第三節 金屬結構的運行與維護

一、水電站金屬結構概述

水電站金屬結構設備主要包括各種閘門、攔污柵、升船機、各類啟閉機，以及操作閘門、攔污柵的附屬設備等。

閘門一般布置于電站的泄水系統、輸水發電系統、航運系統及沖沙系統等部位。閘門按結構特征主要分為平面閘門、弧形閘門、人字閘門、拱形閘門、舌瓣閘門、三角形閘門等；按用途分為工作閘門、事故閘門、檢修閘門等。目前水電站中應用最多的是平面閘門、弧形閘門，船閘中的工作閘門通常選用人字閘門和平面閘門。

輸水發電系統進水口一般設置攔污柵、檢修閘門、事故閘門。當機組或管道要求及時、迅速切斷水流時，電站進水口還設置了快速閘門。水電站尾水出口一般設置檢修閘門。輸水發電系統快速閘門、事故閘門、檢修閘門多選用平面閘門。

攔污柵的作用是攔阻水流中所挾帶的污物，阻止污物進入引水道，以保護機組、閘門、閥及管道等不受損傷。對污物較多的河流還需要在攔污柵前設置清污設備。

通航河道一般設有船閘，船閘上、下閘首應設置工作閘門和檢修閘門。位于大中型工程上的船閘，閘門失事可能引起嚴重后果，因此，應在上閘首工作閘門上游設置事故閘門。工作閘門的型式有人字閘門、平面閘門等。事故閘門、檢修閘門多選用平面閘門。

啟閉機是用以操作閘門，使之開啟和關閉的機械設備。水電站常用的啟閉設備有螺桿式、固定卷揚式、液壓式、門式、橋式、臺車式、電動葫蘆等。

二、金屬結構運行監測與保養

（一）閘門

閘門常見問題有表面涂層剝落，門體變形、銹蝕、焊縫開裂或螺栓、鉚釘松動、止水裝置封水不嚴、支承行走機構運轉不靈活等。為了避免這些問題的出現，首先要定期清除積水、水生物、泥沙和漂浮物等雜物，以便讓閘門保持整潔。其次，應保持運轉部位加油設施的完好與暢通，并定期加油，尤其是對于難以加油的部位如閘門滾輪、弧形門支鉸等應采取適當方法進行潤滑。此外對于閘門止水的養護修理，要保持閘門止水裝置的密封可靠應從以下幾個方面進行保養：

（1）當止水橡皮出現磨損、變形或者自然老化時應及時更換。

（2）當止水壓板銹蝕嚴重時應及時更換。

（3）單獨干止水木腐蝕、損壞時應及時予以更換。

（4）對于鋼閘門其門葉及梁系結構、桿臂發生局部變形、扭曲、下垂時要核算其強度和穩定性并及時矯正或者更換。

（二）啟閉機

啟閉機常見問題有啟閉機械運轉異常、制動失靈、銹蝕和異常聲響，設備制造和安裝質量達不到相關規范要求，鋼絲繩老化、斷絲、磨損嚴重，傳動部位變形、腐蝕以及油脂變質或油量不足是引起啟閉機異常的主要原因。

為了應對上述問題應從以下幾個方面進行養護：

（1）根據啟閉機轉速或者說明書要求，選用合適的潤滑油脂保持減速箱內的油位在上、下限之間，并保證油杯和油道內油量的充足，從而使機械傳動裝置得到足夠的潤滑。

（2）對于制動裝置，當制動輪出現裂紋、砂眼等隱患的時候應該即補換，當制動帶磨損嚴重或者主彈簧失去彈性時，也應及時更換。

（3）啟閉機的連接件應保持緊固，不得有松動現象。

（4）對于注油設施，應保持油路暢通無阻，且應根據啟閉頻率定期進行檢查保養。

（5）滑動軸承的軸瓦、軸頸出現劃痕或拉毛時應修刮，當滾動軸承滾子及其配件出現嚴重的損傷、變形或磨損時應該及時更換。

（三）機電設備

機電設備常見問題有電氣設備可靠性和準確性不高，輸電線路老化、不正常，變壓器故障，防雷設施的設備、線路不正常，接頭不牢固等。主要原因可能有制造和安裝質量達不到規范要求，電機維護不良，線路老化，操作控制裝置不可靠，儀表儀器未進行定期校驗。

