【摘 要】构皮滩水电站是贵州省最大的水电站，大坝设计为双曲拱坝，最大坝高232. 5 m，大坝主体混凝土量273万m3。大坝适合缆索式起重机施工，经技术经济综合比较采用3台30 t平移式缆机布置方案。构皮滩水电站的如期建成投产表明国产30t缆机已完全满足工程施工进度与强度的要求，但在缆机的运行中还是出现了多起典型的故障，在此，对30 t国产缆机在构皮滩水电站运行中的典型故障进行分析并提出预防措施。

【关键词】缆机；运行；故障；分析；预防措施

【Abstract】The Goupitan Hydropower Station is the largest hydropower station in Guizhou Province. The dam is designed as a double-curvature arch dam with a maximum height of 232. 5 m and a concrete volume of 2.73 million m3 . The dam is suitable for the construction of cable cranes. After comprehensive comparison of technology and economy， 3 sets of 30 t translating cranes are deployed. The construction and commissioning of the Goupitan hydropower station shows that the domestic 30-t cable machine has fully met the requirements of construction progress and strength， but there are still many typical failures in the operation of the cable machine. Here， the 30-ton domestic cable machine is The typical faults in the operation of Goupitan Hydropower Station are analyzed and preventive measures are proposed.

【Key words】Cable machine；Operation；Failure；Analysis；

1. 工程概況

构皮滩水电站位于贵州省余庆县境内乌江干流河段，是乌江干流梯级第7级电站。该电站是国家“十五”期间开工建设的大型水电工程项目及贵州西电东送的标志性工程，也是乌江流域水电开发规划中最大的水电站。电站总装机容量300万KW，年发电量96.82亿KW·h。电站枢纽由混凝土双曲拱坝，坝下水垫塘，坝身表、中泄洪孔，右岸地下式厂房，左岸泄洪洞及通航等建筑物组成。

2. 缆机的布置形式

构皮滩水电站大坝位于乌江V形对称峡谷中，根据两岸地形及枢纽布置，大坝施工适合采用缆索式起重机，经技术经济综合比较采用平移式缆机布置方案。该方案两岸地形适合布置平移式缆机，土建工程量较小；缆机可覆盖整个拱坝，不需另外布置施工机械，有利于坝体混凝土温度控制，有利于2台缆机抬吊大坝金属结构件进行安装；缆机运行速度快，仓面定位准确，有利于2～3台缆机同浇1仓，对工程施工进度、施工质量更有保障。混凝土系统布置在右岸上游，且右岸地形较缓，根据地形条件和施工总布置，缆机主塔布置在右岸，副塔布置在左岸。3台平移式缆机布置在同一高程，跨度为700 m，缆机主、副塔均为无塔架形式，缆机平台各长180 m 。缆机主要技术参数见表1。

3. 运行中的典型故障分析及预防措施

3.1 提升电机故障。

3.1.1 故障分析。提升电机故障大多数发生在正常吊运混凝土快速下降过程中，共发生9次故障，其中有3次发生在供电系统突然断电的情况下，1次发生在10 KV供电系统电压波动的情况下，其余5次发生在供电系统没有异常的情况下。

3.1.2 预防措施。（1）临时措施是提高欠电压保护值，从80%的欠电压保护提高到85 %，也就是当整流变压器原边电压低于85%时就会使缆机断电，这样就避免了整流变压器副边电压过低引起逆变失败的情况。但缆机在重载时急停的次数增多，也给缆机造成多次冲击疲劳，存在重大安全隐患。最后加装动态滤波无功补偿装置，使缆机的提升电机（950 KW）启动时不再引起电网电压闪变和电压波动。（2）在提升直流电机电枢两端并接过电压及逆变消能平磁装置，减少瞬间过电压对电机的冲击。（3）将缆机高速限速至90%运行，避免超载以及高速运行给电机带来的强电流情况，降低电机运

行温度和长期高速对电机的损伤和积累。

3.2 缆机副塔天轮轴断裂。

（1） 故障分析。2006年10月21日22： 55分，构皮滩水电站2号缆机在浇筑混凝土的过程中将空罐向主塔方向牵引至离卸料平台约3～4m时（此时，牵引操作减速即将至0位），副塔天轮轴突然断裂。断裂时，小车牵引绳和中间2根承马绳均脱落轮槽，造成副车撑架上部变形，小车牵引绳有5处损伤；承马牵引绳有1处损伤；小车主塔侧第1个承马两侧板扭曲变形。事故发生后，经缆机制造厂商、业主、监理和施工单位联合鉴定结果如下：由于轴的材料和热处理问题以及结构具有较大肩台，致使应力集中，造成断裂。

（2）预防措施。改善天轮轴材料和热处理工艺，将轴肩台部位改为圆锥过渡，避免了天轮轴原来设计不足造成的应力集中；重新加工天轮轴（包括主塔天轮轴），并全部进行了更换。

（3）采取措施。将天轮轴的材料改为38CrMoAlA氮化钢，热处理为调质氮化，表面加工采取磨削后进行抛光处理等，进一步降低材料的切口敏感性，提升了天轮轴的疲劳安全系数，从而延长了天轮轴的使用寿命。

