蹇萬祥，梁 恒，劉細輝

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川涼山 615704）

0 引言

官地電站樞紐建筑物主要由左右岸擋水壩、中孔壩段、溢流壩段、消力池、右岸引水系統(tǒng)及地下廠房發(fā)電系統(tǒng)組成。表孔閘門啟閉機系統(tǒng)是電站泄水建筑物中的一個重要組成部分，擔負著庫區(qū)泄洪的主要任務(wù)。在開展2020年表孔防汛設(shè)備汛前檢查維護過程中，由于雙缸失步引發(fā)啟門失敗的問題日益突出，給表孔閘門正常運行帶來較大的安全隱患。

為深入研究啟門失敗的原因，徹底消除設(shè)備隱患，經(jīng)過現(xiàn)場多次對比試驗分析，發(fā)現(xiàn)造成啟門時雙缸失步的主要原因為啟門時，由于油管中殘存壓力，導(dǎo)致整流迭加板單向閥受力不均勻，加之單向閥活塞與孔徑之間間隙過大，活塞回彈易卡阻，導(dǎo)致未完全復(fù)歸，再次啟門時，旁通路打開，無法通過比列流量控制閥進行精準控制，導(dǎo)致啟門失敗。

1 液壓控制系統(tǒng)

官地水電站表孔使用某公司制造的5 套2 × 2500 kN液壓啟閉機，其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 表孔液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

表孔液壓系統(tǒng)控制方式分為現(xiàn)地手動啟落門、現(xiàn)地自動啟落門、現(xiàn)地電手動啟落門以及遠程自動啟落門4 種控制方式。表孔液壓系統(tǒng)原理如圖1 所示。在現(xiàn)地自動啟落門方式下，當運行人員發(fā)出啟門令時，油泵電機組空載啟動，經(jīng)延時10 s后，電磁溢流閥得電建壓，同時電磁換向閥得電，壓力油經(jīng)換向閥、比例流量控制閥、整流迭加板、液控單向閥分別進入左、右兩只液壓缸有桿腔，無桿腔液壓油經(jīng)高壓球閥、單向閥及回油過濾器流回油箱，閘門上升［1］。

圖1 表孔液壓系統(tǒng)原理

自動控制系統(tǒng)中設(shè)置糾偏開始為兩缸同步誤差大于10 mm，停止糾偏為同步誤差小于5 mm，當兩只油缸的同步誤差大于20 mm時，系統(tǒng)同步超差，自動停機［2］。

2 歷年來故障缺陷統(tǒng)計

據(jù)統(tǒng)計，表孔液壓啟閉機啟門失敗次數(shù)中，約有50%以上的故障是由于雙缸失步導(dǎo)致，具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2 所示。因此，通過問題處理提升系統(tǒng)運行可靠性顯得尤為重要。

表2 表孔啟落門失敗故障缺陷統(tǒng)計

2020年3 月，在開展表孔無水啟落門試驗過程中，出現(xiàn)了啟門失敗現(xiàn)象，監(jiān)控系統(tǒng)顯示：“＃3 表孔裝置故障動作、＃3 表孔閘門偏差過大動作” 信號，左右缸行程偏差已大于20 mm?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)閘門已傾斜，左缸桿腔壓力顯示為11 MPa，右缸桿腔壓力顯示為5 MPa，且均緩慢下降。

3 過程分析

油缸精準同步過程主要依靠比例流量控制閥實現(xiàn)，該閥是介于普通液壓閥和電液伺服閥之間的一種液壓控制閥，其既是電液轉(zhuǎn)換原件，又是功率放大原件。電子放大器根據(jù)一個輸入電信號電壓值的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號，這個電流信號作為比例閥的輸入量被送入比例電磁鐵，電磁鐵將此電流轉(zhuǎn)換為作用于閥芯上的力，以克服彈簧的彈力［3］。電流增大，輸出的力相應(yīng)增大，該力或位移又作為輸入量加給液壓閥，后者產(chǎn)生一個與前者成比例的流量。通過控制閥芯開度的大小，繼而控制通過閥芯的流量，其流量特性公式為：

