大型弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)若干運(yùn)行問(wèn)題分析及處理

陸 明，謝 林，王鄖中

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都610051）

0 前言

某大型壩后式水電站泄洪閘部位設(shè)有7孔大型露頂雙吊點(diǎn)弧形閘門，每孔泄洪閘泵房?jī)?nèi)布置了1套液壓泵站用以操作容量2×4 000 kN液壓油缸實(shí)現(xiàn)啟閉閘門。該電站的水庫(kù)屬于日調(diào)節(jié)型水庫(kù)，運(yùn)行人員操作時(shí)間緊迫，對(duì)液壓?jiǎn)㈤]控制系統(tǒng)自動(dòng)化可靠性要求高。每年汛期時(shí)，7孔弧形閘門啟閉次數(shù)達(dá)2 000余次，在頻繁啟閉過(guò)程中，液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)曾發(fā)生了一系列問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)人員仔細(xì)分析故障現(xiàn)象，查明故障原因并采取了有效地處理措施，保證弧門正常啟閉。本文對(duì)液壓?jiǎn)㈤]故障分析及處理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，為后續(xù)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)運(yùn)行維護(hù)管理提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)原理

1.1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該水電站弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系統(tǒng)主要由電控系統(tǒng)、油泵電機(jī)組、回油箱、控制閥組、缸旁閥組、油缸總成、行程檢測(cè)裝置、系統(tǒng)保護(hù)與報(bào)警裝置以及液壓管路等組成。液壓泵站設(shè)兩臺(tái)油泵電機(jī)組，啟門系統(tǒng)壓力定值為21.5 MPa，閉門系統(tǒng)壓力定值為9 MPa，啟閉門速度均約為0.4 m/min（可調(diào)）。電控制系統(tǒng)由1臺(tái)控制柜組成，具有“遠(yuǎn)方”“自動(dòng)”“手動(dòng)”3種控制方式，可現(xiàn)地操作，也可在電站中控室實(shí)現(xiàn)閘門啟閉全過(guò)程控制，并具有故障報(bào)警、事故報(bào)警停機(jī)功能。液壓系統(tǒng)采用2FRE16型電液比例調(diào)速閥對(duì)液壓缸進(jìn)行同步性控制，超差停機(jī)定值為15 mm。

1.2 液壓原理

啟門過(guò)程：空載啟動(dòng)2臺(tái)油泵電機(jī)組，延時(shí)10 s，電磁閥（DT1、DT3、DT5）、電液比例調(diào)速閥（BT1、BT2）同時(shí)通電，壓力油經(jīng)方向插件（31.2）分兩路經(jīng)電液比例調(diào)速閥（46.1、46.2）后進(jìn)入左右液壓缸有桿腔，液壓缸無(wú)桿腔油液經(jīng)溢流閥插件（25.3）、回油過(guò)濾器（14）流回油箱。

閉門過(guò)程：空載啟動(dòng)1臺(tái)油泵電機(jī)組，延時(shí)10 s左右，電磁閥（DT1、DT2、DT4）、電液比例調(diào)速閥（BT1、BT2）同時(shí)通電，一路壓力油經(jīng)方向插件（31.1）、節(jié)流閥（36）打開左右液壓缸液控單向閥（52.1、52.2）后，液壓缸有桿腔內(nèi)油液分別經(jīng)電液比例調(diào)速閥（46.1、46.2）后經(jīng)溢流插件（25.2）流向無(wú)桿腔，另一路壓力油經(jīng)方向插件（31.1）、順序閥（33）流入無(wú)桿腔，不足的無(wú)桿腔油液則通過(guò)單向閥（10）從油箱補(bǔ)油。

閘門糾偏控制：在閘門啟閉過(guò)程中，閘門開度及行程控制裝置全程連續(xù)檢測(cè)兩只液壓缸的行程偏差，左右液壓缸電液比例調(diào)速閥開度設(shè)定值均為（45%），右液壓缸比例調(diào)速閥保持開度恒定，不參與動(dòng)作糾偏，當(dāng)兩側(cè)油缸行程偏差值≥3 mm時(shí)，PLC模塊改變左液壓缸電液比例調(diào)速閥（46.2）的輸入電量值進(jìn)而調(diào)整左液壓缸有桿腔油量，達(dá)到糾偏效果。圖1為液壓原理圖。

