小浪底水电站金属结构设备的设计和运用

第２８卷第３期　２００６年３月　水利电力机械　ＷＡＴＥＲ　ＣＯＮＳＥＲＶＡＮＣＹ＆ＥＩ　ＣＴＲＩＣ　ＰＯ　Ｒ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２ｏ（）６　小浪底水电站金属结构设备的设计和运用　Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ａｔ　Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　唐红海，孔德铭，尹小萍　（水利部小浪底建设管理局水力发电厂，河南济源４５４６８１）　摘要：介绍了小浪底水电站金属结构设备的系统布置、主要设备、主要特点、运行方式和运行情况，总结了　发电系统金属结构设备在设计、运行方面取得的成功经验。　关键词：发电系统；金属结构；特点；运行　中图分类号：ＴＶ３４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—６４４６（２００６）０３—００２７—０３　０引言　水工金属结构设备是枢纽（电站）水工建筑物的　重要组成部分，它包括闸门、启闭机、拦污栅、压力钢　洞拉沙，使塔前形成冲沙漏斗，以保证发电洞口“门　前清”。　６条发电洞平行布置，每２条发电洞的进口共用　一个发电塔，水流经发电塔的主、副拦污栅槽？［流至　管、船闸、清污机和过木机等设备。闸门是用来关闭　２条发电洞，经事故门槽、压力钢管段、蜗壳和水轮机　水工建筑物孔口的挡排水设备，由启闭机操作运行。　组流至各台机对应的６条尾水洞，再汇合成３条尾　小浪底水利枢纽工程规模巨大、技术复杂、水沙　水明渠，渠尾设防淤闸墩，经６个防淤闸流出。　条件特殊、调度运用严格。枢纽泄水建筑物布置集　发电系统主要的金属结构设备有清污机、主拦　中，泄水流道主要采用洞群式结构，为满足高水位、　污栅、副拦污栅、检修闸门、事故闸门及配套液压启　高含沙水流的运行要求，小浪底金属结构设备具有　闭机、压力钢管、尾水检修闸门、防淤闸工作门及配　种类多、数量大、容量大、扬程高、技术先进、相对复　套液压启闭机等设备，它占枢纽金属结构设备总量　杂的特点。　的４０％左右。　发电系统与泄洪系统在位置、功能上相对独立，　１．２主要设备　其金属结构的布置、选型均采用常规设计。由于黄　１．２．１事故闸门与启闭机　河含泥沙量大，在门槽形式、充水方式、防淤方面采　事故闸门为平面定轮闸门，闸门底坎ＥＬ．１９５／　取了特殊设计；在清污方式上，巧妙地利用了底位孔　１９０ｍ，孔口尺寸为５ｍｘ　９ｍ，由上、中、下３节门叶现　排沙拉污。在设备运行过程中，发现了一些问题，积　场拼焊而成，启闭机采用直立浮动式液压启闭机，安　累了一些经验，供有关同行参考。　装在ＥＬ．２７６．５ｍ的启闭机室内。　ｌ小浪底发电系统的设计　１．１系统布置　１．２．２压力钢管　压力钢管全长１　１３２．８ｍ，总质量为６７２０ｔ，钢管　内径为７．８　ｍｍ，靠近蜗壳处渐变为７　ｍ。从上到下分　枢纽进水口高低布置，形成了底位孔泄洪排沙，　为上斜段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段，钢板厚　中间孔引水发电和上位孔泄洪排漂的总格局。为减　度从加ｍｍ，２２ｍｍ，２４ｍｍ，２８ｍｍ，３０ｍｍ，３２ｍｍ，３４ｍｍ　少粗颗粒泥沙磨损水轮机，通过适时开启低位排沙　逐步加厚。钢板选用进口ＡＳＴＭ　Ａ５　３７　ｃ１．