式中：q為通過流量；Cd為流量系數(shù)；A為閥口通流面積；ρ為油液密度；Δp為進出口壓差。

式（1）準確地表達了通過流量與閥芯開口大?。ㄩy口開度或通流面積）及進出口壓差之間的關(guān)系［4］。

表孔閘門起升過程中，通過整流迭加板實現(xiàn)對油缸供油與回油的控制與穩(wěn)流，通過比例流量控制閥閥芯開度的大小對進入油缸桿腔流量進行精準控制，進而控制油缸行程［5］。通過現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)觀察，第一次啟門過程比較順利，無論增加左油缸或右油缸行程，系統(tǒng)均可以自動進行糾偏，使得兩缸行程偏差控制在5 mm以內(nèi)，啟門結(jié)束后，桿腔存在一定的壓力，且下降緩慢［6］。當再次落門時（油缸桿腔壓力未完全歸零），增加油缸行程時，系統(tǒng)已無法糾偏，且雙缸偏差已擴大至20 mm，引發(fā)裝置故障停機。

通過現(xiàn)地自動（通過比例流量控制閥進行流量控制）與現(xiàn)地手動（通過機械式二通流量控制閥進行流量控制）兩種不同模式下，啟門0.5 m試驗過程發(fā)現(xiàn)，無論啟門還是落門，動作結(jié)束后桿腔壓力立即降為零才不致于影響后續(xù)起落門過程的執(zhí)行?，F(xiàn)地自動啟門過程結(jié)束后，桿腔仍存在壓力示值，試驗數(shù)據(jù)如表3 所示。對比發(fā)現(xiàn)，影響桿腔壓力下降過程即為比例流量控制閥閥芯位置。

表3 試驗過程數(shù)據(jù)記錄表及壓力變化圖

不同模式下啟門結(jié)束后右桿腔壓力變化如圖2 所示。分析兩種模式下閘門啟升后，油缸有桿腔壓力示值為影響后續(xù)閘門啟落的關(guān)鍵因素。結(jié)合液壓原理系統(tǒng)圖及現(xiàn)場實際設(shè)備工況判斷，無法進行糾偏的原因為再次啟門時，由于油管中殘存壓力，導(dǎo)致整流迭加板單向閥受力不均勻，加之單向閥活塞與孔徑之間間隙過大，活塞回彈易卡阻，導(dǎo)致未完全復(fù)歸，再次啟門時，旁通路打開，無法通過比列流量控制閥進行精準控制，導(dǎo)致啟門失敗。解決思路即在啟門動作結(jié)束后，立即對管路壓力進行泄壓（或等待桿腔壓力表顯示為零），以保證再次落門時，整流迭加板單向閥完全關(guān)閉。整流迭加板簡圖及單向閥如圖3所示。

圖2 不同模式下啟門結(jié)束后右桿腔壓力變化

圖3 整流迭加板簡圖及單向閥

表孔液壓系統(tǒng)現(xiàn)行程序中，當閘門起升至對應(yīng)開度時，比例流量控制閥閥芯復(fù)歸，電磁換向閥同時動作，改變油路通向，延遲3 s后，油泵停止運轉(zhuǎn)。結(jié)合程序運行圖，分析主要原因為比例流量控制閥動作較快，導(dǎo)致比例流量控制閥至缸旁單向閥之間管路未及時泄壓，繼而影響后續(xù)整流迭加板正常動作。

4 處理措施與現(xiàn)場驗證

根據(jù)分析過程，對現(xiàn)有程序中比例流量控制閥關(guān)閉時間進行優(yōu)化，當閘門起升至對應(yīng)開度時，電磁換向閥、溢流閥動作，改變油路通向，比例流量控制閥延遲3 s 后閥芯復(fù)歸，油泵同時停止運轉(zhuǎn)。

程序優(yōu)化后，通過現(xiàn)地手動啟門及現(xiàn)地自動啟門現(xiàn)場不同狀態(tài)下啟落門試驗，油缸有桿腔壓力示值均立即下降至2 MPa，均未出現(xiàn)因閘門雙缸偏差過大而導(dǎo)致啟門失敗現(xiàn)象，證實了問題分析與處理措施是正確的，啟門結(jié)束后桿腔存在壓力問題已得到了解決。程序優(yōu)化后再次進行對比試驗具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 程序優(yōu)化后試驗過程數(shù)據(jù)記錄表

5 結(jié)束語

表孔弧形閘門及液壓啟閉機系統(tǒng)擔負著庫區(qū)泄洪的主要任務(wù)，是主要的防洪設(shè)備，保證閘門正常開啟關(guān)閉，是保證大壩安全，引水發(fā)電系統(tǒng)安全的前提。啟門失敗問題的排查治理，成功解決了雙缸偏差過大導(dǎo)致啟門失敗的隱患，大大提升了表孔弧門動作的安全性和穩(wěn)定性，降低了啟門失敗的頻次，在一定程度上完善了表孔液壓系統(tǒng)控制程序，為電廠安全度汛打下了堅實的基礎(chǔ)。