三、金屬結構的運行、維護與管理

（一） 閘門的運行、維護與管理

1.閘門的運行管理

要求工程管理人員必須熟知閘門的結構布置和使用操作方式，了解本工程所有閘門施工質量的優劣、安裝誤差、缺陷和質量隱患所在，做到心中有數，在實際運行操作過程中，加強管理和觀測，對閘門在運行中所暴露和產生的一些現象，加以必要的記錄和分析，總結經驗，以便在日后的工作中更好避免事故的發生，使閘門正常有序地運行。

閘門的運行，必須根據閘門設計的工作條件，嚴格執行本單位的規章制度，按操作制度進行啟閉，不允許因其他單位或個人進行自行隨意變更，進行違章操作。管理單位應制定一整套行之有效的制度加以規范，或配合上級管理部門的調度計劃做出相應的安排，做到閘門的操作有章可循，啟閉有度。

在接到有關啟閉閘門的通知后，工程管理人員及時對操作人員下達任務，明確分工，做好工具材料和勞力的準備。在啟閉閘門操作以前，應對閘門及其啟閉設備做好檢查和準備工作。對遠程遙控集中控制的閘門，在一般情況下，管理人員應及時親臨現場，進行檢查監護，發現問題時以便及時反映，排除障礙，確保閘門能正常運行。

閘門在啟閉時，要觀察啟閉過程是否運行平穩均勻，支承行走或轉動部分是否靈活，有無卡阻現象，有無異常的聲響，止水橡膠的走合是否正常，是否有扯裂拉傷等現象，門體吊頭及側輪等部件的工作是否良好，注意門體部分在啟閉時是否有明顯的振動現象發生。閘門開啟后，應觀察門底出流情況是否良好，水流是否有偏移回旋等現象，水流的消能作用如何，對下游建筑物是否有沖、淤等不良現象。如發現上述情況危急時，管理人員應及時報告，必要時應及時采取果斷措施，停止操作或調節閘門的開度，并立即報告上級，請示處理，找出原因，采取有力措施進行修復，待存在的問題全部處理后方可重新作業。及時總結經驗，以便日后工作中避免同類事件的發生。閘門在啟閉作業完成后，工程管理人員應將啟閉依據、啟閉時間、閘門開度、操作程序以及啟閉前后水位等變化，閘門、啟閉設備和建筑物等有無異常現象以及處理情況等，做好記錄，按規定存檔。管理單位應做好每次啟閉閘門的現場清理和善后處理工作，必要時還要及時向上、下游有關單位或相關部門發出閘門啟閉的信號或通知。對通航船閘閘門，由于閘門啟閉頻繁，而且有嚴格的次序要求，必須謹慎操作，嚴禁顛倒次序任意操作，同時須防止在控制臺上按鈕的失誤，導致閘門損壞或建筑物沖毀，在采取自動化程序控制的船閘，要防止設備故障和開關觸點失靈等原因而產生的失誤，需要工程管理人員隨時監護，必要時采取相應的應急措施，隨時觀察船閘各部位的運行情況，發現異常現象要及時處理，以防事故隱患的存在和事故的發生。對較大工程工作閘門和其他較重要的閘門在特殊情況下的啟閉操作，如緊急情況下的超水位啟閉，閘門在病理狀態下的強迫操作等，必要時最好有上級主管單位和設計部門參加協助，做現場指導工作，以保證閘門在非正常工作情況下順利啟閉。在閘門的運行管理工作中，上級管理部門應組織各項科學研究，提高水文預報和閘門調度的業務水平，做到及時準確；管理單位對于孔口尺寸大、數量多的閘門，要制定和落實各種應急措施和開啟方案；對于工程管理人員要加強培訓，提供管理水平和工作技能，增進思想認識和業務能力；設計單位要總結經驗，認真掌握設計和施工質量，主動了解閘門運行情況，必要時及時提供技術支持。

