清远蓄能水电厂#4尾闸紧急手动下落失败原因分析及解决策略探究

清远蓄能水电厂#4尾闸紧急手动下落失败原因分析及解决策略探究

杨伟坡王乐李崇威赵亚康

（南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司广东广州511400）

摘要：尾水紧急事故闸门在紧急情况下切断下游水源避免事故扩大，在机组检修过程中作为下游水源的隔离点，其可靠性对机组稳定运行及厂房安全至关重要。文章结合清蓄电厂尾闸液压控制原理与尾闸的机械结构，深入分析了清蓄尾闸紧急手动下落失败的原因，提出了相应的解决策略，为尾闸安装及调试质量控制提出指导性的建议。

关键词：尾水紧急事故闸门；紧急手动下落

概述

清远抽水蓄能水电厂位于广东省清远市，安装4台单机容量为320MW可逆式混流式机组，厂房为地下式厂房，采用一洞四机的引水方式。每台机组前设置一套进水球阀，机组后设置一套尾水紧急事故闸门（简称尾闸）。尾闸主要作用是当厂房内发生紧急事故（主要是水淹厂房）时通过关闭尾水闸门以切断下游来水，避免事故的进一步扩大；另外，当进入水泵水轮机蜗壳、转轮室及尾水管内工作或需排空尾水时，为了不影响其它机组的正常运行，可关闭对应尾闸以隔离下游水道。正常情况下，尾闸保持开启状态，以保证机组的水道畅通。清蓄尾闸启闭采用自动控制和油压操作。为防止自动控制系统故障导致尾闸不能下落，尾闸系统设计了手动紧急落尾闸功能。

1尾闸系统简介

1.1清蓄电厂尾闸结构介绍

尾闸系统主要分为金属结构和液压控制两大部分。金属结构部分由四川夹江水电公司设计并制造。液压控制部分由江苏武进液压启闭机有限公司设计制造。

闸门为平面定轮闸门，门叶高4670mm，宽4730mm，门叶重27.98T，设计水头为118.89m，操作方式为动水闭门，静水启门。门叶顶部设计有两个挂钩1，与门槽盖上的两个尾闸挂钩2配合，对闸门进行保护。启闭机型号为QPKY-2500800-5.0-1，持住力为2500KN，启门力为800KN，工作行程为4.85m，启闭闸门的速度为0.9m/min。由两台轴向柱塞油泵（一主一备）提供闸门动作的动力能源。

1.2清蓄电厂启闭机控制原理介绍

液压启闭机原理图如图1所示，其中省略了储能罐、油站等设备的管线部分。其控制原理如图1下：

图1.清蓄尾闸液压控制原理图示意

1.2.1尾闸提升流程

油站启动建压，1带电，P、A导通，压力油经2.1、2.2到达4上腔，4动作切断启闭机上下腔连通管路；油站的压力油经阀8、9、10进入启闭机下腔，进行启门动作。上腔的回油经11排至集油箱。

安装在门叶顶部的限位杆顶起限位装置6受压，接力器3.1、3.2投入腔接通压力油，操作尾闸挂钩投入。全开位置开关动作，油站停止运行，启门流程结束。

1.2.2尾闸自动控制下落流程

尾闸控制电磁阀1失电，接力器3.1、3.2投入腔依次经阀6、1、7连通集油箱，接力器3.1、3.2退出腔为启闭机下腔的压力油，操作尾闸挂钩退出，阀2.1、2.2切换，P、R口导通；阀4上腔依次经阀2.1、2.2、1、7连通集油箱，4上腔失压，4导通；启闭机下腔压力油经4与上腔连通，门叶在自重作用下开始下落，下腔的油进入上腔，但由于上腔体积大，会形成一定真空度，油箱通过阀12向启闭机上腔补油，直至尾闸完全关闭。

1.2.3尾闸手动紧急下落流程

开启阀5，启闭机下腔压力油经阀5与启闭机上腔连通，门叶在自重作用下开始下落，同时启闭机上腔自吸补油。尾闸下落一段距离（设计为25mm），阀6脱离限位装置，A、T口导通，接力器3.1、3.2投入腔依次经6连通集油箱，尾闸挂钩退出，闸门继续下落。

1.2.4尾闸自动控制下落与手动下落流程区别

对比尾闸自动控制下落流程及手动紧急下落流程可以发现：尾闸自动控制下落过程中尾闸挂钩退出后尾闸开始下落，而手动紧急下落流程中，尾闸门叶下落25mm后尾闸挂钩才开始退出。

2尾闸手动紧急下落失败具体过程

2018年3月，#4尾闸系统中尾闸控制电磁阀YV3卡阻导致尾闸自动控制功能失效，尾闸不能下落。

运行人员开启尾闸紧急下落手动阀5进行尾闸手动下落操作，尾闸开始下落一段距离后，尾闸挂钩开始非常缓慢退出，尾闸挂钩退出一部分（两个挂钩退出不同步）后又缓慢投入，尾闸停止下落，运行人员立即关闭尾闸紧急下落手动阀5。确定尾闸下落失败后。运行人员启动提升闸门流程，闸门开始提升一段距离后，尾闸挂钩装置完全退出后又迅速投入。随后运行人员小开度开启尾闸紧急下落手动阀5，尾闸下落成功。

