高桥水电站冲砂闸门动水关闭不严问题分析与处理

1问题概述

高桥水电站位于赣江水系禾水支流的永新县高桥楼乡龙江村,水坝控制流域面积为3 386 km²。水库日常蓄水位为94.00 m,相应库容为712万m³;设计洪水标准为20年一遇,设计洪水位94.51 m;校核洪水标准为百年一遇,校核洪水位95.93 m,对应库容为1 043万m³。水电厂总装机容量为2× 5 000 kw,是一座小型水力发电工程。

电站冲砂闸及其启闭设备如图1所示,冲砂闸门共4孔,由4扇升卧式平面钢闸门组成,每孔净宽8.00m,总溢流净宽32.00 m,门高7.20 m;闸墩为c20钢筋砼结构,闸墩厚2.50 m,长度9.50 m,高13.80 m,顶高程100.00m;闸室底板为c20钢筋砼结构,门底高程87.00m;闸室总长度17.80 m,建基面为弱风化砂岩或板岩,高程为82.00 m。冲砂闸启闭机的技术参数如表1所示。

电站自2006年1月第一台机组投产发电以来,冲砂闸工作运行时间已有近二十年。近年来冲砂闸运行过程中出现了动水关闭不严现象,即无法下落至全关位置,致使闸门底面漏水严重,闸门下闸后底部漏水情况如图2所示。此外,闸门启闭机钢丝绳同时出现了异常断裂情况,如图3所示。

2 原因分析

结合现场实际,经电站技术人员分析,对可能导致冲砂闸门钢丝绳断裂及闸门动水关闭不严问题的原因分析如下。

2.1启闭机钢丝绳断裂原因分析

1)钢丝绳启闭力超过额定负荷或钢丝绳受伤磨损超出标准,导致钢丝绳断裂。

2)启闭机钢丝绳限位装置(图4)未起限位作用,导致钢丝绳下放冗长,缠绕至滑轮组后运行时断裂。

3)钢丝绳部分在水中浸泡,钢丝绳水中部分腐蚀超出其使用标准,钢丝绳锈蚀、腐烂、破损。

4)闸门升降过程中主轮因轴套锈蚀造成转动不灵活,滚动摩擦力转化为滑动摩擦力,造成钢丝绳牵引力大幅增加导致断裂。闸门主轮运行情况如图5所示。

2.2 闸门动水关闭不严原因分析

1)闸门门体变形,闸门运行时卡阻。

2)闸门侧向装置间隙过大,转动不灵活,闸门运行不顺畅。

3)闸门主轮转动不灵活或轨道损坏,闸门关闭时与轨道摩擦力过大,闸门无法靠自重全关。

4)水封老化或损坏,闸门与水封座摩擦阻力过大,闸门无法靠自重全关。

5)启闭机两动滑轮水平误差较大,闸门呈平行四边形运行,侧轮与侧轨接触产生摩擦,增大闸门运行过程中的摩擦力。

6)动滑轮长期在水中浸泡,滑轮卡涩、不转动,钢丝绳在滑轮片中摩擦移动,增大了闸门运行过程中的摩擦力。

7)闸门升降过程中主轮因轴套锈蚀造成转动不灵活,滚动摩擦力转化为滑动摩擦力,同时主轨道存在局部高点,主轮受局部摩擦力作用导致闸门无法下落。

3处理措施

结合电站技术人员原因分析成果与现场实际情况,参考相关设计安装标准及同类故障处理方法^[1—3],电站采取了以下处理措施。

3.1启闭机动滑轮检查与处理

按平面闸门安装技术标准要求对闸门做静平衡试验,对闸门倾斜度、倾斜量进行现场实测,具体方法如下:将闸门吊离地面100 mm,采用水准仪测试闸门左、中、右底部高程。

根据实测数据发现闸门倾斜度、倾斜量超出标准要求,通过调整启闭机安装水平度(基座底部加垫子),对动滑轮进行分解检修并调整动滑轮水平高度,调整启闭机两根钢丝绳长度,将闸门两侧高程偏差控制在2~3 mm内。

