趙海峰，呼繼忠

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)電廠，四川成都，610051）

0 概述

錦屏二級水電站主要由攔河閘壩、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房三大部分組成，是一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。攔河閘壩設有5孔溢洪道，每孔設1扇13 m×22 m弧形工作閘門，采用2×3 600 kN-11.95 m雙吊點后拉式液壓啟閉機一門一機進行操作。每扇弧門的頂部設有一扇5 m×2.0 m舌瓣門，采用500 kN-2.5 m液壓啟閉機操作，用于排漂。攔河閘弧形工作閘門采用雙缸液壓機操作，額定啟門力為3 600 kN，自重閉門，啟門、閉門油缸活塞速度為0.45 m/min（可調(diào)）。

二級水庫為日調(diào)節(jié)庫容，其入庫流量由錦屏一級電站的出庫流量決定，同時承擔了下游河段生態(tài)流量以及機組運行調(diào)節(jié)流量的任務。水庫入庫流量大于機組發(fā)電流量與生態(tài)流量之和時，極易導致攔河閘壩溢流；水庫入庫流量小于機組發(fā)電流量與生態(tài)流量之和時，水位下降，影響機組出力，特別是汛期，入庫流量變化幅度較大，錦屏二級閘壩閘門需要頻繁啟閉，操作的及時性和精確度要求較高。

1 攔河閘壩弧形閘門控制系統(tǒng)

攔河閘壩弧形閘門控制系統(tǒng)主要由液壓泵站總成、攔河閘液壓啟閉機油缸總成、舌瓣門液壓啟閉機油缸總成、電氣控制系統(tǒng)組成。

液壓泵站由不銹鋼油箱（含其附件）、兩臺油泵電機組、控制閥塊等組成。攔河閘壩液壓啟閉機油缸頭部和尾部采用球面滑動軸承分別與閘門和尾部簡支式鉸支座連接，可以使油缸雙向擺動，液壓缸有桿腔設有安全鎖定閥塊，內(nèi)置原裝進口溢流閥和液控單向閥。舌瓣門液壓啟閉機油缸采用兩端鉸支形式，通過銷軸分別與舌瓣門和弧門上的支承座相連，液壓缸無桿腔設有安全鎖定閥塊，內(nèi)置原裝進口溢流閥和液控單向閥，保證液壓缸的安全鎖定和自由擺動。

電氣控制系統(tǒng)主要由控制柜、閘門開度傳感裝置、液壓動力站及控制閥組組成，用于控制弧形閘門以及位于弧形閘門上的舌瓣門的啟閉。動力站配備2臺功率為45 kW的油泵電機?；⌒伍l門開度傳感裝置采用Rexroth力士樂產(chǎn)品CMS傳感器，利用活塞桿母材表面加工出的均勻小齒槽進行位移檢測，測得小齒槽磁場變化的脈沖信號,并將信號傳輸給電氣控制裝置,進而轉(zhuǎn)換成油缸的位移量[1]。

2 弧形閘門同步糾偏控制

弧形閘門液壓啟閉機采取了帶整流回路的雙比例調(diào)速閥同步控制+常規(guī)調(diào)速器同步控制方式。弧形閘門液壓缸有桿腔液壓回路中設置了雙回路比例調(diào)速閥（29.1、29.4）回路，用于控制液壓缸活塞桿的伸縮速度即閘門的開啟與關(guān)閉速度，同時雙缸比例調(diào)速閥回路旁并聯(lián)了常規(guī)調(diào)速閥回路（29.2、29.3），當比例調(diào)速閥出現(xiàn)故障時，即可打開對應的備用回路常閉球閥（30.2、30.3），使常規(guī)調(diào)速回路投入運行。舌瓣門的啟閉為簡單的單缸控制，不作討論。液壓控制簡圖（液壓閥組部分）見圖1。

圖1 液壓控制簡圖（液壓閥組部分）Fig.1 Schematic diagram of the hydraulic control

閘門正常啟閉時，左右缸比例調(diào)速閥都投入，安裝在液壓缸上的CMS傳感器檢測到左右油缸的活塞桿行程差達到其設定的糾偏起動值時，以開度較大的油缸為基準調(diào)節(jié)開度小的油缸。PLC反饋電信號至對應的調(diào)速閥比例電磁閥，改變比例電磁線圈的電流值來改變閥芯位置，連續(xù)比例地調(diào)整相應液壓缸有桿腔進/回油量，從而使閘門左右吊點達到同步控制要求[2]。閘門同步控制原理圖見圖2。

若將一側(cè)的比例調(diào)速閥切換到常規(guī)調(diào)速回路，另一側(cè)仍為比例調(diào)速閥回路時，自動控制系統(tǒng)會以常規(guī)調(diào)速回路開度信號為基準，根據(jù)左右缸行程偏差值自動調(diào)節(jié)另一側(cè)的比例調(diào)速閥。

若兩側(cè)均切為常規(guī)調(diào)速回路，PLC不參與控制，泵的啟停、建壓閥的控制、啟門動作、閉門動作、常規(guī)調(diào)速閥的流量控制均需要人工操作。理想狀態(tài)下，弧形閘門是否同步啟閉可以通過左右缸有桿腔壓力進行判斷，當左右缸有桿腔壓力相等時，閘門無偏移；當左右缸有桿腔壓力不均時，受力大的油缸開度比受力小的油缸開度大，運行人員將通過有桿腔壓力大小的比對，手動調(diào)節(jié)常規(guī)調(diào)速閥的流量。