3尾闸手动紧急下落失败过程及原因分析

开启尾闸紧急下落手动阀5后，尾闸开始下落。尾闸（限位装置）下落一段距离后，与限位装置配合的尾闸挂钩控制导向阀6部分脱离限位装置，尾闸挂钩开始非常缓慢退出；尾闸挂钩退出的过程中，门叶持续下落，在尾闸挂钩未完全退出门叶上的悬挂结构时，门叶上的悬挂结构压到尾闸挂钩，尾闸挂钩停止退出；在门叶巨大的自重下，尾闸挂钩又被门叶向投入方向拉动，尾闸挂钩又投入。

在尾闸提升过程中，尾闸提升一段距离后，门叶的悬挂结构脱离尾闸挂钩；此时尾闸挂钩控制导向阀6的A、T口仍处于接通状态，尾闸挂钩接力器3.1、3.2退出腔经阀6连通集油箱，投入腔为连通启闭机下腔的压力油，以及在尾闸挂钩重锤的作用下，尾闸挂钩退出；尾闸（限位装置）继续提升一段距离后，与限位装置配合的尾闸挂钩控制导向阀6受压，尾闸挂钩接力器3.1、3.2投入腔经阀6、1连通油站的压力油，尾闸挂钩投入。

从以上尾闸紧急下落失败过程分析可以判断导致尾闸紧急下落的直接原因是闸门下落过程中，尾闸挂钩未能及时退出，造成尾闸悬挂于尾闸挂钩上。

结合尾闸门叶悬挂结构及尾闸悬挂结构的结构进行分析，两者配合关系如图2所示。图中黑色标识为位置1-尾闸挂钩完全投入，闸门全开的状态；红色标识为位置2-尾闸挂钩能够脱离门叶悬挂结构的临界状态；绿色标识为位置3-尾闸挂钩完全退出状态。

图2.尾闸挂钩与门叶悬挂装置配合图

位置2较闸门全开位下落约46mm，闸门下落速度为0.9m/min（15mm/s），计算可得闸门由全开位置1下落至位置2所需时间为T1，T1=46/15=3.07s，尾闸挂钩控制引导阀6整定值为25mm，即闸门下落25mm时引导阀35.1脱离限位装置，尾闸挂钩开始退出。从闸门开始下落到尾闸挂钩开始动作时间为T2，T2=25/15=1.67s，尾闸挂钩完全退出位置3较位置1旋转角度约12°，所需时间实际测量为T3≈1s；尾闸挂钩位置2较位置1旋转角度约7°，所需时间为T4，T4=7°/12°*1s=0.58s，尾闸挂钩从闸门开始下落至位置2所需时间为：T5=T2+T4=1.67+0.58=2.25s。由计算结果可以看出T5虽小于T1，但两者仅相差0.82s，若考虑到液压系统及机械部件的反应时间，挂钩退出至位置2实际所需的时间很有可能会大于闸门由全开运动至位置2所需时间，即尾闸挂钩不能及时退出。

从以上分析可以得出，可能导致尾闸下落过程中悬挂于尾闸挂钩的主要因素有四点：（1）尾闸全开位时门叶悬挂装置至尾闸挂钩的距离过小（2）尾闸紧急下落速度过快；（3）尾闸挂钩退出速度过慢；（4）尾闸挂钩退出较晚，即尾闸挂钩控制引导阀6压缩量过大。

考虑到在尾闸安装调试阶段，尾闸挂钩控制引导阀6的压缩量是在小开度开启尾闸紧急下落手动阀5（尾闸下落速度远小于正常下落速度）的情况下进行整定的，因此尾闸挂钩控制引导阀6的压缩量设定不恰当可能是导致尾闸手动下落失败的主要原因。

4解决策略及建议

根据以上四种可能原因分析，可以对应采取四种方案解决尾闸紧急手动下落失败。方案一：测量尾闸全开位时门叶悬挂装置至尾闸挂钩的距离，若不符合设计值则需要对门叶悬挂装置进行修磨至设计要求范围。方案二：紧急手动下落尾闸时应先小开度开启尾闸紧急下落手动阀5，使闸门以较慢的下落速度，待尾闸挂钩完全退出后再全开尾闸紧急下落手动阀5，使尾闸以正常速度下降；该方案对尾闸手动下落实际操作有一定指导意义，但不能从根本上解决问题，若出现尾闸异常下滑，仍可能出现尾闸紧急下落失败。方案三：通过增加挂钩重锤的重量或者增大尾闸挂钩接力器的退出腔管路管径等方法实现加快尾闸挂钩退出的速度。方案四：在尾闸正常下落速度的情况下重新整定尾闸挂钩控制引导阀6的压缩量。

结语

通过对清蓄电厂尾闸紧急手动下落失败原因进行详细分析，发现尾闸系统一些非关键部件的制造安装质量以及调试策略对尾闸可靠运行也影响非常大。由于该套尾闸系统设计较成熟且广泛应用于多个电厂，因此建议在尾闸安装期间加强尾闸挂钩与门叶悬挂装置配合相关数据的测量与控制；调试阶段优化尾闸挂钩控制引导阀6的压缩量的整定方法同时增加手动紧急落尾闸试验，避免紧急情况下出现尾闸紧急下落失败的的状况。

参考文献：

[1]麦景朝，肖苏平.广蓄二期尾水闸门的结构分析及技术改造.水电站机电技术.第30卷第一期