1、 /一种自动防洪门的设计柯成军郭子强王生鹏（国网兰州供电公司）摘要：我国夏秋季节，经常会发生洪涝灾害。这对于一些类似于地下车库、无人值守的变电站等场地的正常运行有非常大的危害。设计一种自动的防洪门，对保障上述场所的正常、安全运行，有非常重要的意义。关键词：洪水；自动防洪门；无人值守变电站 引言在夏秋时节，我国大部分地区都处于雨季，连续多天的降雨或突然的暴雨都有可能会引起洪灾；或者在一些楼宇地下场所，管道破裂也会引起地下室积水。水流灌入地下车库、变电站、配电室、地下开闭所等场合，可能会引起巨大的事故和损失。比如 年，发生在郑州的暴雨引起的洪涝灾害，兰州市某小区的输水管道破裂灌入地下配电室，引起该
2、开闭所内设备泡水需要更换、区域内多个小区断电的事故。目前常用的方式是在这类场所的入口处堆放防洪沙袋，或者设置防洪门，在雨季派人巡查。有洪水灾害时，采用人工方式将挡洪板叠放在防洪门结构上，并使用沙袋进行堵漏。随着科技不断提高，地下车库、变电站等场所的站内设备逐渐由自动化、无人化管理，取代过去的需要专人值守，只需要由运维团队对设备进行定期巡检。但是在面对雨季突然发生的洪涝灾害时，往往会因为人手不足、不能及时赶赴现场，导致上述场所内涌入洪水，引起设备和财产的损失。为减少或避免类似上述事故考虑，针对无人值守的地下车库、变电站等场所的实际情况，作者设计一种自动防洪门，在发生洪涝灾害时，该防洪门自动启动，
3、将洪水阻挡在上述场所之外。并且要结构简单、可靠，建设施工或改造的成本低廉，便于实施推广。自动防洪门设计根据统计，绝大多数的洪涝灾害对地下车库、变电站等场所的侵害，往往是这些场所外的洪水侵入场所内引起的。该类场所内部的设计、施工等，均有相当科学且严格的应对雨水的要求。因此，应对洪涝灾害，主要考虑将洪水阻隔在场所之外，即可减轻绝大多数的灾害后果。水是具有流动性并且对漂浮其上的物体有浮力的，可以利用水的流动性，将其引入到预先设计的通道内；并利用其浮力，将同样设置在该通道内的防洪挡板顶起，从而实现防洪门自动启动的目的。根据该思路，在这类需要防洪保护场所的大门等处，设置如下的一道防洪门：该防洪门的主体结
4、构，是用以阻挡洪水的挡洪板，由耐腐蚀、自重轻并且机械强度较高的铝合金板材制作；挡洪板所处位置设置一个地下仓室，用于平时存储挡洪板；挡洪板的前方（大门外）地面上，有栅格状的注水口，注水口与地下仓室之间相连；并且仓室内在挡洪板的下方放置有气囊。根据设计，在发生洪涝灾害时，水流由栅格状的注水口进入仓室，仓室内的水位传感器实时监测外界的洪水深度，并上报给主控单元，主控单元根据水位判定是否需要启动防洪门。在达到预设阈值时，主控单元给气泵发出指令，要求气泵对气囊充气，同时可通过网络向上发出报警。气泵启动后，对仓室内的气囊充气，气囊鼓起，顶起挡洪板；并随着水位不断抬高，气囊在水的浮力作用下不断升起，可以继续
5、将挡洪板抬起。设计方案根据多年来对项目实施地的洪水水位的历史记录统计，以确定挡洪板总高度，挡洪板的总高应超过该处有记录的洪水水位至少 ，但不应过高，否则可能影响救援等工作进行。挡洪板的板材厚度根据大门总宽度和高度确定，要求其板材厚度和配套的结构承重部分，计算能承受洪水的载荷冲击。由于地下车库、变电站等主要建设在市区或其他远离山谷、泄洪通道等场合，较难以发电气技术与经济 产品与解决方案 /生洪水快速冲击的情况，因此可忽略水流冲击的动载荷，仅计算洪水的静载荷并预留适当的安全系数。其总静载荷的总水压力计算可按：2（）式中，为作用力；为水密度；为重力加速度；为水位高度；为挡板宽度。在工程计算中，取 .
