水电站水工闸门运行事故及对策
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水力发电 第38卷第8期 2012年8月 水电玷水工闸门运行事改及对策 邢林生.周建波 (国家电力监管委员会大坝安全监察中心,浙江杭州1 310014) 摘 要:水电站水工闸门曾因疏于管理、操作失误、重大缺陷没有及时消除,以及闸门启闭电源不可靠等原因,而 发生多次运行事故,不仅影响发电等效益的发挥,有的甚至对大坝和下游人民生命财产造成危害。为了防止水工闸 门运行事故的发生,应规范闸门操作运行,杜绝人为操作失误,及时消除重大隐患,设置柴油发电应急备用电源, 若采用远方操控闸门的运行方式,必须严格实行大坝现场监护人制度。 关键词:运行事故;水工闸门;对策;水电站 Operation Accidents Relevant of Hydraulic Gates in Hydropower Stations and Countermeasures Xing Linsheng,Zhou Jianbo (Large Dam Safety Supervision Center of SERC,Hangzhou 310014,Zhejiang,China) Abstract:Some operation accidents of hydraulic gates in hydropower stations have been occurred because of poor management,operational eITors,not timely eliminating major deficiencies and unreliable gate opening and closing power. These accidents not only affect the power generation,and some even cause harms to the dam and the life and prope ̄y in downstream areas.In order to prevent the operation accident of hydraulic gate,some countermeasures should be taken, including standardizing gate operation,eliminating human operational errors,promptly eliminating signiifcant risks and setting emergency backup power through diesel generator,and if using remote control,the dam site guardian system must be stricdy enforced. Key Words:operation accident;hydraulic gate;countermeasure;hydropower station 中图分类号:X928.02;TV663 文献标识码:B 文章编号:0559—9342(2012)08—0070—04 水工闸门是水电站调节、控制水流的主要设备, 是水电站水工建筑物的一个重要组成部分。水工闸 门启闭运行是否正常。不仅直接关系到水电站发电 近期事故事例较少。这一方面表明水工闸门的运行 管理得到应有的重视,水工闸门运行技术有了一定 提高;但另一方面的情况也客观存在,即在近期水 电站管理体制改革以后,水工闸门运行事故的披露 报道相对较少,因而对事故详细经过的资料搜集、 统计和分析更为困难。 从事故类型和危害划分来看,表1中所列出的 等效益的发挥,还关系到大坝和下游人民生命财产 的安全。在水电站水工闸门的启闭运行过程中,由 于疏于管理、操作失误或重大缺陷没有及时消除, 以及闸门启闭电源不可靠等原因,曾引发多起运行 事故,有的致使闸门和大坝遭受严重损坏,有的甚 至导致大坝溃决。