１钢和　收稿日期：２００５—１２—１３　作者简介：唐红海（１９７５一），男，湖南邵东人，水利部小浪底建设管理局水力发电厂工程师，从事水力发电厂的运行管理工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・２８・　水利电力机械　２０ｏ６年３月　ＡＳＴＭ　Ａ５１７Ｆ钢。　１．２．３尾水检修闸门与启闭机　闸门采用平面滑动式结构，闸门宽１２　ｒｎ，高１１　ｍ，质量约９３ｔ，底坎ＥＬ．１２２ｍ，设计水头１７．５　ｒｎ。每　扇闸门分４节制造，上２节和下２节采用连接板现　场拼焊，整体组装必须在闸门槽内进行，下部用锁定　梁锁定，上部用启闭机吊装，定位后用销轴联接。顶　部台车式启闭机扬程２５　ｒｎ，安装在ＥＬ．１５５．７　ｍ平台　上，由起升机构、行走机构、车架、电气设备、轨道和　配套的自动液压抓梁组成。液压自动抓梁通过磁力　耦合式电缆卷筒来实现与吊具的同步升降。考虑到　汛期检修时高含沙水流会在闸门上落淤，门槽漂浮　可能卡阻闸门等因素，设计选用的启闭力为２　Ｚ　２５０ｏｋＮ，远大于闸门自重。　１．２．４出口防淤闸工作门与启闭机　闸门底坎ＥＬ．１３０　ｍ，液压启闭机安装高程为　ＥＬ．１５０　ｒｎ，一门一机操作。启闭机工作行程７．８　ｍ，　主要包括油缸、液压泵站以及电控设备，油缸采用悬　挂式双缸结构，选用ＳＫＦ关节轴承。　１．３主要特点　１．３．１无磨蚀门槽设计　吸取三门峡、天生桥高速水流区闸门埋件出现　严重磨损造成闸门封水不严且无检修条件的经验教　训，进水口拦污栅槽采用较大的进水断面，主栅孔口　尺寸为４　ｒｎＺ　４０ｍ，副栅孑Ｌ口尺寸为４　ｒｎ　Ｚ　３５　ｒｎ，控制　过栅流速不大于１　ａｄｓ，以减少门槽及进水口边墙的　磨蚀。发电洞事故门埋件，控制水流速度不大于１２　ａｄｓ，选用适合于高速水流条件的矩形斜坡型门槽，　同时采用抗磨蚀组合轨道和不锈钢螺栓，以方便检　修工作。　１．３．２多功能水力清污机　发电洞进水口设有１８套主拦污栅，分别布置在　３个发电塔内，６套副拦污栅作为拦污备用，现配有　１台清污机。小浪底的清污机具有抓、压、切污功　能，以压污运行为主，抓污为辅，与传统的清污机有　较大的区别，主要由抓斗、液压传动装置和压重框３　部分组成，用门机副钩起吊。　１．３．３特殊运用方式的检修门　由于尾闸室顶层岩石条件差，地质条件特殊，开　挖困难，故深部开挖需要进行混凝土衬砌，且闸室顶　部设置有高压电缆洞。从技术和经济方面综合考　虑，闸室开挖选用了较小高度的设计方案，使启闭机　的提升高度受到限制，检修闸门不能完全提出孑Ｌ口，　这就必须分节调门，整体安装也必须在门槽内进行。　１．３．４尾水检修闸门的增设问题　检修闸门的数量一般按门槽数量的１／３设置，　原设计安装了２扇尾水检修闸门。　２０００年上半年，　６，　５机组已投产发电，其他４　台机组正在安装，机组检修和厂房渗漏排水均可通　过　４，　６尾水涧排出，而当　６或　５机组检修时，其　检修排水只能排至　４尾水洞，正在安装的　３，　４尾　水洞就必须进行封堵。通过对制作堵头和制造闸门　的方案进行综合比较，选定了新增２扇检修门的　方案。　随后，由于闸门调门程序复杂，且节间销轴装置　拆装困难，２００４年又增设了２扇尾水检修闸门，并　对拆销轴装置进行了改造，方便了运行操作。　１．３．５设置防淤闸工作门　考虑到大流量下泄，尤其是异重流排沙期问，高　含沙回水水流会淤住挡水的检修闸门，造成启门困　难，尾水渠的落淤板结后不易冲动，影响发电效率等　问题，增设了防淤闸工作门，它还可兼作机组安装期　间的挡水设备，减少了临时封堵设施的费用。　