6、，取 ，2，因此，总静载荷的总水压力计算式可简化为：.（）假设某处，预定洪水的水深为 ，大门宽度为 ，那么该处挡洪板所承受的总静压力可计算为 ，根据该计算选择常用的 铝合金材质的挡洪板，经校核，在保留 倍的安全系数下，该处的挡洪板厚度为 以上时，能足够承受水的全部压力。在挡洪板下端设置气囊浮球，该气囊浮球的作用是将挡洪板托起。气囊浮球的选型主要按照挡洪板的尺寸和重量确定，其选型计算方法为：假设为 宽的大门处安装防洪门，挡洪板安装在大门的墙内，挡洪板的宽度最大约为 宽，按照铝合金的密度，可计算得到挡洪板自重为 .，加上一些附件，按 计算，那么选取的气囊大小（体积 ）可由需要的气囊浮力和挡洪板的重
7、力计算，即：（）式中，为气囊浮力；为气囊自重；为挡洪板自重；为系数且要求大于 ，为稳妥考虑，取，即气囊充气后施加在挡洪板上的浮力大于挡洪板自重的 倍。将气囊的浮力 带入后可知，选择体积为约.，自重为 的橡胶气囊，该气囊刚刚完全浸入水面以下时可产生约 净浮力，足以克服其铝合金挡洪板的重力 ，使挡洪板漂浮起来。根据以上设计思路，可确定如下的初步参数：对挡洪板的板材，可选定设计规格为 ，铝合金材质；挡洪板的宽度按照大门的宽度和防洪门安装位置定制；按照一般情况下，根据洪水深度和方便救援人员进出，挡洪板完全升起后有效的超出地面的使用高度 ，地下余 ，共 高（该高度能满足国内大部分区域城市或其他场合，地下
8、车库或变电站等处，发生洪涝灾害时的洪水深度防护要求）。该挡洪板平时收存入地下舱室内，不影响正常的人员和车辆的通行；在洪水到来时应能自动升起以阻挡水流。该自动防洪门的具体实施方法为（见图 ）：）在大门处的地面处，施工挖出一个足够容纳挡洪板和气囊的仓室，该仓室内空间约 高，宽度与挡洪板宽度匹配，进深与气囊体积匹配，且有一定的尺寸余量，仓室内壁做防水处理，且要求表面光滑。）将气囊浮球放置在仓室底部，挡洪板放置在气囊上方，并且有支柱顶住挡洪板，避免挡洪板挤压未充气的气囊。）在仓室底部安装水位传感器，水位传感器与自动防洪门的主控连接，向主控反馈仓室内的水位；主控向下控制充气泵，并且与声光报警或远程报警短
9、信平台连接。）在仓室地面上方两侧，分别安装导向槽，挡洪板上升下降时都在导向槽内滑动。）仓室与地面之间开有注水孔，用于洪水的水流进入仓室内。图 电气技术与经济 产品与解决方案 /为了减少橡胶气囊长期充气引起的橡胶老化，在未发生洪水时气囊处于未充气状态。发生洪水时，水流首先通过注水孔进入仓室，水位传感器感知有大量水流进入后，向主控汇报水位情况；主控向水泵发出启动指令，水泵启动运行，向气囊内充气；充气的气囊体积会发生逐渐增大，将挡洪板顶起；随着水流不断注入，气囊受到水的浮力逐渐浮起，进一步将防洪门顶起；防洪门沿着导向槽的导向上升；并且受到洪水由大门外向内的压力，挡洪板将与导向槽内侧的槽面压紧和密封，
10、防止水流通过挡洪板两侧浸入。在挡洪板上方可安装一个防尘盖，该防尘盖与地面通过合页铰接，在挡洪板升起时，挡洪板顶端可将防尘盖顶开；在挡洪板收纳入仓室时，挡洪板落下，盖住挡洪板。该防尘盖可为仓室内遮挡灰尘和杂物，并且可以制作成减速带的样式，替代传统的减速带使用。图 是自动防洪门的剖视图，在正常时，挡洪板和气囊都收纳入气囊仓内，防尘盖落下，盖住挡洪板。图 图 是在洪水到来时，水流顺着注水孔进入气囊仓内，气囊受到水的浮力向上漂浮，托举其挡洪板，挡洪板冲开防尘盖，沿着导向槽向上运动，并与气囊仓的上表面贴合。挡洪板在洪水的压力下还与导向槽的一面贴合，进一步防止水的侵入。另外，在一些配电室、变电站场合，洪水
