV 电源供电，电源从就近的10 kV 农网搭接架空引入至节制闸旁变台，变台上主变压器采用一台S13-M-100/10 节能型油式变压器。变台高压侧采用线变组接线方式，设GW9-10/630 免维隔离开关、YH5WS-17/50 氧化锌避雷器、HRW11-10/100-10A 跌落式熔断器；变台低压侧采用单母线方式，设JP 柜，柜内设带一级浪涌保护进线单元、出线单元、无功补偿单元、计量单元和配电智能终端[3]。

2.3 变压器容量选择

工程总负荷为78 kW，常用负荷为69.5 kW，根据负荷的不同工作性质，采用需用系数法，考虑同时系数不小于0.7，计算总负荷为48.7 kW，功率因数按不小0.85 计算，计算变压器容量不小于57.1 kVA。采用一台S13-M-63 kVA/10 型变压器可以满足要求。同时可以满足节制闸工作闸门按一台工作，另一台直接启动时负荷压降要求。工程水闸为低压电机，均为直接启动方式，控制箱附加在各台启闭机上。

2.4 电气设备的选择

本工程水闸10 kV 高压侧及主变，采用室外变台布置方式。主变型号为S13-M-63 kVA/10，变压器容量为63 kVA，电压比为10 kV/0.4 kV。终端杆上高压设备为GW9-10/630 免维隔离开关、YH5WS-17/50 氧化锌避雷器、HRW11-10/100-10 A跌落式熔断器。变台上低压设备为JP 计量柜。低压进出线配电总箱设在管理层三层配电室，配电总箱为XJ02 型，设二进六出，进出线设MHZM3L 空气断路器；另设4 只XJ02 型分配电箱，均为一进四出或六出或七出，均为MHZM3L 空气断路器；各水闸控制箱，由启闭机厂家提供，要求正反转，配行程开关，防止超行程误操作。

本工程低压电缆采用ZR-YJV-0.6/1 kV 型，电缆规格为4×35+25、4×25+16、4×10+6、4×6+4、4×4+2.5、5×2.5 mm2电缆，以及BVR 电线。主要电气设备型号如表1 所示。

表1 主要电气设备型号

考虑备用应急电源1 套，按单独启动1 台最大的电机容量5.5 kW 计算，柴油发电机容量不小于30 kW，选用1 台FF-30GF 柴油发电机，容量为30 kW。

2.5 电气设备布置

本工程水闸10 kV 高压侧及主变，采用室外变台布置方式。主变型号为S13-M-63 kVA/10，变压器容量为63 kVA，电压比为10 kV/0.4 kV。一回10 kV 进线至终端杆，终端杆上设高压设备为GW9-10/630 免维隔离开关、YH5WS-17/50 氧化锌避雷器、HRW11-10/100-10 A 跌落式熔断器。变台上布置变压器及JP 柜。配电室设在管理层，其内设置一块XJ02 总配电箱及管理层照明分配电箱。启闭层设1 只电机分配电箱及1 只照明分配电箱。灌溉闸及七支灌溉闸各设1 只分配电箱，安装在其启闭房。启闭机控制箱由厂家配，均安装在各启闭机上。

3 金属结构设计

连城闸改造工程金属结构包括改建的节制闸的工作闸门、检修闸门及启闭设备；灌溉引水渠进水闸、七支渠进水闸的工作闸门、检修闸门及启闭设备。金属结构的布置型式、数量、主要尺寸及运行方式均按照SL74—2019《水利水电工程钢闸门设计规范》执行[4]，结合水工建筑物的总体结构布置，做到经济合理、安全适用、技术可靠。金属结构设备见表2。

表2 金属结构设备

3.1 改建节制闸金属结构

节制闸共5 孔，每孔净宽4.5 m，需要灌溉时关闭工作闸门蓄高上游水位引水灌溉。采用5 扇平面滑动钢闸门作为工作闸门，闸门为露顶式闸门，闸门支承采用低摩擦系数的工程塑料合金滑块。闸门底板高程为40.55 m，闸门正常挡水高程为43.05 m，即正常蓄水位，闸门门顶设0.3 m 风浪超高，闸门实际高度为2.8 m。闸门采用Q235B 钢板焊接。