造成巨大损失。从这些事故中汲 取教训,免蹈覆辙.无疑具有重要意义。本文列举 部分水工闸门运行事故事例,对事故原因和危害性 进行分析,并就其安全对策进行研究探讨。 事故大致可归纳为三类: 第一类,露顶式闸门在泄洪运行时,因未及时 提起闸门致使库水漫过闸门顶事故。除表1中回龙 山、窄巷口、华安、鱼剑口4座水电站发生过这类 事故外,另一个突出事例是凤滩水电站1996年7月 泄洪时,因下游河道大量阻水建筑物没有在汛前清 1事故事例 表1是我国1O座水电站水工闸门运行事故的概 收稿日期:2012~01—16 况。其中,9座发生在20世纪60~90年代,一座发 生在21世纪第1个1O年。从事故发生年代来看, 作者简介:邢林生(1942一),男,江苏南京人,教授级高工 主要从事水电站大坝安全评价工作. 第38卷第8期 邢林生,等:水电站水工闸门运行事故及对策 曩 5回龙山(重31976年11月和1978年汛期,因溢洪道闸门启闭电源不可靠,洪水调度准确性差,闸门开启时间滞后等原因,先 坝)1.23 力后两次洪水漫过闸门顶.漫顶高度0.75 ITI 4.771980年5月,库区普降暴雨,库水迅速上涨,因山上危岩落下砸断溢洪道闸门启闭电源线,又无备用电源,无法 窄巷口 (5) O.094 拱坝及时提起闸门泄洪,致使库水位被逼高到l 094.28 m,比正常高水位高出2.28 m,洪水漫过闸门顶高度2.0 m 华安(闸35坝)0.10 2O世纪8O年代,曾因启闭设备故障和值班人员疏忽等原因,没有及时提起闸门泄洪,几次造成洪水漫过闸门顶, 漫顶最大高度1.1 m 2007年6月22日,库区普降暴雨,鱼剑口与上游石板水电站区间3 h降雨量67~98 mm,由于鱼剑口水库无入库 鱼剑口(重力50坝)O.O88 水文站,运行值班人员又未与上游电站沟通水情,并且不熟悉水库调度规则,没有及时开启闸门泄洪,致使库水 快速上涨漫过闸门顶,漫顶高度1.21 ITI 凤滩1979年7月20日,对处于开启位置的放空洞出口处弧形闸门进行关闭操作.由于操作人员麻痹大意.按动电钮时 12(1坝.5)17.4O 竟将下降闸门误操作为上升闸门,而启闭机限位开关、超负荷断电器均未安装,致使闸门从8.3 II71开启高度继续上 拱升到10 n'l左右,造成支铰部位2O个固定螺栓全部剪断,左右两侧钢丝绳被拉断,门叶下坠随急流冲走彻底损坏 陈村(拱76坝.320世纪80年代初,在开启放空底孑L进口事故检修平板闸门时,由于未先充水平压,当门后洞内无水、作用水头约 对闸门和拉杆进行大修 )26.88 40in时强行启门,结果闸门没有提起,致使闸门拉杆被拉断,后经深水潜水作业,将失落库底的闸门打捞上来, 东江7(拱15)94.70 在门后无水时直接启门,由于气浪和水浪的强烈作用,闸门急速上升,钢丝绳从滑轮中跳出,闸门又急速下坠, 坝造成门叶因猛烈碰撞局部焊缝开裂,水封多处撕裂,设备附件也有不同程度的损坏 1990年8月,二级放空洞进水口链轮平板检修门在开启操作时,违背静水启门的设计操作规定,没有先充水平压, 1969年7月14日,库区发生超过百年一遇的大洪水,由于前期盲目调度抬高汛限水位挤占防洪库容.洪水来临时 5.9佛子岭(连7坝)4.87 又延误开启闸门泄洪时机,当闸门提起2/3开度时,输电线路发生倒杆电源中断又无备用电源等原因,造成洪水漫 拱过大坝防浪墙顶1.08 m,漫坝持续25 h 15 rain,使大坝下游及两岸基岩遭受严重冲刷破坏.坝后厂房部分被冲毁 1969年7月14日,库区普降暴雨,由于前期盲目调度抬高汛限水位,决定开启闸门泄洪时电源中断又无备用电 磨子潭(大头82源,人工手摇开启闸门上升速度很慢等原因,造成洪水漫过大坝防浪墙顶0.49 m,并持续4 h 48 min.大坝左坝肩 坝)3.47 下游基岩冲刷破坏严重,坝后厂房被淹 1 0一级 坝) 土o .09 中间5孔闸门提起过程中输电线路发生倒杆电源中断又无备用电源,也不能全开闸门泄洪,致使库水急骤上涨漫 过土坝顶,结果480 irl长的土坝溃决了1,2以上.