李滿喜

摘 要：崔家營(yíng)航電樞紐泄水閘工作閘門采用弧形門，啟閉形式為雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，自投入運(yùn)行以來(lái)，啟閉方式已由原來(lái)的現(xiàn)地手動(dòng)操作逐步過(guò)渡到遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，在弧門啟閉過(guò)程中，由于工況的不同，經(jīng)常出現(xiàn)因雙缸不同步造成弧門卡死的現(xiàn)象，因此，在樞紐正式運(yùn)營(yíng)之后，對(duì)弧門同步控制系統(tǒng)進(jìn)行了技改。該文簡(jiǎn)要介紹了崔家營(yíng)航電樞紐泄水閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的工作原理以及技改前后弧門開(kāi)度檢測(cè)方案的對(duì)比，運(yùn)行結(jié)果表明，此次技改達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：弧門 同步控制 位移檢測(cè)方式

中圖分類號(hào)：TV73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（a）-0064-03

崔家營(yíng)航電樞紐位于湖北省襄陽(yáng)市境內(nèi)漢江中游，是湖北省境內(nèi)漢江干流8級(jí)梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第5級(jí)，壩址位于湖北省襄陽(yáng)市下游17 km處，上距丹江口水利樞紐134 km，下距漢江河口515 km，是一個(gè)以航運(yùn)和發(fā)電為主，兼顧灌溉、供水、旅游及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的航電樞紐，其主要建筑物為：船閘、泄水閘、電站廠房、土石壩，泄水閘位于船閘與電站廠房之間，閘址位于主河床上，前緣總寬474.5 m，泄水閘采用寬頂堰平底閘型式，共布置20孔20×14.5（寬×高）泄水孔口，泄水閘工作閘門采用露頂式弧形閘門，采用2×2 500 kN雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行啟閉，啟閉方式為后拉式。

1 設(shè)備參數(shù)

崔家營(yíng)航電樞紐泄水閘QHLY-2×2500 kN-8.0m液壓?jiǎn)㈤]機(jī)用于操作泄水閘20孔工作閘門—— 弧形門。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)由油缸、液壓泵站、支鉸座、行程檢測(cè)裝置、行程限位裝置、液壓管路及附件組成，每孔液壓?jiǎn)㈤]機(jī)布置有一套液壓泵站、兩套液壓缸，液壓泵站位于弧門兩側(cè)閘墩內(nèi)部啟閉機(jī)室內(nèi)，該系統(tǒng)工作制為一用一備，即一臺(tái)泵組主用，一臺(tái)泵組備用，并能自動(dòng)切換（如圖1所示）。

2 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作原理

2.1 弧門開(kāi)啟

空載啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，延時(shí)5 s，打開(kāi)啟門電磁閥，壓力油經(jīng)過(guò)插裝閥進(jìn)入整流調(diào)速閥粗調(diào)同步后進(jìn)入液壓缸有桿腔，同時(shí)液壓缸無(wú)桿腔的液壓油經(jīng)過(guò)背壓?jiǎn)蜗蜷y流回油箱，提升弧門至預(yù)先設(shè)定值，油泵電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2.2 弧門關(guān)閉

空載啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，延時(shí)5 s，打開(kāi)閉門電磁閥，壓力油打開(kāi)缸旁液控單向閥，液壓缸有桿腔液壓油經(jīng)整流調(diào)速閥和插裝閥后流回液壓缸無(wú)桿腔，同時(shí)壓力油向液壓缸無(wú)桿腔補(bǔ)油，弧門依靠自重關(guān)閉到位，油泵電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2.3 弧門同步糾偏

液壓系統(tǒng)采用“橋式流量控制+旁路糾偏”同步回路對(duì)油缸進(jìn)行同步糾偏。其控制原理為：先調(diào)節(jié)橋式流量板上的主調(diào)速閥，粗調(diào)液壓缸基本同步。在弧門啟閉過(guò)程中，位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)2根油缸活塞桿位移量，并傳給PLC，由PLC即時(shí)計(jì)算出左、右液壓缸位移差。若位移差不超過(guò)糾偏起調(diào)值，則屬于同步正常；若位移差超過(guò)糾偏起調(diào)值，則由PLC控制打開(kāi)糾偏比例電磁閥實(shí)施旁路分流，使其中伸縮較快的液壓缸減速，直至位移差回到誤差允許范圍內(nèi)，PLC停止糾偏，實(shí)現(xiàn)精調(diào)同步，系統(tǒng)繼續(xù)按同步正常狀態(tài)運(yùn)行。

3 弧門開(kāi)度檢測(cè)方式比較

3.1 副拉缸式弧門開(kāi)度檢測(cè)方式（技改前）

起初，弧門開(kāi)度檢測(cè)采用副拉缸內(nèi)置式磁滯伸縮位移測(cè)量方案。傳感器安裝方式，采取了副拉缸形式，選用意大利GEFRAN非接觸式IK4AF1300E1磁滯伸縮線性位移傳感器，并通過(guò)一個(gè)三角變換結(jié)構(gòu)安裝在油缸尾部，此三角變換結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，應(yīng)該指出，采用此方案，傳感器的量程最小。