3.2启闭机限位装置检查与处理

调整限位装置,使得闸门全关后启闭机钢丝绳略有松软。

3.3闸门检查与处理

1)闸门门体检查与处理。

按照门体安装技术标准对闸门进行检查,严格执行门叶横向弯曲度不超过6 mm,门叶竖向弯曲度不超过4 mm,对角线偏差不超过6 mm,扭曲不超过4 mm 的要求。

2)水封检查与处理。

参照冲砂闸门止水装置设计图纸,水封实际位置与设计位置(p头最高点到门体面板为140 mm)实测误差不大于2 mm,水封表面平度2 mm,压缩量为2~3 mm。复核尺寸可知,无须更换新水封。

3)主轮、轨道检查与处理。

对主轮按照以下安装技术要求进行检查:滚轮应转动灵活,无卡滞现象;滚轮踏面均与主轨道面接触。对主轨按照以下安装技术要求进行检查:主轨安装平整,两侧轨道在同一平面上,主轨道表面最高点与最低点之差应小于2 mm。

检查后发现主轮转动不灵活,卡滞现象严重,对主轮进行分解检修,更换轴套为铜基镶嵌自润滑型轴套;对主轨平面进行轨道补焊处理;对闸门门槽、滚轮等部件锈蚀部位进行除锈处理;对闸门主轮、吊耳轴销等部位注油。

4)侧向装置、侧轨检查与处理。

根据侧向装置安装技术要求进行检查:侧轮应转动灵活,侧轮踏面应在同一平面内;侧轮踏面最高点与侧轨道面间隙不大于10 mm,侧轨道面的最高点与最低点之差应小于2 mm。

经检查发现侧轮与侧轨轨道面单侧配合间隙过大,如图6所示。因此,针对侧轨轨道面整段补焊不锈钢板,如图7所示,针对部分脱落侧轨基础进行灌浆处理。更换侧轮装置,将两侧侧轮与轨道面单侧配合间隙均控制在10 mm以内,更换后保证侧轮转动灵活、不卡滞。对侧轮锈蚀部位进行除锈、注油处理。

3.4 水封检查与处理

检查止水橡皮表面是否光滑平直,其厚度极限偏差为± 1 mm,截面其他尺寸的极限偏差为设计尺寸的2%。闸门处于工作状态时,止水橡皮的压缩量应符合设计规定,并进行透光检查或充水试验。检查闸门节间水封及侧水封,视老化、缺损情况进行更换。

3.5启闭机钢丝绳处理

将启闭机钢丝绳更换成耐水腐蚀不锈钢丝绳。

4 结束语

水电站冲砂闸在使用过程中,随着年限的增长,动水关闭不严问题变得尤为普遍。一方面,国内许多专家和学者在水电站冲砂闸的设计、制造和安装方面开展了积极探索^[2—6],有效防止了该现象的过早出现;另一方面,部分电站结合自身实际,针对冲砂闸动水关闭不严问题开展了各种技术改造,取得了一定成效。本文针对水电站冲砂闸门动水关闭不严的问题进行了深入研究。通过现场观测、原因分析,并参考相关技术标准,提出了完整的技术改造方案。经改造,冲砂闸门动水关闭已正常,钢丝绳检查情况良好,确保了水电站的稳定运行。研究结果表明,采取合理的改造方案,可以有效解决冲砂闸门动水关闭不严的问题,提高水电站运行的安全稳定性。此外,本研究可为其他水电站同类型故障提供可行的解决方案,对水电站冲砂闸门动水关闭问题的处理具有一定的参考价值。

[参考文献]

[1]何喻.蓬辣滩水电站泄水闸工作闸门缺陷分析及处理[J].水电与新能源,2021,35(5):72—75.

[2]唐振华,张冬冬,黄荣亮,等.某水电站泄水闸闸室及上部梁系结构设计[J].东北水利水电,2022,40(2):4—5.

[3]徐要伟,朱晨,张文科.水电站泄洪闸弧形工作闸门原型观测试验[J].华电技术,2019,41(12):46—49.

[4] 陈启春,李邦宏,俞茂平,等.超大型斜三支臂弧形闸门制造关键技术:以旬阳水电站冲砂泄洪闸闸门为例[J].水电站机电技术,2024,47(2):88—90.

[5]徐培辉.水电站泄洪闸弧形门漏水原因与对策分析[J].集成电路应用,2021,38(12):148—149.

[6] 陈晓蕾,张伟,谢珏.赵山渡泄洪闸渗漏原因分析及处理[J].浙江水利科技,2011(4):48—49.

2024年第23期第13篇