一级及下游几个电站全部瘫痪,造成巨大损失 1998年6月1日,库区发生大洪水,开启溢洪道闸门泄洪时,2个边孔闸门被已变形的门槽卡住无法提起泄洪, 除.被迫延误开启闸门泄洪时间.导致库水猛涨. 13个溢洪道弧形闸门顶全线滚水时.才提起闸门泄 洪。露顶式闸门是按照一定的水位荷载条件设计的. 2安全对策 2.1规范闸门操作 表1中回龙山、窄巷口、华安、凤滩和陈村水 电站水工闸门运行事故发生在20世纪70、80年代。 门顶还应有安全超高,不允许运行中洪水漫过闸门 顶,当门顶已经漫溢再提起闸门泄洪时,就形成门 顶、门底同时泄水运行工况,不仅增大了静水作用 当时,水I闸门操作处于无章可循或操作规程很不 完善的状态。进入20世纪90年代,水工闸门的安 全运行逐渐受到重视;但最近对约200座大、中型 力,同时还有较大的动水作用力,闸门下游产生强 烈的紊流恶化区,因补气不足而出现负压和振动. 结构应力增加并复杂化,虽然门叶设计有一定的超 水电站的现场检查结果显示,仍有部分水电站水_T 闸门运行操作规程内容不够完善。鱼剑口水电站 2007年6月发生的洪水漫过闸门顶事故.就是一个 额承受静荷载的能力.但在遭遇这种恶劣工况时, 往往会导致较大的结构变形甚至失稳。已有多座水 工闸门破坏的先例lll。因而,运行中应避免这种工况 的出现 典型事例;另外,还有个别水电站甚至没有制定水 工闸门运行操作规程,仍然仅按口头传承方式启闭 水工闸门。显然,这样的管理方式无法保证运行安 全。由于水工闸门运行事故可能对水电站效益和公 共安全造成重大危害.应像对待水轮发电机的运行 第二类,水下过流孑L洞闸门运行损坏事故。表 l中凤滩、陈村和东江3座水电站水工闸门运行事 故就属于这一类。这类事故因闸门承受着巨大的水 压力,一旦发生事故,闸门损坏往往比较严重.又 操作那样,将水工闸门操作纳入规范化、制度化的 轨道,制定出内容完整的运行操作规程,其内容不 仅应包括机械和电气设备具体操作程序:还需根据 水工闸门所处环境条件的特殊性,对启闭操作前大 坝上、下游的检查项目作出明确规定。无论是现地 操作还是远方操作,都必须实施操作人和监护人密 因其所处位置特殊,很可能造成更大的损失。 第三类.泄洪关键时刻闸门无法开启或不能全 开泄洪事故。这类事故一旦发生,很可能成为洪水 漫坝或溃坝的重要因素.甚至是导致溃坝的主要原 因,将造成巨大损失。 Wmer Pouw Vol 38 No.8鳓 zUlz耳0月 切配合制度;严格执行操作人、监护人在操作票或 运行记录上的签字规定,详细记载操作过程中发生 的问题并加以妥善保存。 洱河二级等水电站,对闸体大型裂缝进行了修补加 固;刘家峡、石泉、安砂、乌江渡等水电站,对闸 门水封损坏、轴套硬化或咬死、启闭过程射水等缺 陷进行了处理。相对于混凝土及土石等建筑材料, 闸门等金属结构的老化和衰变速率呈现出更快、更 为明显的变化趋势。因此,随着时间的推移,应对 2.2杜绝人为失误 人为误操作看似偶然,实质上有其必然原因。 以下从三个方面探讨对策:第一,不断加强操作人 员责任意识的教育,对杜绝人为失误具有普遍意义, 是一项应坚持不懈的工作。第二,对操作人员进行 专业素质培训,从技术角度使操作人员了解每一步 操作的科学道理,是杜绝人为失误的基础工作。表 闸门等金属结构定期进行全面检测分析。及时采取 相应处理措施。 2。4设置柴油电源 在表1所列的10起事故中,5座水电站水工 1中陈村和东江水电站在开启放空底孔(洞)进口 闸门时,没有充水平压,门前门后存在巨大水力压 差.实际要求的启门力.远远超过设计启门力,在 这种条件下强行开启闸门,结果造成重大事故,反 映出操作人员对于静水启门的设计规定,未能深刻 理解其力学原理以及可能产生的严重后果。目前有 个别水电站认为泄洪闸门启闭操作简单,交由坝顶 警卫值班人员代为执行,而这些值班人员没有经过 严格的闸门操作专业培训,这样的管理方式需及早 改变。第三,认真实行闸门操作监护人制度。这是 杜绝人为误操作的组织措施,是多年以来被证实的 一项行之有效的重要措施。表1中凤滩水电站闸门 误操作的主要原因之一,就是没有实行监护人制度。 