考虑工作闸门出现漏水等需要检修时，能够保证正常挡水维持灌溉用水，故在工作闸门上游侧设一道检修闸门，检修闸门采用一扇平面滑动钢闸门，5 孔共用，采用移动小车式电动葫芦起吊并可沿闸孔横向移动，供5 孔共用。检修闸门平时锁定在最边侧闸槽内。检修闸门最大挡水高度为2.5 m，不设风浪超高。闸门支承采用低摩擦系数的工程塑料合金滑块。

工作闸门启闭力Fw、启门力FQ采用公式（1）、（2）进行计算：

式中：nT—摩擦阻力安全系数，采用1.2；nG—闭门力用的闸门自重修正系数，采用1.0；G—闸门自重，预估3.5 t；Pt—上托力，与闸门的底缘形状有关（kN）；Gj—加重块重量，Gj=0；Ws—作用在闸门上的水柱压力（t），Ws=0；n'G—启门力和持住力用的闸门修正系数，采用1.0；Tzd—支承摩阻力（kN）；Tzs—止水摩阻力（kN）；f—摩擦系数，工程塑料合金滑块，取0.15；P—总水压力；Px—下吸力；Pzs—由止水橡皮作用在止水埋件上的水压力（kN）。

经计算，启闭力Fw=-5.5 kN，为负值，闸门自重可以关闭。本闸门为节制闸，实际不会在高水位才关闭闸门，所以闸门利用自重是可以可靠关闭的。

经计算，启门力FQ为115 kN，本闸门宽度大于高度，需采用双吊点，按卷扬启闭机系列标准，每扇闸门采用一台QPQ-2×100 kN-8 m 固定式双吊点卷扬启闭机启闭。启闭机安放在启闭平台（51.40 m），为避免启闭机动滑轮组浸水，吊头通过一节短拉杆与闸门吊耳相连。

检修闸门工况为静水关闭，动水开启，经启闭力计算，闸门利用自重可以关闭，启门力为75 kN，启闭设备采用移动小车式电动葫芦起吊并横向移动，型号为CD1-2×50 kN-7 m。移动小车式电动葫芦配工字钢（工28b）轨道。

3.2 灌溉渠道闸门与启闭设备

灌溉渠进水口设闸控，为两孔，单孔孔口尺寸为2.5 m×2.5 m，设工作闸门和检修闸门各1 道。工作闸门和检修闸门均采用平面滑动钢闸门结构，均为Q235B 钢材焊接件，工作闸门为潜孔式共2 扇。检修闸门为露顶式，只设1 扇，采用移动小车式电动葫芦起吊并可沿闸孔横向移动，供2 孔共用，检修闸门平时锁定在最边侧闸槽内，检修闸门最大挡水高度为2.5 m，不设风浪超高。

经启闭力计算，工作闸门采用固定式QPQ-100 kN单吊点卷扬启闭机启闭，为避免启闭机动滑轮组浸水，吊头通过一节短拉杆与闸门吊耳相连。检修闸门采用单吊点CD1-50 kN 移动小车式电动葫芦启闭，并移动，供2 孔共用。

3.3 七支渠进水闸闸门与启闭设备

七支渠进水闸设闸控，为单孔，单孔孔口尺寸为2.0 m×2.0 m，该闸每年均有枯水检修期，仅设工作闸门，不设检修闸门。工作闸门采用平面滑动钢闸门结构，共1 扇。工作闸门采用LQ-200 kN-SD 手电两用螺杆启闭机启闭，共1 台。

3.4 金属结构防腐措施

节制闸及进水闸的工作闸门、检修闸门、闸门槽埋件的主体材料均为Q235B 焊接件，采用喷锌防腐，喷锌厚度为160 μm，喷锌后刷涂环氧富锌底漆2 度，环氧云铁漆2 度，本工程金属结构总防腐面积约500 m2。

4 结语

当前连城闸除险加固工程机电及金属结构设计已完成，机电设备、节制闸、进水闸等设备均已投入运行当中，恢复了水闸基本功能，有效地完善了连城闸的排洪、排涝、灌溉功能，实现了枯水期能正常拦截河道蓄水灌溉、供水，汛期能保证开闸泄洪，为受益乡镇及群众生产生活提供保障。连城闸除险加固工程机电及金属结构设计按照科学布局、运行可靠、经济合理的设计理念，完全符合工程要求，具有一定参考意义。