趙 俊 濤
(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川.甘孜 626001)
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論黃金坪水電站溢洪道弧門控制
趙 俊 濤
(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川.甘孜626001)
摘要:論述了黃金坪水電站溢洪道弧門開(kāi)啟、關(guān)閉、弧門同步、弧門自動(dòng)復(fù)位控制等功能,通過(guò)與傳統(tǒng)弧門控制對(duì)比,突出了黃金坪水電站溢洪道弧門控制的優(yōu)越性,具有重要意義及推廣應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:弧門;開(kāi)度;活塞桿;黃金坪水電站
1概述
黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定市黃金坪鄉(xiāng)境內(nèi),為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級(jí)方案中的第十一級(jí)電站,上游接長(zhǎng)河壩水電站,下游接瀘定水電站。電站總裝機(jī)容量為850 MW,采用左岸大廠房、右岸小廠房?jī)蓚€(gè)地下廠房開(kāi)發(fā)的布置方式,其中左岸大廠房總裝機(jī)容量為800 MW,從水庫(kù)左岸引水發(fā)電,多年平均年發(fā)電量35億 kW·h,年利用小時(shí)數(shù)為4 370 h,主要任務(wù)為發(fā)電;右岸小廠房總裝機(jī)容量為50 MW,從水庫(kù)右岸引水發(fā)電,多年平均年發(fā)電量3.61 億 kW·h,年利用小時(shí)數(shù)為7 220 h,主要任務(wù)為承擔(dān)電站脫水段環(huán)保供水。
溢洪道位于大壩的左岸,共3孔,每孔設(shè)工作弧門一扇,工作弧門前設(shè)有檢修弧門門槽,3孔共用一扇檢修弧門門葉。工作弧門孔口尺寸為13 m×15.85 m-15.35 m(孔口寬度×孔口高度-設(shè)計(jì)水頭,下同),底坎高程為1 460.65 m,弧門按正常蓄水位高程1 476 m設(shè)計(jì)。門型為露頂弧形弧門,采用主橫梁、斜支臂的框架型式,支鉸采用自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承支承。支鉸布置在底坎以上8.5 m處,支鉸高程為1 469.15 m,面板弧面半徑為18 m?;¢T為動(dòng)水啟閉,可局部開(kāi)啟。每孔弧門由一臺(tái)容量為2×1 600 kN的懸掛后拉式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。
2弧門的主要技術(shù)參數(shù)、組成與結(jié)構(gòu)
2.1弧門的主要技術(shù)參數(shù)
(1)型式后拉式(油缸上支承)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)
(2)額定啟門力2×1 600 kN
(3)工作行程6.891 m
(4)最大行程7.19 m
(5)油缸內(nèi)徑400 mm
(6)油缸壁厚≥40 mm
(7)活塞桿桿徑220 mm
(8)上鉸點(diǎn)到下鉸點(diǎn)距離最小9.5 m,最大16.391 m
(9)啟門速度(活塞速度)0.7/0.35 m/min左右(雙速)
(10)閉門速度(活塞速度)0.7 m/min左右(可調(diào))
(11)吊點(diǎn)間距12 m。
2.2弧門的組成與結(jié)構(gòu)
2.2.1啟閉機(jī)的組成
黃金坪水電站溢洪道每個(gè)弧門配置一臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī),每臺(tái)啟閉機(jī)的組成包括:油缸、支鉸座、行程檢測(cè)及限位裝置、與弧門的連接軸、液壓泵站、液壓管路系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。
2.2.2啟閉機(jī)的主要結(jié)構(gòu)
(1)溢洪道共設(shè)三臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī),每臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)置一套油泵站。
(2)油缸支鉸座用二期混凝土固定在工作弧門兩側(cè)的閘墩內(nèi)。
(3)油缸上端與支座鉸接,油缸沿水流方向擺動(dòng),支承鉸處采用知名品牌的自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承。
(4)活塞桿下端設(shè)有吊頭及吊頭軸,與弧門吊耳相連,吊頭的支承采用知名品牌的自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承。
(5)活塞桿采用陶瓷活塞桿。
(6)行程檢測(cè)采用非接觸式掃描檢測(cè)行程裝置,檢測(cè)精度≤1 mm,具有模擬和數(shù)字兩種輸出模式,防護(hù)等級(jí)為IP68。
(7)在油缸擺動(dòng)的工作平面內(nèi),油缸的擺動(dòng)范圍滿足弧門啟閉全過(guò)程的要求。
(8)為保證在特殊情況下啟閉機(jī)在失去主供電源和外來(lái)備用電源的情況下仍能開(kāi)啟弧門,三臺(tái)溢流壩液壓?jiǎn)㈤]機(jī)均設(shè)一臺(tái)移動(dòng)泵站。移動(dòng)泵站啟門速度為0.07 m/min左右,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、攜帶方便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。各液壓泵站均留有與移動(dòng)泵站連接的快速接頭。
3運(yùn)行與操作
(1)每一套液壓泵站設(shè)兩臺(tái)手動(dòng)變量油泵-電動(dòng)機(jī)組。正常工作時(shí),兩組油泵-電機(jī)組同時(shí)投入工作,啟閉速度為額定值;當(dāng)一套油泵-電動(dòng)機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí),另一套仍然可以投入工作,但啟閉速度為額定值的一半。該油泵站同時(shí)設(shè)一臺(tái)移動(dòng)泵站,以保證在特殊情況下啟閉機(jī)失去主供電源和外來(lái)備用電源后仍能開(kāi)啟弧門。
(2)關(guān)閉弧門時(shí),油泵-電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng),壓力油打開(kāi)下腔油路閉鎖塊,弧門依靠自重下降。