近年来,少数水电站出现忽视监护人作用的倾向, 或者虽有监护人制度.但在闸门实际操作过程中, 监护人并没有到位进行认真监护,这种错误倾向应 切实加以纠正。 2.3消除重大隐患 表1中的喀什一级大坝.在1998年遭遇大洪水 时,7孔溢洪道中有2孔不能开启,大大削减了泄 洪能力,是造成洪水漫坝和溃坝的主要原因之一。 该坝1985年曾遭受大地震的破坏.土坝迎水面土体 被震动液化滑落库中,两个溢洪道边孔的闸门和闸 体被严重震损,闸门不能自由启闭。在这次地震破 坏修复工程施工过程中,只是急于恢复发电,对消 除泄洪设施重大隐患的重要性认识不足,没有科学 分析挡水与泄水的辩证关系,修复坝体后没有及时 对震损的泄洪设施进行处理,并且拖延了13年,直 至1998年酿成大祸,造成巨大损失圆。喀什一级大 坝溃坝事例再次表明,泄洪闸门在防洪关键时刻能 否正常启闭运行,是确保大坝安全至关重要的因素。 对泄洪设施存在的重大隐患,必须及时加以消除。 近10年中,许多大、中型水电站对泄洪设施存在的 隐患和缺陷进行了加固处理,取得了良好的效果。 例如:黄坛口、以礼河二级、西津等运行了多年的 水电站更换了泄洪闸门:太平哨、万安、陈村、西 固W ̄rCer Power Vo1.38 No.8 闸门运行事故与启闭电源中断闸门不能开启或不能 全开泄洪有关。以往的许多事例表明,柴油发电备 用电源相对于其他类型的备用电源更为可靠。2008 年5月12日汶川I大地震的一些事例再次证实了这一 点。位于震中地区的几座水电站,在失去厂用电和 外接电源后,都是依靠自备或借用柴油发电机提供 的动力将泄洪闸门开启泄洪的.从而避免了满库时 溃坝产生巨大的次生灾害。其中,太平驿水电站因 闸门不能开启造成库水从左侧坝顶漫溢,并将左侧 坝后的柴油发电机冲走,被迫用直升飞机把拆解开 的柴油发电机分几次空投到现场,组装后才得以开 启所有闸门泄洪。5.12地震中几座水电站在危急关 头开启闸门泄洪的经历,不仅说明了柴油发电备用 电源的必要性和可靠性;也提醒了人们:应将柴油 发电机放置在紧靠泄洪闸门附近并相对比较安全的 地区,防止被滑坡掩埋、巨石砸坏和被洪水冲走。 另外,应尽量将柴油发电机发出的电力直接供到闸 门启闭机上,减少中间切换倒闸环节。采用柴油发 电机作为备用电源,在国际上也是常用的一种手段。 美国1979年颁布的《联邦大坝安全导则》中就明确 规定,由电力操作的溢洪道闸门.设置柴油发电机 作为备用电源是必不可少的。目前,柴油发电机是 最为可靠的备用电源已基本成为共识,在我国近 200座大、中型水电站中,绝大多数都已设置了柴 油发电机。鉴于闸门启闭电源的可靠性直接关系到 大坝的安全,应对采用其他措施作为应急备用电源 的安全性、可靠性进行专门论证,有关单位也应对 此严格监督管理。 2.5完善远方操控 近年来,少数水电站开始采取远方操控方式启 闭闸门。个别水电站认为只是“一键操作”,已不需 填写闸门启闭操作票,只作简单现场记录。目前, 采取远方操控闸门的水电站虽是少数,但呈日渐增 多的趋势,并已出现运行事故苗头,需认真探讨其安 全对策。2011年汛期,四川杂谷脑河上的一座水电 站,在远方启闭泄洪闸门过程中,3孔闸门有1扇 幂j 奄身弓 旯I| /'t134",1',-''1-,寻:/.K电 ..I-I l J】至仃争蚁 刈乘 : 要 被大树桩卡在门底不能自由启闭.只能使用另外两 扇闸门调节库水位和泄洪。该水电站大坝现场设置 电站发电和防洪调度的安全,不仅影响水电站发电 等效益的发挥,还可能会对大坝、下游人民生命财 产造成危害,对此必须给予高度重视。 (2)许多事故事例的回顾分析表明,水工闸门 运行事故的产生原因,主要是缺少内容缜密完整、 了摄像探头,但不能看清库面远方和下游河道全面 情况,只能大致了解大坝上、下游附近的情况,泄 洪闸门前后则是无法看到的死角.在远方操作闸门 启闭时,没有实行操作票制度,坝顶无人对现场进 行监护,结果库区泥石流冲下来的大树桩,被洪水 带到闸门前将闸门卡住。这个事例表明,远方操控 闸门,不仅仅是一个“一键操作”的过程.在保证 电气和机械操作安全可靠的同时。