3.3 控制电缆和副车电源电缆断芯严重。

（1）故障分析。施工初期共发生了10多起电缆断芯故障，经现场观察分析，其主要原因是电缆转盘下有1对电缆导向轮，其半径小（仅为50mm ），运行中导致电缆转弯半径小，使电缆造成较大的弯曲应力。

（2）预防措施。将电缆全部更换，将电缆导向轮拆除，增加防跳缆挡板，处理后再也没有发生过电缆断芯故障。

3.4 进口钢丝绳使用费用高。

钢丝绳是缆机的主要耗材之一，缆机钢丝绳有提升钢丝绳、小车牵引绳和承马牵引绳。承马牵引绳使用的是国产钢丝绳；小车牵引绳和提升钢丝绳最初使用的是原装进口光面钢丝绳（德国产卡萨尔CASAR），提升钢丝绳型号为CASAR TURBO-PLAST一1770一36，小车牵引钢丝绳型号为CASAR TURBOPLAST 1770一30。后由于进口光面钢丝绳价格昂贵且使用期限较短，改为国产线接触钢丝绳。各种钢丝绳使用情况及单位时间费用分析见表2。

从表2可见，国严钢丝绳便用寿命不比进口钢丝绳短，但国产提升钢丝绳单位时间平均使用费用为25元/h，进口提升绳单位时间平均使用费用则高达222元/h，将近国产钢丝绳的9倍。钢丝绳在使用过程中主要是受拉力和弯曲应变。30 t纜机钢丝绳的损坏主要特征是表面钢丝断裂，其原因是经多次弯曲应变后造成疲劳断裂。因此，相对较好的柔性线接触钢丝绳其使用寿命较长。

（1）进口光面钢丝绳特点。钢丝脆硬，柔性相对较差，破断拉力较大。由于钢丝脆硬，容易受弯曲应变造成疲劳断裂，其使用寿命较短，且价格昂贵，导致运行成本极高。当然，国产钢丝绳为线接触型，对滑轮等替换件磨损较严重，同时会使滑轮等替换件费用增加，但总费用要比进口钢丝绳费用少得多，因此，国产线接触钢丝绳存在明显的价格优势。

（2）预防措施。缆机的钢丝绳（包括提升绳、小车牵引绳、承马牵引绳）全部采用国产线接触钢丝绳，由于构皮滩水电站离贵州钢丝绳厂较近，该电站3台缆机更换使用的都是贵州钢丝绳厂的钢丝绳，提升钢丝绳型号为6 x 36SW + IWR-36，小车牵引钢丝绳型号为6 x 30SW + IWR-30，从使用情况来看，完全可以替代原装进口光面钢丝绳，满足施工需要。

3.5 雷击事故。

3.5.1 故障分析。电站建设工地所处地理位置属于雷电多发区，缆机又处于空旷的制高点位置，容易引雷和接雷。缆机投人运行后，因此遭到多次雷击，造成其无线中控箱、电台等设备元器件损坏的故障，影响了缆机的正常运行和施工进度。

3.5.2 预防措施。

（1）直击雷防护。根据现场实际情况，在缆线上方横跨江面安装6根等间距避雷线，沿轨道方向上游侧和下游侧的2根避雷线分别布置在轨道端部外侧5m左右。为了保证绝缘水平，避雷线距缆机塔架、牵引索上支等最高点的距离不小于1. 5 m。避雷线两端接地，使得在雷击时将雷电过电压引入地下以确保缆机安全。该系统保护范围覆盖缆机上下游间全行程，左右岸宽800 m矩形区域。可确保包括全部缆机本体及操作室、微波天线等在雷强度不大于120 kA条件下不会遭受雷击伤害。对避雷线的受力、安全系数进行计算，可以确定避雷线锚固点的位置，即距左右岸主索悬挂铰点的距离（缆机主、副车外侧）处的高程以得出避雷线的架设示意图（见图1），避雷线下的尼龙绳可以悬挂照明灯及其电源电缆。

（2）弱电设备防雷。为了保护弱电设备受到电压（雷电或电源系统内部过电压）侵袭时保护设备不致受损坏，按照有关标准的要求，对弱电设备的电源和信号部分加装或更换SPD智能配电系统。

（3）采用单独回路供应单台缆机的一对一的供电方式，且互为备用。

（4）对牵引机构加装逆变消能灭磁保护装置，降低电压波动造成的冲击。

（5）对缆机（轨道）、架空避雷线、司机室、中控柜等设备接地情况定期测试，对接地电阻偏大，无法及时、有效、快速地释放雷击瞬间大电流，起不到保护设备目的的不良接地进行改造，并重新测试合格，保证接地电阻小于4Ω。

4. 结束语

构皮滩水电站3台30 t无塔架平移式缆机由中国企业自行设计与制造，在国内属于首创。构皮滩水电站的如期建成投产表明国产缆机完全满足工程进度与强度的要求，保证工程建设的需要。从30 t国产缆机吊运混凝土达到的生产率来看，国内水电站建设者在缆机管理、操作技能及维护保养方面已达到了较高的水平，各缆机使用单位应加强技术交流，相互取长补短，进一步提高国产缆机的运行效率。

[文章编号]1619-2737（2018）04-20-796

[作者简介] 吴维昱（1973-），男，籍贯：贵州贵阳人，职称：工程师，从事水利水电工程建筑施工技术与管理工作。