里底水电站工程机组进水口事故闸门启闭机布置选型方案比较赵大海

里底水电站工程机组进水口事故闸门启闭机布置选型方案比较赵大海

赵大海赵清静冷云

（中国电建西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710065）

1.工程概况

里底水电站是澜沧江上游的第三个梯级电站，上接乌弄龙电站，下邻托巴电站，工程位于云南省迪庆州维西县巴迪乡境内。本工程为二等大（2）型工程，坝址控制流域面积8.64万km2，多年平均流量759m3/s，多年平均年径流量240.6亿m3。水库正常蓄水位1818.00m，正常蓄水位以下库容0.7085亿m3，调节库容0.1426亿m3，为日调节水库。电站以发电为主，安装3台单机容量为140MW轴流转桨式水轮机，总装机容量为420MW，多年平均年发电量为19.52亿kW•h。

2.闸门及启闭机布置

2.1闸门及启闭机总体布置

里底水电站为河床式电站，厂房布置在主河道中部，左邻泄洪闸坝段，右侧为挡水坝段。引水发电系统的金属结构设备由主、副拦污栅、机组进水口检修闸门、机组进水口事故闸门、尾水检修闸门组成。机组进水口按一机三孔布置，共9孔，每孔设一道主拦污栅、一道检修闸门和一道事故闸门。副拦污栅与检修闸门共槽，当机组拦污栅需清污时，可放下副栅拦污，提出主拦污栅清污，而不影响机组发电。机组尾水管出口按一机两孔布置，尾水管出口6孔，每孔设一道尾水检修闸门。

根据电站布置，在坝顶布置1台4000kN双向门机，负责主、副拦污栅、机组进水口检修门、事故门、排沙孔进口事故门、泄洪闸事故门的启闭操作。在尾水平台布置1台2×800kN双向门机，负责尾水检修闸门、排沙孔工作闸门的启闭操作。泄洪闸工作闸门由4000kN/500kN摆动式液压启闭机操作。

3.布置方案比较

3.1.国内类似电站布置调查

根据国内外轴流转桨式水轮机电站运行经验，电站进水口不设快速闸门，只设事故闸门（可以动水闭门）。为防止机组产生飞逸事故，调速系统设置过速限制装置、纯机械的过速保护装置、事故配压阀，当调速器失灵时直接操作接力器关闭导叶。

由于机组进水口事故闸门不要求快速关闭，因此，在启闭机的选型和布置上主要有两种布置形式，一种布置形式为多门一机布置，另一种布置形式为一门一机布置。多门一机布置形式的启闭机为移动式启闭机可以是门机、桥机或台车等，当机组发生事故需要关闭闸门时，需要操作人员现场操作启闭机将闸门依次关闭。一门一机布置形式的启闭机一般为固定卷扬机或液压启闭机，当机组发生事故需要关闭闸门时，可实现远方自动操作启闭机将闸门同时关闭，提供高了电站运行的安全可靠性，并能更好满足、配合电站“无人值班”运行管理方式。

对于轴流转桨式水轮机，每台机组进水口通常设2孔或3孔闸门门槽，闸门一对一设置。机组进水口事故闸门启闭机布置上过去出于减少投资考虑，采用多门一机相对较多，一门一机相对较少，其中石塘电站最初设计采用多门一机布置，2007年改造为一门一机布置，其改造的主要原因是为实现闸门操作的自动控制，提供机组运行的安全可靠性。但最近几年的已建和在建工程，启闭机选型布置上采用一门一机相对较多。统计资料中采用一门一机方案的8座电站其中1座电站启闭机未收集到相关资料，其它3座电站启闭机为固定卷扬机，4座电站启闭机为液压启闭机。

3.2四种布置方案介绍

3.2.1方案一：多门一机门机方案（一台坝顶门机方案）

每台机组进水口设3孔机组进水口事故闸门，共9孔。多门一机门机方案即9孔机组进水口事故闸门均由坝顶双向门机启闭，机组正常发电时，各事故闸门锁定在孔口上方。

由于坝顶双向门机为共用门机，不仅机组进水口事故闸门，而且负责机组进水口主、副拦污栅、机组进水口检修门、排沙孔进口事故门、溢洪道检修门、泄洪底孔事故门的启闭操作。由于机组进水口事故闸门持住力小于排沙孔进口事故门启门力，该方案坝顶双向门机的额定起升力由排沙孔进口事故门启门力确定，因此多门一机门机额定起升力为4000kN。