必须加强现场安 全管理措施:一,应有现场监护人.操作前对库区、 下游河道和闸门附近进行认真检查,与操作人密切 针对性和可操作性强的闸门运行规程,或有章不循 和人为误操作,以及没有及时消除泄洪设施的重大 隐患和闸门启闭电源不可靠。 (3)为了防止水工闸门运行事故的发生,应将 水工闸门运行操作纳入规范化、制度化的轨道,严 格执行操作票制度;从责任意识教育、业务素质教 育和组织上采取监护人等方面人手,杜绝人为误操 沟通配合;二,现场设置的摄像镜头,作为现场监 视的手段之一,应尽可能视野宽阔,不留死角,并 作的发生;正确认识水电站挡水和泄水建筑物的辩 证关系,及时消除泄洪设施的重大隐患,保证泄洪 闸门处于可正常运用状态:在坝顶靠近泄洪闸门附 近的安全部位.设置与闸门启闭机相匹配的柴油发 需设置照明设施,以备深夜泄洪时使用:三。对远 方操作人也应有人进行监护,防止误操作。整个远 方操控过程,应有完整的操作票制度,详细记录后 电应急备用电源;在采用远方操控泄洪闸门方式时。 必须严格实行大坝现场监护人制度。 妥善保存。闸门远方操控相对而言是一个新生事物, 积累的工程实例尚少.每座水电站都存在各自的特 殊性,因而尚需不断总结经验教训,规范远方操控 制度.确保闸门运行安全。 参考文献: [1]夏念凌.水工闸门事故实例分析[M].北京:水利电力出版社,1994: 144—149. 3 结 语 (1)水电站水工闸门运行事故,直接威胁到水 [2]邢林生.三座大坝溃坝事故的启示[J].大坝与安全,2002(6) :54-55. (责任编辑 陈 萍) (上接第69页)来的不便。 [6]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册(电气二次) [M].北京:水利电力出版社,1984. 4结语 『7]电力工业部水利部北京勘测设计研究院.水力发电厂自动化设 计技术规范『M].北京:中国电力出版社,1997. 『8]孟佐宏,吴小林.一起机组停机过程中导叶开启机组过速事故的 调查分析[C],/中国水力发电工程学会信息化专委会2009年学 术交流会论文集.2009,445—450. 本电站事故停机控制回路功能完备,采用冗余设 计,功能软、硬件功能投退灵活。运行维护方便。 在机组启动试验过程中,各项试验都能正确动作, 稳定可靠,为电站安全稳定运行提供了有力的保障、 同时也为今后电站事故停机控制回路的设计提供了 借鉴。 [9]孙建鹏,韩文花,张永健,等.对一起母线保护动作造成的发 电机停机事故的分析[J].电力系统保护与控制,2009,39(2): 145-148. 参考文献: [1]徐洁,黄健.水电厂监控系统[J].电力系统自动化,2000,24 (24):51—52. [10]何根生,张耀普,袁爱良,等.水电站中压空气压缩系统引起 事故停机的分析[J].电力学报,2004,19(1):33—34. fl11苑龙.如何看待停机按钮与DCS的联系fC]//2006年全国发电 厂DCS与SIS技术研讨会暨热工自动化专业会议论文集, 2006,430—431. [2]赵健英.PLC在紧急事故停机装置控制系统中的应用lJ].大电 机技术,2008(3):63—65. [12]田涛,张萍,冀梅仿.葛洲坝电站机组进水口工作门动水落门 方案编写及探讨[J].华中电力,2010,23(2):77—78. 『13]电力工业部水利部北京勘测设计研究院,等.水力发电厂计算 机监控设计规范[S].北京:中国电力出版社,2009. 『14]张龙,李轶瑾.过速140%Ne回路联片在发电机组保护中的应 用[J].电力学报,2009,24(6):529—531. [3]程永权.三峡机组运行可靠性分析[J].水力发电,2005,31(6): 57—59. [4]关小刚.大峡水电站机组轴承瓦温过高事故停机功能[J].水电 厂自动化,2008,29(4):82—83. [5]哈尔滨大电机研究所等.水轮发电机组自动化元件(装置)及 其系统基本技术条件【M].北京:中国电力出版社,2008. (责任编辑高 瑜)