１．３．６共用同一门槽问题　进水塔空间尺寸受到地质条件的限制，结构紧　凑，并布置了大量的运行设备。为了保证发电洞进　水口的可靠拦污，并具备清污和检修条件，设置了副　拦污栅作为备用拦污设备。发电洞事故门埋件和事　故门前流道，虽然采取了控制水流速度、选用适宜的　门槽形式等措施，但是，检修是必须的，因此，要求设　置相应的检修闸门。考虑到发电洞检修闸门和副拦　污栅的投用周期较长，且可以运用在不同的发电塔　内，满足了共用门槽的运用条件。初期的运行和检　修情况，证实了共槽方案切实可行。但是，由于副拦　污的孑Ｌ口尺寸很大（４　ｒｎ　Ｚ　３５　ｒｎ），这就使得检修闸门　的尺寸也十分庞大，节数较多，给检修、运行工作带　来了困难　２主要设备的运行实践　２．１库区清污　小浪底电站主要采取了以库区清污船打捞污物　的方式。１９９９年１０月，水库下闸蓄水后，随着水库　水位的上升，库区形成的杂草、树木、生活垃圾较多，　清污工作量很大。近几年库区的来污量很少，坝前　未见成片漂浮物堆积。拦污栅压差测量数据表明栅　体附着的污物数量不大，截止２００４年底，清污机尚　未投运，未对拦污栅孑Ｌ口进行过检修。运行单位为　确保拦污栅的安全运行，近期将安排一次拦污栅的　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２８卷第３期　唐红海，等：小浪底水利枢纽发电系统金属结构设备的设计和运用　・２９・　检查、清污和修理工作。　２．２发电洞事故闸门的运行　２．２．１运行方式　事故闸门兼作机组检修的挡水闸门，正常运行　条件为静水启闭。当水轮发电机组出现事故或活动　导叶及筒阀装置失灵时，要求立即将动水关闭事故　闸门切断水流，以防止事故的扩大。　２．２．２快速闭门　闸门横梁间共加有６６　ｔ配重铁块，以满足动水　闭门的重量要求。快速闭门时，液压系统使油缸上　下腔连通，补油箱自动向油缸上腔补油，以满足快速　闭门液压系统的流量要求。闸门远方操作和现地操　作处均设有快速闭门按钮，现地液压阀组上还设置　了紧急落门的手动截止阀，以确保设备停电或电气　系统故障时能够利用闸门自重，实现快速闭门操作。　２．２．３闸门止水　采用上游面“山”字形橡皮条与底部条形橡皮组　成闭合的止水腔，山字型橡皮靠水库侧设有间隔，使　止水腔同水库连通，利用水库水压使橡皮膨胀压紧　不锈钢止水座板而实现止水。从近几年的运行情况　来看，闸门在２０ｍ低水头作用下，止水效果稍差，但　总体止水效果良好，估测每小时漏水量在３　ｒｎ３左右　（水封总长约３０　ｍ），为设计允许值的１／７。　２．２．４闸门支承　闸门主支承采用箱式定轮结构，滚轮轮体采用　实体合金钢锻制，选用偏心球面双曲率调心滚动轴　承结构，并配有特制动密封。闸门迎水面和侧面分　别设置有反滑块和侧轮装置。近几年通过对定轮运　行的观察发现，大部分定轮已不能正常转动，主要有　下面几个原因：　（１）受含沙水流的浸泡；　（２）事故门的启闭基本上是静水启闭，且运行次　数较少；　（３）动水闭门只有１—２次，定轮承压强制转动　的机会很少；　（４）定轮踏面不在同一水平面上，部分定轮不参　与滚动。　这对定轮的设计、安装和运行管理提出了更高　的要求。　２．２．５闸门连接　事故闸门吊耳距启闭机吊头中心约５２ｍ，通过　５节钢性拉杆连接，以满足闸门加压下降和闸门提　出孑Ｌ口检修的条件。　２．３电站尾水检修闸门的运行　２．３．１运行情况　尾水检修闸门的运行条件为静水启闭。