事故闸门需要检修时，用坝顶双向门机通过液压抓梁将事故闸门吊出孔口。

该方案闸门操作运行方式为当其中有1台机组发生事故无法停机时，在动水状态下，操作人员用坝顶双向门机通过液压自动抓梁依次将3孔事故闸门关闭。由于事故闸门平时锁定在孔口上方，每关闭1孔闸门时需将闸门解锁，完成1台机组一次事故关门在正常情况下，需要4~5个操作人员4小时左右才能完成。

3.2.2方案二：一门一机固定卷扬机方案

一门一机固定卷扬机方案即每孔机组进水口事故闸门均由1台固定卷扬机通过拉杆启闭，机组正常发电时，各事故闸门通过固定卷扬机悬挂在孔口上方。

该方案由于机组进水口事故闸门由固定卷扬机操作，固定卷扬机操作额定容量为4000kN，坝顶双向门机只负责机组进水口主、副拦污栅、机组进水口检修门、排沙孔进口事故门、溢洪道检修门、泄洪底孔事故门的启闭操作。该方案坝顶双向门机的额定起升力由排沙孔进口事故门启门力确定，门机额定起升力为4000kN。

该方案操作运行方式为当其中有1台机组发生事故无法停机时，在动水状态下，可在中控室自动操作3孔事故闸门的固定卷扬机，将3孔事故闸门同时关闭。也在中控室或现地手动操作卷扬机开关，将3孔事故闸门同时关闭。完成1台机组一次事故关门仅需要20分钟左右，且不需要现场操作人员。机组检修完毕需要启门时，在中控室或现地手动操作卷扬机开关，同时或依次将3孔事故闸门起升并锁定在孔口上方，除去充水平压时间，3孔事故闸门同时起升时需要20分钟左右，依次起升时需要1小时左右即可完成。

3.2.3方案三：一门一机液压启闭机方案

一门一机液压启闭机方案即每孔机组进水口事故闸门均由1台液压启闭机操作，机组正常发电时，各事故闸门通过液压启闭机悬挂在孔口上方。

该方案由于机组进水口事故闸门由液压启闭机操作，液压启闭机闭门时最大持住力4000kN，闸门平压后启门力为2500kN，每台机组3孔闸门的3台油缸共用1台泵站，每台油缸设独立的液压控制回路。坝顶双向门机只负责机组进水口主、副拦污栅、机组进水口检修门、排沙孔进口事故门、溢洪道检修门、泄洪底孔事故门的启闭操作。该方案坝顶双向门机的额定起升力由泄洪底孔事故门启门力确定，门机额定起升力为4000kN。

液压启闭机安装在事故闸门孔口顶部高程1820.5m的坝面，油缸顶部高出坝面约8m。每台机组的3台启闭机电气控制系统及泵站布置在该机组段坝顶左侧闸墩上的机房内，液压管路通过布置在管道沟内。事故闸门需要检修时，用坝顶双向门机将液压启闭机油缸和机架移开，将事故闸门吊出孔口。

该方案操作运行方式为当其中有1台机组发生事故无法停机时，在动水状态下，可在中控室自动操作3孔事故闸门的液压启闭机，将3孔事故闸门同时关闭。也在中控室或现地手动操作液压启闭机开关，将3孔事故闸门同时关闭。完成1台机组一次事故关门仅需要10分钟左右，且不需要现场操作人员。机组检修完毕需要启门时，在中控室或现地手动操作液压启闭机开关，同时或依次将3孔事故闸门起升并锁定在孔口上方，除去充水平压时间，3孔事故闸门同时起升时需要30分钟左右，依次起升时需要1.5小时左右即可完成。

4.结论

综上所述，三个方案对水工布置均无影响，方案一坝面布置简洁，但在操作闸门时需要一定数量的操作人员现场操作，不能进行远方自动控制，且操作不便，易受人为或外部环境影响，不利于电站的运行管理。方案二和方案三闸门操作可以实现现地/远方自动控制，且可与机组联合控制，提到了电站运行的安全可靠性，并能更好满足、配合电站“无人值班”的运行管理方式。