水口水電站泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制研究

劉劍彬 福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司

水口水電站溢洪道每孔設(shè)有一扇弧形工作閘門，采用液壓啟閉機操作，由于孔口尺寸比較大，所以啟閉過程中存在問題，為了有效解決，研發(fā)出了接力式液壓啟閉機，實際運用效果比較好。泄洪閘門在開啟或者關(guān)閉時需要人員進(jìn)行遠(yuǎn)方自動控制，有利于提升工作效率，因此要加強技術(shù)研究，不斷提高泄洪水平。

一、水口水電站泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制基本現(xiàn)狀

水口水電站于1993 年建成并投入運營，對于泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制而言，主要采用接力式液壓啟閉機，在實際運行中取得了良好成效，但是依然存在一些問題，對遠(yuǎn)方自動控制工作產(chǎn)生不利影響。一是受到當(dāng)時技術(shù)條件限制，雙吊點采用開環(huán)同步糾偏系統(tǒng)，閘門在啟閉過程中會發(fā)生偏斜，導(dǎo)致對側(cè)水封造成損壞。二是有的弧門面板上導(dǎo)軌表面不夠平整，換鉤質(zhì)量得不到保障，所以啟閉時人員要進(jìn)行監(jiān)視。三是國產(chǎn)液壓泵存在容積效率低、啟閉速度不達(dá)標(biāo)的問題。四是油箱容積有限，在運行過程中油溫會快速升高。由此可見，目前水口水電站泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制問題較多，為了適應(yīng)發(fā)展需求，要創(chuàng)新技術(shù)理念，對設(shè)備進(jìn)行改造升級，優(yōu)化遠(yuǎn)方自動控制效果[1]。

二、水口水電站泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制優(yōu)化措施

（一）改進(jìn)液壓系統(tǒng)

方案一：每臺啟閉機配置5 套泵組，其中包括3 套高壓泵組，保證向液壓缸有桿腔供油，兩用一備工作。2 套低壓泵組，向液壓缸無桿腔供油，一用一備工作。將閉環(huán)糾偏控制系統(tǒng)運用到雙吊點同步偏差控制中去，每個吊點有2 套液壓缸，保證有桿腔和無桿腔的獨立供油，發(fā)揮出拉桿的作用，解決了原液壓系統(tǒng)存在的問題，有效提高每個吊點2 缸反向運動的同步控制能力。

方案二：每個吊點的2 套液壓缸無桿腔采用可控的串聯(lián)方式，每臺啟閉機配置2 套泵組，向液壓缸有桿腔供油，一用一備工作。方案二油源系統(tǒng)電動機功率配置相比較于方案一小，所以提升了整體經(jīng)濟(jì)效益。

優(yōu)化內(nèi)容。用閉環(huán)糾偏控制系統(tǒng)代替雙吊點同步偏差控制，雙吊點同步偏差信號主要取自閘門。在調(diào)試過程中結(jié)合具體情況對閘門啟閉時的運行姿態(tài)作出適當(dāng)調(diào)整，主要目的是減少對側(cè)水封的損傷。

方案一：高壓泵組與低壓泵組分別控制提升缸和下降缸，改善系統(tǒng)對液壓缸反向同步性能的控制效果。

方案二：每個吊點2 套液壓缸無桿腔采用可控串聯(lián)方式，空載缸雙缸同步只需要在行程末端進(jìn)行糾偏，啟動閘門提升缸先動作，關(guān)閉閘門時下行缸先動作，有助于改善運行效果。

（二）設(shè)置閉環(huán)同步偏差控制功能及雙吊點同步偏差檢測裝置

為了對閘門啟閉運行姿態(tài)進(jìn)行控制，要在系統(tǒng)中設(shè)置雙比例調(diào)速閥并聯(lián)二通調(diào)速閥的閉環(huán)同步偏差控制回路，控制有桿進(jìn)、出油量，可以達(dá)到閘門啟閉中雙缸同步糾偏目的。

通過分析發(fā)現(xiàn)，液壓缸和液壓系統(tǒng)中存在內(nèi)外泄露和液壓管道液阻差的問題，是出現(xiàn)弧形雙吊點不同步的主要原因。另外設(shè)備在運行中會產(chǎn)生偏差，對弧形閘門雙吊點會產(chǎn)生一定影響。

為了消除過程中存在誤差，采用2 套外置式雙吊點同步偏差檢測裝置，安裝在孔口閘墩兩側(cè)的墻上，傳動鋼絲繩與布置在閘門邊梁后翼緣上的固定點連接。

（三）設(shè)置防脫軌導(dǎo)輪裝置

通過設(shè)置防脫軌導(dǎo)輪裝置，可以提升空載液壓缸升降運行的平穩(wěn)性。在傳統(tǒng)設(shè)計理念下，受到技術(shù)條件限制，導(dǎo)輪的兩軌頂面存在高差，在這種情況下，空載缸吊鉤運行時無法保證穩(wěn)定，甚至還會出現(xiàn)脫軌情況。

