淺談大壩閘門故障原因及排除方法

韓麗華

（甘肅省臨夏回族自治州槐樹關(guān)水庫管理局，甘肅臨夏731100）

水利水電工程占地面積非常大（方圓幾百到數(shù)千米），龐大的建筑面積保障了引水工程安全運(yùn)行。閘門引水工程是通過閘門截水的方式控制水位，調(diào)節(jié)流量大小。由于水體較大、壓力高，所以對閘門質(zhì)量有很高的要求，主要是為了引取表面清水、清除槽中塵沙和污泥。引水工程設(shè)施內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、數(shù)量繁多，包括河道、管道、閘門等。特別是大壩閘門，安全性要求最高。部分水庫由于建設(shè)時(shí)間較長、技術(shù)落后，大壩閘門時(shí)常會產(chǎn)生一些故障，必須要針對現(xiàn)存故障采取針對性解決措施，保障整個(gè)水利工程的運(yùn)行安全。

1 工程案例

某水庫工程建設(shè)于1981 年，當(dāng)時(shí)水利工程建設(shè)技術(shù)還不夠先進(jìn)，由于技術(shù)上的限制以及材料質(zhì)量等影響，從現(xiàn)在看來該工程整體質(zhì)量、性能不足。在2001 年，因?yàn)殚L期缺乏檢修導(dǎo)致閘門拉桿損壞，造成的后果十分嚴(yán)重，閘門系統(tǒng)中一共有12 個(gè)軸承座，其中8 個(gè)不能使用，本次事故最高水位線為573m，與設(shè)計(jì)庫容58 萬m3十分接近，管理部門決定開閘放空減輕水庫容量壓力，派遣維修小組展開搶修工作，最終恢復(fù)了險(xiǎn)情。在2017 年閘門出現(xiàn)了無法開啟故障，并且時(shí)間正值雨季，水庫水位快速上升達(dá)到堰頂高程位置，由于當(dāng)時(shí)是連雨天，還需要保留一定庫容量防御洪水，此時(shí)調(diào)洪泄洪閘門無法開啟，水庫功能失效[1]。針對此類情況，管理部門組織了搶修小隊(duì)，潛水員到水下分析設(shè)備情況，結(jié)合實(shí)際情況制定了搶修方案。

2 水庫大壩閘門故障與原因

啟閉器控制大壩閘門開啟和關(guān)閉，電機(jī)減速器負(fù)責(zé)驅(qū)動啟閉器，通過斜拉傳動軸帶動下部分平板閘門實(shí)現(xiàn)上下移動，這樣即可實(shí)現(xiàn)大壩閘門的開啟和關(guān)閉工作。對于使用時(shí)間較長、原有設(shè)計(jì)存在缺陷的水庫閘門來說，經(jīng)常會產(chǎn)生故障問題。上述工程水庫大壩故障原因主要有兩點(diǎn)：一是在水庫閘門設(shè)計(jì)中，拉桿軸材料為φ45、軸徑為90 mm 的普通碳素鋼，采用軸套、插銷的方式負(fù)責(zé)輪連接，軸截面積為受力抗剪截面積，也就是不包括插銷截面積。由于當(dāng)時(shí)并沒有生產(chǎn)處φ90 材料，之后決定采用φ65 材料。如果繼續(xù)采取軸套、插銷連接方案，抗剪截面積大約為21.5 cm2，最后采取了軸套與螺絲焊接方法，套軸一段和軸端螺絲連接，另一端和φ65 材料焊接，從而讓抗剪截面積達(dá)到了起閉使用要求，但是性能只是基本滿足標(biāo)準(zhǔn)。二是該工程從1987 年使用至今，已經(jīng)使用了30 多年，大壩上游近些年養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，很多廢物廢液也從上游排出，這些廢液多數(shù)帶有腐蝕性，從而導(dǎo)致軸套和拉桿端脫落，造成閘門無法正常開啟。

3 水庫閘門故障的排除方法及管理措施

3.1 閘門故障排除方法

3.1.1 排除方法 閘門故障主要是檢查啟閉器的傳動系統(tǒng)，確定電機(jī)、減速器是否存在故障，并做好排除和維修工作。由于本工程閘門無法開啟主要是因?yàn)橛布栴}，還需要憑借經(jīng)驗(yàn)判定閘門、連桿、軸套筒螺絲一段是否脫落等情況。由于這些設(shè)備都在水位線之下，難以直接觀察看到結(jié)果，要借用工具或人工旋鈕傳動連接設(shè)備，將拉桿螺絲部位旋入到套筒中，之后向上做提拉動作，反復(fù)操作，最終讓水庫閘門恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，排除故障問題。此時(shí)還需要啟動除險(xiǎn)加固項(xiàng)目，對水庫現(xiàn)狀進(jìn)行安全改造，間隔大壩一定距離開挖一條適宜的引水渠，從而解決大壩周圍電站、下游居民用水保障[2]。