闸门吊　距７．５ｍ，闸门的同步运行是通过启闭机的双卷简单　层缠绕，并将２卷筒减速机的高速轴用联轴器联接　来实现的，同步运行效果良好，未出现运行不同步　问题。　２．３．２穿轴装置的改造　检修闸门调门时，上、下门叶必须拆开，由于原　节间采用的手摇穿轴装置，长期受到含沙水流的浸　泡，锈蚀、涩卡严重，手摇穿轴特别困难，拆装一扇闸　门常常需要２　ｄ时间，严重影响到设备的正常检修。　２００４年，穿脱轴装置在新增的２扇闸门上重新设计　制作，取消了手摇穿轴装置，将上下门叶吊耳孔加工　成长圆孑Ｌ，销轴和对应门叶上设置吊环，侧面设置销　轴导向槽，用手拉葫芦穿脱销轴，操作简单，较好地　解决了穿脱销轴困难的问题。　２．４防淤闸工作门的运行　２．４．１运行情况　小浪底运行初期，泥沙粒径ｇ￣１Ｊ，，同时发电机组　经常轮换运行，尾水渠的落淤较少，防淤闸工作门的　投用很少，平均３年投运１次。为保证长期不运行　设备的完好，采取了定期试运行的措施，效果良好。　２．４．２同步问题　防淤闸工作门为露顶式圆柱铰弧形工作门，用　２只悬挂油缸同步启闭，闸门同步是运行中的主要　问题。闸门上升时，因系统选定的启闭力较大，闸门　受外力影响较小，闸门通过自身刚性和不锈钢水封　座板的导向作用来实现闸门的同步提升。闸门下降　时，油缸上下腔连通，实现差动运行，同时利用主回　油管路上的单向节流阀控制２油缸的进出油量，并　利用闸门刚性和水封座板的导向来实现闸门的同步　下降。　２．５液压设备　液压启闭机油缸缸体采用德国进Ｌ］ＳＴ６５无缝　钢管珩磨而成，活塞杆采用整体４５钢锻制而成，表　面电镀乳白铬和硬铬后精磨，总体运行效果良好。　近２年，部分长期外露的活塞杆上发现有点状锈蚀　情况，目前尚不影响设备的运行，未做处理。油缸密　封效果良好，基本无渗漏。液压管路和液压油箱均　为不锈钢材质，液压油未出现锈蚀污染，但个别启闭　机的液压油出现乳化，主要原因是油（下转第４ｏ页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

・４０・　水利电力机械　２００６年３月　层粗糙表面紧紧咬合填补空隙以延长涂层使用寿　命。涂刷或喷涂时，第１遍要刷得稀薄而均匀待完致．　全干燥后，再刷第２遍（第２遍涂料可比第ｌ遍　，一涂料稍稠些，但仍要薄而均匀）。，一般情况下，２滴　涂料完全封死铝涂层的孔隙而后涂刷的３遍导静　电涂料就可起到防腐的作用。　３．４边缘板防腐　台３　ｍ　油罐如果更换底板则需８姗厚的　板　ｏｔ，费用近百万元（包括材料价差）大　７ｏｄ（￣　Ｎ１５ｄ，更换底板５５　ｄ）。采用喷铝加　届　钢，．　，先将罐混凝土基础最外沿打成～个斜坡胶用橡　沥青塞满边缘板下部空隙在边缘板向上１ｏｏ～　１５０ｍｍ壁板处，用胶泥向下涂成一个斜坡如图２所　，竺涂料进行防腐处理，以５５元／ｍｚ计算：。　只需用８～万元左右就可以　蒿覆鬲　兰　＿二　，涂料．可节约几十万元，如果ｌ０年后再藻　费用只需３万元左右．盐。、．…２　０ｍ２５，，．．，大量钢材　，，同时　～～　一～　，示。然后在外面覆一层玻璃布防止在高温时流失。　，璧采用喷砂除锈后，电涂料来直接对罐底、罐顶和罐　则经济效益更佳。　塑宦或　防腐，以３０元／ｍ２左　一…’　石油罐导静电涂料电阻率测定法［ｓ１［２］ＧＢ　１５５９９，石油与石油设施雷电安全规范［ｓ］．　，ＧＢ／Ｔ　６９０６—１９９７［３３‘　６９５０—２００１石油罐导静电涂料技术指标［ｓ］．　，图２边缘板防腐图　．　（实习编辑：冯振华）