圖2 閘門同步控制原理圖Fig.2 Principle of synchronic control of the gate

3 錦屏二級弧形閘門同步控制調(diào)試

雙吊點液壓啟閉機閘門啟閉動作時，同步控制一直是關(guān)鍵問題，由于閘門自重偏心、摩擦阻力、液壓系統(tǒng)管路不對稱、控制元件調(diào)節(jié)特性不一致、液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏等原因，導致雙缸不同步動作，可能引起閘門啟閉出現(xiàn)震動、水封受力不均易損壞，嚴重時甚至出現(xiàn)啟閉機停止工作，閘門無法正常啟閉等問題[3]。

在錦屏二級閘壩弧形閘門調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)某閘門在啟門同步控制過程中，油缸有桿腔壓力表顯示的左缸壓力始終高于右缸壓力，最大偏差達6 MPa，但開度多數(shù)時間顯示左缸比右缸快1～5 mm左右，閉門同步控制過程中，油缸有桿腔壓力表顯示的左缸壓力始終略高于右缸壓力，在7 m左右壓差開始加大，5～2 m左右達到最大，但開度開始顯示左缸開度大于右缸開度，直至全關(guān)。經(jīng)過反復試驗，發(fā)現(xiàn)當保持右側(cè)缸行程始終比左側(cè)缸快6～10 mm時，兩缸壓力接近，甚至完全相同，但不同開度段需要右缸比左缸快的量值不同。

現(xiàn)場檢查壓力表計、開度傳感器、比例調(diào)速閥等部件，未發(fā)現(xiàn)設備有問題。造成該結(jié)果是油缸支鉸的安裝偏差和弧門左右吊點制造偏差的綜合結(jié)果、弧門門槽的安裝偏差和弧門制造偏差的綜合結(jié)果，不同開度時，兩者間產(chǎn)生的啟閉阻力不同。由于工期緊、任務重，現(xiàn)場采取了一種新的調(diào)試思路，以目前現(xiàn)有的閘門情況為基礎，采用弧門適應門槽變化的調(diào)試方法，將弧門啟閉曲線擬合門槽安裝曲線，分段進行控制，即在啟閉過程中的不同開度段，人為進行維持需要的不同的行程偏差，以保證閘門按照門槽曲線啟閉。

閘門控制系統(tǒng)比例調(diào)速閥控制規(guī)律為：Y=A±XB，X=∣a-b∣?！?”為啟門動作；“-”為閉門動作；“Y”為比例調(diào)速閥開口大小；A為比例調(diào)速閥預置開口大小；X為左右缸偏差值（a為左缸開度、b為右缸開度）；B為放大倍數(shù)，當偏差X大于糾偏啟動值C時，比例調(diào)速閥按照控制規(guī)律進行糾偏，直至偏差小于糾偏復歸值D，停止糾偏。為了維持左右缸壓力基本相同，弧門啟閉曲線擬合門槽安裝曲線，使偏差X始終維持在某一定數(shù)值，保持在糾偏啟動值C與糾偏復歸值D之間，現(xiàn)采取以下方法進行調(diào)整控制：

（1）整個啟閉過程中，為了維持閘門動作平緩，宜進行分段控制，不同的開度下采用不同的糾偏啟動值及復歸值；

（2）在某段開度下，為使左缸動作人為快于右缸時，設置不同的比例調(diào)速閥預置開口大小A，如:左缸預設值A1＞右缸預設值A2，當閘門動作時，左缸比例調(diào)速閥開口初始值大于右缸比例調(diào)速閥開口初始值，雖然控制系統(tǒng)進行糾偏，但在允許偏差范圍內(nèi)，左缸始終快于右缸動作。

（3）在某段開度下，為使左右缸偏差不致過大以及糾偏過大，設置合適的糾偏啟動值、糾偏復歸值，始終使左右缸偏差按照D＜a-b＜C、D＜b-a＜C其中的一個規(guī)律進行動作。

（4）當單比例調(diào)速閥、常規(guī)調(diào)速閥投入時，以常規(guī)調(diào)速閥為基準，按照閘門結(jié)構(gòu)剛性以及現(xiàn)場試驗情況，調(diào)節(jié)單比例調(diào)速閥預置開口、糾偏啟動值、糾偏復歸值，使左缸或右缸動作快一些，并保持一定的偏差，使弧門擬合門槽。

經(jīng)過現(xiàn)場不斷的啟閉調(diào)試，最終確定以下程序參數(shù)（見表1、表2）。實際調(diào)試中，效果明顯，左右缸壓力接近，差值最多不超過2 MPa，閘門整體運行正常，并將該調(diào)試方法推廣至其他閘門的調(diào)試中，得到了很好的效果。

表1 啟門動作參數(shù)Table 1 Action parameters of the gate opening

表2 閉門動作參數(shù)Table 2 Action parameters of the gate closure

4 結(jié)語

液壓啟閉機采用比例調(diào)速閥同步控制是最常用的方法。錦屏二級電站閘壩閘門常速調(diào)速閥、比例調(diào)速閥均采用進口產(chǎn)品，同步精度和運行平穩(wěn)性都得到了改善。一般情況下,單比例閥能滿足控制系統(tǒng)同步要求,但雙比例閥的同步控制性能更優(yōu)，極大提高了弧門操作的可靠性、快速性及閘門開度控制的精度，提高了運行管理效率，滿足現(xiàn)代電站“無人值班（少人職守）”的模式要求，為確保防洪度汛中大壩安全運行、機組保證出力提供了有力保障。

[1]熊紹鈞，周鵬，李季川，方楊.水工閘門液壓啟閉機的同步控制實踐與分析[J].液壓氣動與密封，2007（3）:17-20.

[2]王興隆，邢春雨，韓師蓮，李英杰.豐滿大壩溢流閘門雙液壓缸同步控制方法[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2012，36（3）:73-76.

[3]晏政，鄭海英.雙比例閥在樂昌峽水利樞紐工程液壓系統(tǒng)中的應用[J].廣東水利水電，2012（1）:125-126.