2.閘門的維護與檢修

鋼閘門的門體部分，由于長期或間歇地浸于水中，日曬雨淋，特別是鋼材本身質地不純，在水中易產生電解作用，很容易腐蝕，輕者剝落穿孔，嚴重的導致閘門報廢而不能使用。處在水位以上的閘門門體，受到日光照射，或陰暗潮濕，干濕交替；或者是在水流表面受到漂流物的撞擊和大氣的侵蝕作用，這些多產生化學腐蝕作用，同時在空氣和水中，存在化學活性很強的氧，氧和金屬產生化學反應而腐蝕門體。目前防治金屬腐蝕的方法主要有以下兩種：一是采用表面涂漆，二是陰極保護法。表面涂漆就是在金屬表面涂上覆蓋層，形成連續而牢固的保護薄膜，隔絕金屬與外界的直接接觸，從而達到防銹的效果。陰極保護法，就是利用一些比鐵電位較高的金屬，如鋅、鉻、鋁等，鍍在門體表面，使它成為微電池的陽極，鐵則成為陰極。在這些鍍層受到消耗的同時，鐵則受到保護。鋼結構或零部件覆蓋鍍層的方法主要有以下兩種：對一些強度要求高的金屬零件，如軸類零件，常采用表面鍍鉻，既防止生銹又可增強其耐磨性；對于一般的金屬結構件則采取噴鋅法表面鍍鋅，在噴鍍前，表面應進行噴砂除銹處理，鍍層一般為0.2~0.3mm，由于鋅、鋁鍍層是一種多孔隙保護層，如有透水通道，鍍層與鋼就會形成腐蝕電池，鍍層呈陰極就會消耗，所以最好在鍍層表面涂瀝青、氯化橡膠等涂料，以封閉孔隙，延長鍍層壽命。表面噴鍍法保護的周期長，所需的維護保養的勞力耗用少，這種方法已在實踐中大量采用，而且效果顯著。

閘門的檢修是工程管理中一項重要的工作。閘門經過長時間的工作后，其門體、支承等部分會出現生銹、變形、磨損等不良現象，為不影響正常使用，這就應對其進行檢修。閘門的檢修應有計劃地定期進行，盡可能避免造成運行中的事故，以免形成搶險事故，甚至災難性損失。閘門的檢修應結合經常性的管理和維護工作，在有季節性的、定期的、按規定的檢修和保養閘門的時候做到及時地維修和更換，將是最經濟有效的。在閘門的門體部分中，止水裝置檢修的機會比較多，因為止水橡膠常因設計缺陷、安裝不善等原因在運行中產生撕裂、折斷、翻轉、脫落等現象，而且止水長時間使用后會老化而產生永久性變形，有的止水本身強性不夠，在一定水位差時會產生漏水，從而引起閘門的有害振動，這些情況都會影響到閘門的正常工作，所以應予以更換或改裝。由于經常性的啟閉，閘門的支承行走和轉動機構會出現變形、磨損等現象，所以這部分機構需要經常觀測和檢修。特別是閘門的走輪和反向滑塊，除經常性的維護外，運行數年后，必須拆卸檢修，對磨損較為嚴重的軸套及滑塊，應進行清理、調整或更換。在設計此類零部件時，應盡量采用新技術、新工藝，以減少這部分易磨損件的檢修和更換次數：如滑動軸承，現在在許多情況下都采用耐磨性很強的自潤滑軸承，既減少了平時的維護，又不需經常更換；支承行走滑道，現在也出現了許多新的抗磨材料，如增強尼龍滑道、填充四氟乙烯滑道、油尼龍等。這些新工藝、新材料的采用，可很大程度上減少維護檢修的勞力物力消耗，爭得更多時間和效益。閘門所有的連接螺栓，也是潛在的一種隱患，在運行中都有可能產生松動和脫落等現象，螺栓的松脫會使閘門發生事故，所以也要經常性的維護檢修，發現松脫現象要及時處理。在設計和施工時螺栓應采用防松工藝，如增加預應力、加防松墊片等。總之，閘門的維護檢修應有計劃工地進行，必要時還需做好檢修設計和施工安排。

（二）啟閉設備的運行、維護與管理

1.啟閉設備的運行管理

啟閉設備運行管理的基本任務是保持設備處于完好的工作狀態，以使水工建筑物的機械設備能夠連續工作，確保工程正常的運作。為此，首先必須對啟閉設備及工程管理人員提出如下要求：能夠采取預防措施，防止設備在運行中發生故障，消除磨損，并進行設備的修復和更新；操作人員必須詳細了解啟閉設備的性能和使用條件，嚴格執行現行技術操作規程、安全技術規范、生產細則和其他有關管理文件；生產細則應根據廠方的單機細則，并結合當地的條件運用情況和設備運行的經驗來制定；在組織啟閉機的技術管理工作時，應制定一套包括所有設備在內的有計劃的檢修維護預防措施；同時啟閉機的設計應符合規范以及管理文件的要求。