弧門啟閉時(shí)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)主油缸拉動(dòng)弧門以支鉸為圓心，以支臂為半徑，沿導(dǎo)軌做升降轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，主油缸帶動(dòng)副拉缸活塞桿伸縮，副拉缸內(nèi)置模擬式位移傳感器將位移轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流信號(hào)輸送至PLC模塊，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，PLC程序?qū)⑵鋼Q算成弧門開(kāi)度，并實(shí)時(shí)計(jì)算出左、右兩側(cè)的開(kāi)度差，當(dāng)開(kāi)度差達(dá)到糾偏起調(diào)值時(shí)，PLC控制打開(kāi)糾偏比例電磁閥對(duì)油缸進(jìn)行糾偏，確?；￠T同步運(yùn)行。

此副拉缸式開(kāi)度檢測(cè)方式主要存在以下兩個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）副拉缸的位移與主油缸的位移呈非線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換中存在較大誤差；尤其是檢測(cè)裝置的三角變換結(jié)構(gòu)，更是將誤差放大了大約7倍，導(dǎo)致PLC程序無(wú)法獲得準(zhǔn)確的弧門開(kāi)度。

（2）選用的傳感器是模擬量位移傳感器，其輸出信號(hào)容易受外界環(huán)境的干擾而發(fā)生溫度漂移和零點(diǎn)漂移，每次均需要技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)重新設(shè)定，加大了技術(shù)人員的工作量。

上述兩方面的缺陷導(dǎo)致泄水閘弧門在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)因不同步而卡死的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響弧門啟閉自動(dòng)控制，因此，有必要對(duì)原弧門開(kāi)度檢測(cè)方案進(jìn)行改造。

3.2 旁位式弧門開(kāi)度檢測(cè)方式（技改后）

技改主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：一是選用合適的傳感器；二是選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅靼惭b方式。在現(xiàn)場(chǎng)選擇兩孔弧門分別試驗(yàn)格雷母線開(kāi)度檢測(cè)方案和旁位式拉繩傳感器開(kāi)度檢測(cè)方案，試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種方案均滿足技術(shù)要求；但從穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)工作量大小及操作簡(jiǎn)單等方面綜合考慮后，最終選擇采用旁位式弧門開(kāi)度檢測(cè)方式。具體做法是：在泄水閘閘墩頂部、距離主油缸支鉸中心水平距離3.4 m處安裝一個(gè)由角鋼焊接而成，約1.2 m高的傳感器固定支架，用于固定拉繩式位移傳感器，并將傳感器的測(cè)量鋼絲繩下端固定在與弧門支臂焊接為一體的測(cè)量支架上，通過(guò)測(cè)量弧門支臂固定點(diǎn)的位移，換算得出弧門開(kāi)度。

技改后的檢測(cè)方案主要有以下3個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：第一，由于位移測(cè)量點(diǎn)直接選在弧門支臂上，與原來(lái)三角變換結(jié)構(gòu)將測(cè)量點(diǎn)選在主油缸上相比，減少了中間環(huán)節(jié)，減小了位移轉(zhuǎn)換過(guò)程中的誤差。第二，此種安裝方式，傳感器鋼絲繩位于弧門下游側(cè)，離水面有一定的安全距離，既避免了部分鋼絲繩長(zhǎng)期浸泡在水中發(fā)生腐蝕從而降低傳感器使用壽命，又避免了鋼絲繩被水中漂浮物和流水干擾而影響測(cè)量精度。第三，選用德國(guó)公司生產(chǎn)的型號(hào)為SL3010-X1/GS130-333拉繩傳感器，該傳感器不僅測(cè)量精度高、檢測(cè)量程大、使用壽命長(zhǎng)、安裝簡(jiǎn)便，而且該傳感器采用絕對(duì)值位移編碼，具有掉電位置保護(hù)功能，即使實(shí)然斷電，在系統(tǒng)上電后傳感器仍能準(zhǔn)確測(cè)量出弧門當(dāng)前開(kāi)度，非常符合技改要求。

4 結(jié)語(yǔ)

崔家營(yíng)航電樞紐弧門開(kāi)度檢測(cè)系統(tǒng)改造工作基本上保持了系統(tǒng)原貌，僅增加了兩個(gè)測(cè)量支架，改用拉繩傳感器，以最節(jié)省的方案完成了改造，并且經(jīng)無(wú)水啟閉和汛期啟閉試驗(yàn)，效果良好，實(shí)現(xiàn)了弧門開(kāi)度的準(zhǔn)確測(cè)量及弧門啟閉的遠(yuǎn)方自動(dòng)控制。整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，操作簡(jiǎn)單，極大地降低了運(yùn)行、維護(hù)人員的工作量，可供其他徑流式水電站泄水閘弧門同步控制系統(tǒng)借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 文德合.弧門開(kāi)度檢測(cè)裝置改造[J].湖南水利水電，2014（6）：67-69.

[2] 王小峰.崔家營(yíng)航電樞紐泄水閘弧形閘門同步超差改造[J].水電與新能源，2016（4）：45-49.

[3] 楊彥海，周維亞.弧門開(kāi)度儀器安裝探討[J].文摘版：工程技術(shù)，2015（18）：114-115.