(3)該機(jī)設(shè)置有上、下極限限位開(kāi)關(guān)并能自動(dòng)切斷油泵-電動(dòng)機(jī)組電源。 如弧門需要在某一開(kāi)度位置停留,操作前,可在位置控制裝置預(yù)置開(kāi)度值,當(dāng)弧門到達(dá)預(yù)置開(kāi)度時(shí),自動(dòng)切斷油泵-電動(dòng)機(jī)組電源,下腔油路閉鎖塊投入工作。
(4)由于液壓系統(tǒng)的泄漏,要求將弧門下滑的速率控制在48 h內(nèi)下滑量不大于200 mm。
(5)弧門在全開(kāi)或局開(kāi)位置下滑達(dá)150 mm且兩缸行程偏差小于20 mm時(shí),主用油泵-電動(dòng)機(jī)組自動(dòng)投入運(yùn)行,將弧門提升恢復(fù)原位。如果油泵-電動(dòng)機(jī)組未投入運(yùn)行、繼續(xù)下滑50 mm時(shí),將自動(dòng)接通備用油泵-電動(dòng)機(jī)組,將弧門提升恢復(fù)原位。此時(shí),PLC自動(dòng)向集控室及機(jī)旁發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。
(6)弧門在啟閉過(guò)程中,行程指示及位置控制裝置全程連續(xù)檢測(cè)兩只液壓缸的行程偏差,當(dāng)偏差值大于10 mm時(shí)將自動(dòng)糾偏;當(dāng)偏差值大于20 mm時(shí),自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。
(7)電氣控制為三種方式:即遠(yuǎn)控、現(xiàn)地、檢修三種模式,且三種模式相互閉鎖。
4活塞桿與開(kāi)度檢測(cè)裝置
過(guò)去經(jīng)常采用的傳統(tǒng)內(nèi)置式行程檢測(cè)手段有兩種:一種是鋼絲繩形式,另一種為磁感式,它們均存在一定的局限性和缺陷。鋼絲繩內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置是將旋轉(zhuǎn)編碼器與恒力彈簧機(jī)構(gòu)組合成一種能安裝于液壓缸上蓋頂部的裝置,帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩通過(guò)連接螺釘與活塞桿頭部連接,隨活塞桿的伸出與縮回而帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn),從而檢測(cè)出油缸的行程。由于鋼絲繩易繞曲而造成測(cè)值偏差且故障率高,穩(wěn)定性差,其應(yīng)用范圍較為有限;磁感式線性位移傳感器由于受到長(zhǎng)度的限制,無(wú)法滿足某些液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的行程檢測(cè)要求,而且當(dāng)液壓缸的布置形式為傾斜或水平時(shí),傳感器就會(huì)產(chǎn)生一定的自由撓度,從而直接影響到行程檢測(cè)的精度;另外,其必須且只能安裝于液壓缸上蓋頂部,活塞桿中間也必須留有用于安裝線性位移傳感器的長(zhǎng)孔。鑒于以上因素,磁感式線性位移傳感器的應(yīng)用范圍也較為有限。上述兩種內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置不但外形較大、必須有充裕的空間方能使用,而且安裝過(guò)程較為麻煩,特別是在檢修時(shí),需要將液壓缸上蓋打開(kāi),整個(gè)過(guò)程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。
黃金坪水電站溢洪道弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)采用了一種輸出脈沖信號(hào)的傳感器與帶內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置的陶瓷活塞桿相結(jié)合使用的行程檢測(cè)方式,其可以解決以往行程檢測(cè)的不足之處。這種集成于陶瓷活塞扦上的內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置可以直接檢測(cè)出活塞桿的位移而不需轉(zhuǎn)換,故不存在累積誤差,所以其行程檢測(cè)長(zhǎng)度不受限制,任意行程均可檢測(cè),而且其檢測(cè)精度可以達(dá)到1 mm;另外,由于其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小,只需直接安裝于液壓缸的下端蓋上,在液壓缸外部不需要增設(shè)另外的裝置,因此檢修非常方便,不僅保證了黃金坪水電站溢洪道弧門的開(kāi)度檢測(cè)精度,提高了其防腐耐磨性能,也為后續(xù)的檢修維護(hù)工作帶來(lái)了很大的方便。具體原理如下:
陶瓷活塞桿內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置是在活塞桿基體上加工溝槽,采用脈沖信號(hào)的傳感器對(duì)活塞桿進(jìn)行行程檢測(cè)。其具體方法是:先在活塞桿基體表面加工等距離的、具有一定深度的溝槽,然后在其表面噴涂陶瓷材料。其原理是由于活塞桿基體具有導(dǎo)磁性,而表面噴涂的陶瓷材料是非金屬
材料,不具有導(dǎo)磁性,當(dāng)傳感器通過(guò)高低不一的溝槽時(shí),氣隙是不一樣的,氣隙的變化將引起磁阻、磁場(chǎng)和電流等的變化而輸出脈沖信號(hào),傳感器就可以檢測(cè)出活塞桿基體上溝槽的間距,而活塞桿基體上的溝槽是等距離的,從而可以將其轉(zhuǎn)換成活塞桿的行程。
5結(jié)語(yǔ)
黃金坪水電站溢洪道弧門已于2015年6月安裝調(diào)試完成,從6個(gè)月以來(lái)的運(yùn)行情況看,設(shè)備開(kāi)度測(cè)量精度、弧門控制等完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,為黃金坪水電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),亦為今后類似工程設(shè)計(jì)與施工提供了很好的參考和借鑒。
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(責(zé)任編輯:李燕輝)
趙俊濤(1989-),男,河南洛陽(yáng)人,助理工程師,學(xué)士,從事水電廠技術(shù)與管理工作.
作者簡(jiǎn)介:
文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0022-02
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
中圖分類號(hào):TV7;TV737
收稿日期:2015-12-31