大型平面闸门吊头钢丝绳缠绕故障分析及处理

马美香，蔡银辉

(1.国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 雅安 625300；2.国电大渡河检修安装有限公司，四川 乐山 614900)

某水电站装设4台165 MW轴流转桨式水轮发电机组，水电站枢纽工程由河床式厂房、窑洞式安装间、泄洪闸、冲沙闸、挡水坝等建筑物组成，坝顶高程662.50 m。4台机组进水口分布在坝体下，在每台机组进水口处设置三扇检修闸门，在检修闸门后设置三扇事故闸门，事故闸门一门一机布置，在每台机组尾水出口设置三扇尾水闸门。

机组进水口事故闸门为潜孔、平面、滑动闸门，孔口尺寸6.2×16.228-55.645 m(宽×高-水头)，门槽底坎高程604.35 m，单扇闸门重125 861 kg，门体支承为MGA钢复平面滑道、反向钢滑块，顶、侧止水采用橡塑水封P60A，底止水为条形橡皮，门体吊点采用单吊点。启闭条件为动水闭门、充水阀充水平压后静水启门。门叶主要材料Q345B，门槽主要材料Q345，止水座板为1Cr18Ni9Ti。闸门为焊接结构，门叶主横梁为焊接组合工字梁，纵隔板为实腹T型焊接结构，其止水座面及结合面采用机加工，加工后的表面粗糙度Ra 12.5 μm。门槽埋件包括主轨、反轨、底槛等，均为焊接组合结构，其不锈钢止水面及不锈钢支承面采用机加工，加工后的表面粗糙度Ra 3.2 μm。

5 000 kN固定卷扬式启闭机安装在坝面662.5 m上的排架上，主要由机架、电动机、制动器、联轴器、减速器、小齿轮装置、卷筒装置、开度仪装置、滑轮装置和电气设备组成。

1 故障情况

电站3号发电机组检修后进行相关试验，机组进水口3号事故闸门在远程启闭试验过程中发生卡阻，闸门在提升高度14 m时荷重超载报警，闸门提升程序停止。

2 原因分析

闸门发生卡阻后，对闸门门槽、门体、吊头、钢丝绳等进行检查，发现吊头一侧配重块脱落并被钢丝绳缠绕，吊头动滑轮1槽钢丝绳脱槽并拉伤护板。如图1所示。

图1 吊头配重块脱落图

结合试验流程及现场检查分析，闸门试验过程中下落至全关位置后，开度传感器故障导致启闭机未收到控制程序停止指令而继续运转，卷筒上的钢丝绳继续下放松弛继而在吊头动滑轮下方形成堆积缠绕，随后在闸门起升过程中松弛钢丝绳缠绕吊头配重块(4颗M24螺栓)将其固定螺栓剪断，配重块脱落后被钢丝绳挂住进而卡于吊头与闸门连接夹板处，钢丝绳一侧也卡于吊头与夹板之间，最终导致钢丝绳受力卡死无法传动，闸门荷重超载无法提升(见图2、图3)。

图2 吊头钢丝绳脱槽情况图

图3 吊头完好状态图

3 方案及处理

由于闸门处于一定起升高度，要处理钢丝绳缠绕，必须首先固定闸门防止其移动，避免移动过程中造成钢丝绳受力过大发生断裂造成门体坠落、钢丝绳甩出等事故，基于此前提，经过研究形成了以下方案。

3.1 方案一

在闸门门体下方进行支撑，采用垫枕木、搭建钢支撑等方式对门体进行固定(防止门体下移)后，再通过启闭机下落吊头松弛钢丝绳，消除缠绕故障后实行闸门正常启闭。

但由于闸门下方底坎为斜面(见图4)，闸门卡阻位置高度较高(14 m)，此方案施工难度较大，且工期时间长。

图4 闸门底部示意图

3.2 方案二

在闸门上方通过在门槽中焊接钢结构固定点，然后采用钢梁或其他连接装置固定闸门于当前位置，防止闸门移动，然后启动启闭机下落吊头松弛钢丝绳消除缠绕故障。

此方案门槽固定点、门体连接点焊接施工难度、工作量均较大，且闸门门体自重125 t，普通焊接点强度难以承受如此重量。

3.3 方案三

通过启闭机上方下放2根等径钢丝绳，用卡环分别锁住吊头动滑轮(8槽，两边为动绳，平衡轮在中间两槽)两边动绳，然后启动启闭机下落松弛钢丝绳消除缠绕故障[1-2]。单扇闸门重量为125 861 kg，正常情况下16根钢丝绳每根承重约7 866 kg。锁定上游侧2根动绳(见图5)后承重钢绳剩余14根，每根钢丝绳承重约8 990 kg，φ 54钢丝绳安全起重量约为33 000 kg，钢丝绳承重在安全范围内。

图5 闸门吊头动滑轮绕绳示意图

此方案操作便捷，实施难度较小，作业人员可在孔口上方作业，安全风险也较小。

3.4 处理

通过对各站方案比较论证，最终选用第三种方案作为实施方案。利用大坝门式起重机400 t主钩吊下2根直径φ 56 mm长15 m钢丝绳与闸门吊头2根上游侧动绳(型号54ZAB6×36SW+IWR-1870ZS)通过φ 56卡环(每根8个卡环)进行锁固，见图6，然后启动启闭机缓慢运行，观察(在安全位置)钢丝绳卡环是否锁紧受力，闸门是否位移。确认钢丝绳无松动及相互位移、闸门无位移、各部分无异常后，对脱落平衡块固定于吊头上，然后启动启闭机下落钢丝绳，吊头动滑轮2根动绳缓慢下落松弛[3]。

图6 钢丝绳锁紧情况图

钢丝绳松弛裕度满足要求后，作业人员通过手拉葫芦将平衡块放置于闸门门体上，再用手拉葫芦辅助拉出卡于吊头夹板间的钢丝绳，使松弛钢丝绳下垂部分无卡阻、阻挡。检查钢丝绳是否受损情况及范围，经过检查钢丝绳存在部分断丝，但受损情况满足规范要求，可以继续使用。

启动启闭机缓慢收紧钢丝绳，使脱槽钢丝绳归位。启闭机继续运转，闸门向上运动，通过门式起重机下放的2根钢丝绳出现松弛，钢丝绳锁紧卡环不再受力后停止启闭机。

拆除钢丝绳锁紧卡环，撤离门式起重机及下方钢丝绳，恢复吊头滑轮槽拉伤护板，复位吊头配重块，修复开度传感器，试运行闸门无异常后投入运行[4]。

4 结 语

水电站机组进水口事故闸门作为设备故障情况下的安全保障，发挥着重要作用，其一旦发生故障，直接影响发电设备是否可以安全的投入运行，本文通过对闸门吊头发生钢丝绳缠绕故障的分析研究及处理，采用科学、有效的方法快速解决了故障，消除了隐患，为发电机组按时投入运行，避免了损失作出了重要贡献。此类故障的处理方案也可为其他闸门吊头钢丝绳类似故障提供处理借鉴、参考，促进水电设备安全稳定运行。