3.1.2 優(yōu)化控制措施 隨著新時(shí)期網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)控制措施已經(jīng)無法滿足當(dāng)前水庫閘門控制要求。為了能夠保證水庫運(yùn)行安全，在2018 年10 月枯水期階段管理部門采取了分布式控制方案實(shí)現(xiàn)了大壩閘門控制措施優(yōu)化。分布式系統(tǒng)具有產(chǎn)品集成化、功能集成化優(yōu)勢。主要是采用了可編程控制器（PLC）邏輯控制功能，可以自動采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并且通過多種回路調(diào)節(jié)設(shè)備。分布式控制系統(tǒng)與PLC 技術(shù)結(jié)合，通過PLC 組建分布式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“雙贏”。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)閘門分層控制，改善了過去單一控制的劣勢?？紤]到每個(gè)閘門位置分布較為分散，通過采集處理各個(gè)閘門信息，將相關(guān)信息傳輸?shù)街骺刂破鳟?dāng)中，通過分布系統(tǒng)對分散閘門進(jìn)行控制，從而提升信息采集效率和實(shí)時(shí)性。閘門控制系統(tǒng)主要起到了泄洪作用，除了在汛期之外，無需閘門系統(tǒng)以及輔助設(shè)備頻繁操作[3]。在某個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其他輔助系統(tǒng)可以替代展開工作任務(wù)，確保系統(tǒng)站點(diǎn)運(yùn)行可靠性。當(dāng)今國內(nèi)外應(yīng)用閘門分布式控制系統(tǒng)的成功案例非常多，如美國大古力水電站以及我國的三峽水電站等。

3.2 大壩閘門的長效管理措施

一是貫徹“安全第一、預(yù)防為主”的防汛方針，嚴(yán)格落實(shí)《水庫大壩安全管理?xiàng)l例》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及管理規(guī)范，進(jìn)一步完善大壩閘門安全運(yùn)行管理機(jī)制，對大壩進(jìn)行全程監(jiān)測和檢查。及時(shí)整理和分析大壩的監(jiān)測資料，第一時(shí)間掌握大壩的運(yùn)行狀況。還需定期做好大壩的養(yǎng)護(hù)、運(yùn)維工作，保證大壩閘門起閉設(shè)備可以正常運(yùn)行。大壩運(yùn)行必須要確保足夠安全，保障水利工程運(yùn)行效益。管理部門要制定大壩定期安全檢查和故障鑒定制度。特別是在汛前、汛后以及暴雨之后，必須要全方位對大壩以及閘門進(jìn)行安全檢查。

二是為了確保大壩的運(yùn)行安全，必須要提前排除安全隱患，即使到了每年的枯水期也要做好日常巡視工作。特別是對于水電工程的細(xì)節(jié)部位，需要按要求嚴(yán)格地進(jìn)行記錄和檢查。大壩閘門故障是長期積累下的問題，為了能夠保證國家財(cái)產(chǎn)、人民群眾生命安全，水利工程人員肩負(fù)著重要責(zé)任，在日常工作中不能有一絲一毫的懈怠。

三是全面加強(qiáng)原始資料保存工作，一旦遇到緊急事件可以精準(zhǔn)的作出決策，及時(shí)采取有效的措施，在最短時(shí)間內(nèi)解決問題，避免故障排除延誤造成更嚴(yán)重的問題。

四是為了以防萬一，管理單位需要時(shí)刻準(zhǔn)備好防汛搶險(xiǎn)物料準(zhǔn)備工作，特別是要準(zhǔn)備好充足的閘門故障常用設(shè)備與材料。一旦大壩發(fā)生險(xiǎn)情征兆，管理單位需要立即上報(bào)給主管部門、上級防汛指揮機(jī)構(gòu)，第一時(shí)間采取搶救措施。

4 結(jié)語

綜上所述，大壩閘門的運(yùn)行條件非常復(fù)雜，需要針對閘門的故障情況，分析具體故障產(chǎn)生的原因，并采取相應(yīng)的排除方案。由于造成閘門故障是多方面作用的結(jié)果，所以要以預(yù)防監(jiān)測為主，通過構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)可以有效加強(qiáng)閘門控制，實(shí)現(xiàn)綜合控制，從而保證大壩閘門控制安全性和可靠性。