11、不仅通过大门进入场所内，还会通过电力管道或其他的管道涌入，可在这些管道内加装堵漏用橡胶气囊，这些气囊与挡洪板下的气囊一起，连接在充气泵上。在发生洪水时，这些气囊也同时充气，堵塞可能有水流涌入的管道，进一步起到防水堵漏的目的。图 测试验证为了验证设计效果，作者采用 设计软件进行电脑辅助模拟，制作缩微模型进行反复验证该设计结构。并且在兰州供电公司所管辖安宁区某变电站旁的值班休息室进行试验验证。该值班休息室为地上建筑，设置变电站内部，配电室的出入门宽约 .，为向外推开式防火门结构。为该休息室定制的自动防洪门，其挡洪板宽度.，安装在该休息室外侧；使用钣金折制的 型导向槽通过膨胀螺丝紧固在内墙上，并使用
12、结构胶将导向槽和墙体进行密封处理，导向槽的受力面（洪水到来时，受外面水的压力，挡洪板会贴靠在导向槽的室内一侧，该侧为受力面）有橡胶密闭层。在休息室门口处施工开挖仓室，开挖深度 ，宽 .，进深 .，仓室内部做防水处理，并且用水泥抹平。仓室底部放置充气后体积为 .的橡胶气囊，气囊上方安装 、硬质铝合金挡洪板。仓室在地面的开挖口使用一块 钢板覆盖，钢板上有开口以供挡洪板进出，该供挡洪板进出开口靠外侧开有个 的注水口。在仓室内注水口下端，距离仓室底面 处安装水位传感器。试验时，在该防洪门外的栅格状注水口内注水，水流主要由钢板上的注水口进入仓室，随着水位升高，主控单元要求气泵启动，气泵向气囊充气，气囊将
13、挡洪板顶起，并沿着紧贴着导槽向上移动。随着注水深度增加，气囊最终将挡洪板完全升起，直到气囊上顶到仓室上表面即地面铺设的钢板的下表面，并将钢板上供挡洪板升降的开口堵死。因为气囊有止逆阀，所以此时即使气泵断电，气囊中也继续保持充气和工作状态。因为该试验中，水位传感器还与声、光报警装置联动，现场的声、光报警系统也同时发出警报。电气技术与经济 产品与解决方案 /该试验用的整套设备生产成本约 元（见图 ），施工费等全部合计约 元。在批量生产情况下，生产成本会进一步降低。经现场评价认为，该套系统满足设计和使用需求。图 结束语本文设计一种结构简单紧凑的自动防洪门结构，该系统可扩展为整个场所包括大门、管道等，
14、同时具备防洪堵漏功能，且可加装声、光报警，或进一步地加装远程短信报警等设备，可扩展性强。整体造价成本低廉，施工周期短，防洪堵漏效果好，具备较强的推广价值。参考文献 傅辉云.浅析城市防洪中防洪门选型及应用 水能经济，（）：.何连天泽.一种可拓宽式防洪门 .邬坤，涂凯力.云南大春河梯级电站厂房防洪门的设计与应用 工程建设，（）：.（收稿日期：2 0 2 2-0 8-1 9）（上接第 页）参考文献 卫晓东，梅佳，李祺，等.新型架空线路防坠落装置用自锁器研制 电力安全技术，（）：-.黄金领，唐勇，陈刚.两起典型架空地线坠落原因分析及对策 红水河，（）：-.杨佳睿，贺志华，闫欢，等.输电线路杆塔作业人员防坠模块的应用与分析 宁夏电力，（）：-.郑婷婷，方登洲.基于输电线路防坠装置改造的成本分析与研究 电力科学与工程，（）：-.邹赞政.浅析输电线路防高空坠落柔性导轨减振装置的应用 机电信息，（）：，.何海勇.在高压架空线路钢管杆上加装防坠落装置的研究与应用 电工技术，（）：-，.方登洲.架空输电线路杆塔防坠落装置分析与应用 电力安全技术，（）：-.（收稿日期：2 0 2 2-1 1-1 0）电气技术与经济 产品与解决方案