2.啟閉設備的維護與檢修

啟閉設備的維護與檢修在于定期觀察、保養和維修。啟閉設備的維護與檢修，應參照設備廠方的單機說明及要求，并結合當地的實際情況，制定一套維護與檢修細則，所做的觀察、修理和其他計劃預防措施應記錄在工作日志上，設備的班養護、例行的、中期的和大修應區別開來。班養護由操作人員在接班時和上班時間內進行。工作前，操作人員必須先了解交班記錄,并對啟閉設備進行檢查，如發現有不妥之處，要記錄在工作日志上。在固定式和移動式啟閉機上，操作人員要檢查金屬結構和焊縫有無開裂、變形；檢查開式齒輪副的嚙合情況，檢查齒輪有無斷齒和過量磨損情況；檢查減速箱、制動器、電動機、軸承、金屬外罩和啟閉機的框架在基礎上的固定情況；檢查減速器、軸承內是否有油，是否漏油；在不去掉外罩和不拆除電氣設備和電線的情況下，對控制器、配電盤、電阻器、極限開關、接地、進線閘刀、輸電電纜、照明和信號器進行外部檢查；檢查起重機軌道、端頭擋板、限位器、夾軌器、歪斜限制器是否完好；檢查鋼絲繩在卷筒上的固定情況，是否有磨損和松弛現象，若發現問題，及時處理后方可投入工作。在液壓啟閉機上，操作人員要檢查油箱的油位是否在規定范圍內，油液在注入油箱前，應先通過離心式分離器和壓力過濾器過濾；檢查油路和各液壓控制元件是否有漏油現象。

為了使設備的運行持久可靠，管理單位要進行有計劃的預防性檢修，更換或修復那些根據廠家細則和技術規范規定的磨損已達到極限值的零件。一般情況下，啟閉設備中最易磨損的零件主要有：開式齒輪、軸類、滑動軸承、滑輪、鋼絲繩、制動器閘瓦、吊鉤等。

例行維修：在進行例行維修時，要檢查所有設備、鋼結構、保護裝置、附屬設備、起吊用索具、電機和電線，檢查齒輪副的嚙合情況，更換減速器內的潤滑油，清洗減速器油箱；檢查電動機和減速器的固定情況；檢查電刷、拾電器的接觸情況；更換所有磨損零件。

中期維修：在進行中期維修時，要比較全面地拆卸啟閉機，更換長期運轉的磨損零件。如傳動齒輪、滾動軸承、鋼絲繩等。

大修：大修是啟閉設備檢修的主要形式，旨在恢復啟閉設備完整的工作性能，能否順利進行取決于準備工作是否做得細致。在大修期間常常進行設備更新，目的是改進設備的性能，提高設備的效率、可靠性、耐久性等。最先進的修理形式是組裝法，即改換事先準備好的組件，例如，起重機的吊鉤，滑輪組件。這樣修理工作就成為更換整套磨損部件，采用這種方法必須有好幾套同樣的部件。當工地上有相當數量的相同型號的設備時，這種方法尤為適用。機械設備的組裝件和零件的標準化，對于這種修理工作具有極其重要的意義，走輪、聯軸器、減速器、齒輪副都可以做成這類標準化的組合件。

（三）攔污柵的運行、維護與管理

水電站開機前，應徹底清除攔污柵前的漂浮物及淤積物；運行期間，在交接班時都要做一次認真觀測，清除污物，保證發電用水清潔，減少水流過攔污柵的水頭損失。特別是低水頭水電站及多污物的河流，更應該及時清除污物。當攔污柵被於塞或折斷而失去效用時，應停機處理，否則污物進入水輪機室會危及水輪機安全。

一般的小型水電站，攔污柵有鐵制欄條，也有鐵框柵，容易生銹、腐蝕。所以要經常維護，一般每年進行1~2次除銹、涂漆等，必要時補焊損壞和脫落的柵條。

（四）機電設備的運行、維護與管理

機電設備具體維護處理措施如下：對于電動機，應保持其外殼無塵、無污、無銹和壓線螺栓的緊固，保持定子與轉子間隙的均勻，并及時更換絕緣老化繞組；對于操作設備，動力柜、照明柜、啟閉機操作箱、檢修電源箱等應定期清潔，保持箱內干燥整潔，如果發現接觸不良或老化，應及時維修或者更換；對于輸電線路的各種電氣設備應及時檢測、維修或更換，防止發生漏電、短路、斷路、虛連等線路故障；對于各種開關和繼電保護裝置，應該保持干凈、觸點良好、接頭牢固，如果發現接觸不良應及時維修，如老化、動作失靈，應予更換，對于備用電源的柴汽油發電機組應按有關規定定期養護、檢修；對于建筑物防雷設施，應及時更換銹蝕量超過截面30%以上避雷針（線、帶）及引下線，并及時補焊或旋緊已脫焊、松動的導電部件的焊接點或螺栓接頭；對于電器設備的防雷設施，應按供電部門的有關規定進行定期校驗。