增加防脫軌導(dǎo)輪裝置，可以保證空載液壓缸升降運行過程中的穩(wěn)定性。在吊鉤與活塞桿吊頭連接軸兩端跨弧門面板上兩條吊耳板各安裝一個導(dǎo)向輪，將弧門面板作為導(dǎo)輪的滾動面，弧門面板非常平整，防止過程中出現(xiàn)搖擺問題。運行過程中控制好導(dǎo)輪和吊耳板之間的側(cè)向限位高度，有效預(yù)防脫軌現(xiàn)象。

（四）改進(jìn)液壓缸行程檢測裝置

液壓缸行程檢測裝置主要作用時檢測空載缸行程偏差值信號，以及電液控制系統(tǒng)提供接力轉(zhuǎn)換信號。根據(jù)實際情況出發(fā)，選擇內(nèi)置式行程檢測裝置，安裝在拉桿結(jié)構(gòu)端部，用絕對型光電編碼器檢測元件。

（五）提升電氣同步技術(shù)

閘門同步控制。在閘門啟閉過程中，全程中用行程檢測裝置檢測弧形閘門左右兩邊的行程偏差，對偏差值進(jìn)行分析，當(dāng)大于20mm 時系統(tǒng)會自動調(diào)整，當(dāng)偏差值小于10mm 時糾偏調(diào)整就會停止，如果兩只液壓缸行程偏差值大于30mm，液壓系統(tǒng)會自動停機并且發(fā)出報警信號。

空載缸同步控制。液壓缸行程檢測裝置檢測閘門啟閉全程中空載缸的行程偏差，偏差值大于8mm 時系統(tǒng)會自動調(diào)整，雙缸行程偏差值小于5mm 時糾偏調(diào)節(jié)停止，偏差值大于20mm 時系統(tǒng)自動停機并且發(fā)出報警信號。在行程末端的非串聯(lián)狀態(tài)，空載缸的同步偏差要根據(jù)液壓缸行程檢測裝置提供的偏差信號進(jìn)行糾偏控制，可以滿足雙吊點翻鉤工作的要求。

（六）電氣控制設(shè)備的要求

遠(yuǎn)程監(jiān)控。為了保證液壓啟閉機可以實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，要在電控柜內(nèi)提前留有和計算機監(jiān)控系統(tǒng)壩頂LCU 及其遠(yuǎn)程I/O 連接的開關(guān)量和模擬量輸入輸出接口，設(shè)置與監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口。

現(xiàn)地控制要求?？刂乒駜?nèi)設(shè)置一套PLC 用來控制閘門，具有調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)處理和通信等功能，可以有效滿足實際需求。結(jié)合泄洪閘門遠(yuǎn)方控制要求來看，微處理器要具有較強抗干擾性和節(jié)能的特點，字長至少為16 位。CPU 存儲器要配置電池，保證數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性，選擇使用壽命較長的電池，電池出現(xiàn)問題時會發(fā)生報警信號，便于人員及時更換。PLC 模塊發(fā)揮出自檢作用，對硬件和軟件進(jìn)行監(jiān)視。閘門開度檢測裝置要采用數(shù)據(jù)通訊方式與PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對接口合理設(shè)置，保證滿足現(xiàn)場總線的連接要求，必要時采用通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

閘門水封噴淋裝置控制。在液壓啟閉機電控柜中設(shè)置閘門水封噴淋潤滑裝置操作程序，在啟閉閘門之前先要開啟噴淋裝置，閘門啟閉完成后液壓系統(tǒng)會停止，關(guān)閉噴淋裝置，配有自動和手動切換的開關(guān)，方便工作人員來操作。

水口水電站泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制優(yōu)化需要從不同方面入手去做，優(yōu)化系統(tǒng)運行效果，保證實現(xiàn)遠(yuǎn)方自動控制目標(biāo)，完善水口水電站泄洪系統(tǒng)。

三、結(jié)語

綜上所述，水口水電站泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制研究具有重要現(xiàn)實意義，大大改善了實際運行效果。對目前泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制情況進(jìn)行分析，找到其中的問題，在此基礎(chǔ)上引入先進(jìn)技術(shù)，不斷創(chuàng)新遠(yuǎn)方自動控制模式，可以發(fā)揮出更大作用。提高水口水電站泄洪閘門遠(yuǎn)方自動控制的重視程度，保證地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。