圖1 泄洪閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)原理圖

2 液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)故障及分析處理措施

（1）閘門在操作過(guò)程中，控制系統(tǒng)報(bào)超差故障，異步停機(jī)，發(fā)生兩次不同原因的相同故障。

分析及處理：第1次檢查閘門左側(cè)油缸開度2 440 mm、右缸2 476 mm，兩缸偏差36 mm（超差停機(jī)定值15 mm），閘門實(shí)際位置明顯左側(cè)低于右側(cè)，判斷油缸開度傳感器正常，通過(guò)人工手動(dòng)調(diào)整閘門兩側(cè)開度一致，再次進(jìn)行自動(dòng)落門過(guò)程中，左側(cè)比例調(diào)速閥開口一直進(jìn)行關(guān)小糾偏動(dòng)作，最終閘門無(wú)法糾正過(guò)來(lái)，導(dǎo)致超差報(bào)警。測(cè)試左、右側(cè)比例調(diào)速閥反饋值正常，檢查地溝蓋板發(fā)現(xiàn)左側(cè)油缸有桿腔一個(gè)油管路接頭存在大量跑油，管路接頭的分半式法蘭螺栓松動(dòng)，O型圈被擠出，更換同型號(hào)密封圈后，閘門啟閉正常。由于流域汛期閘門操作十分頻繁，管路接頭緊固件頻繁承受油流沖擊振動(dòng)后易松動(dòng)，后期安排了維護(hù)人員定期對(duì)所有液壓管路接頭進(jìn)行檢查緊固。

第2次按照第1次方法，人為調(diào)整閘門至正常狀態(tài)后，再次進(jìn)行落門時(shí)，左側(cè)油缸開度未動(dòng)作，右側(cè)動(dòng)作正常，閘門再次發(fā)生超差。經(jīng)檢查，左缸比例調(diào)速閥線圈發(fā)熱嚴(yán)重，反饋信號(hào)異常，閥體電磁鐵及反饋單元的閥芯在全關(guān)位置卡死，PLC模塊無(wú)論對(duì)其增大或減小開度指令，閥體實(shí)際一直處于全關(guān)位置，更換閥組后，閘門運(yùn)行正常。閥組卡死主要原因是油液不干凈，定期更換回油過(guò)濾器濾芯以及對(duì)回油箱內(nèi)的油液進(jìn)行過(guò)濾，并按照每2年1次頻率清掃回油箱，以保證油液滿足運(yùn)行要求。

（2）某閘門執(zhí)行全關(guān)操作結(jié)束，閘門全關(guān)后，油泵電機(jī)組未停運(yùn)。

分析及處理：閘門實(shí)際已全關(guān)，但是控制系統(tǒng)顯示左右開度均為6 mm，現(xiàn)地對(duì)開度重新置零后全關(guān)信號(hào)到達(dá)，油泵電機(jī)組停止運(yùn)行。鑒于控制系統(tǒng)中設(shè)置的5 mm的全關(guān)判斷值較為苛刻，優(yōu)化落門控制邏輯，將閘門全關(guān)判定值5 mm改為10 mm，同時(shí)在PLC全關(guān)判斷輸出點(diǎn)中添加10 s延時(shí)，既保證了閘門能全關(guān)又實(shí)現(xiàn)了油泵電機(jī)組及時(shí)停運(yùn)。

（3）電站中控室遠(yuǎn)方發(fā)啟門令后，某閘門開至中間某個(gè)開度后（尚未達(dá)到設(shè)定目標(biāo)開度值），油泵電機(jī)組自動(dòng)停止操作，監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)地檢查無(wú)任何報(bào)警信號(hào)，再次發(fā)啟門操作令后，正常啟門至設(shè)定目標(biāo)開度值。

分析及處理：現(xiàn)場(chǎng)檢查未發(fā)現(xiàn)接線有錯(cuò)誤的地方，檢查設(shè)備未有任何異常，檢查遠(yuǎn)方啟門程序條件有：系統(tǒng)在“遠(yuǎn)控”方式（%I0.3.1.0）、遠(yuǎn)方停門令未開入（%I0.3.22.0）、未到達(dá)工作位（%M102）、未發(fā)生綜合故障（ZGZ2）、未開出閉門信號(hào)（%M121）、未到全開（%M100）、系統(tǒng)變量未動(dòng)作（%M0），發(fā)現(xiàn)程序中有兩個(gè)條件未在觸摸屏上做事件記錄，有兩個(gè)雖有事件記錄，但其在程序中沒(méi)有加延時(shí)保持，存在瞬間動(dòng)作而觸摸屏未能捕捉到的情況。通過(guò)增加遠(yuǎn)方啟門流程監(jiān)視程序后，捕捉到故障點(diǎn)為“閘門全開（新增監(jiān)視）”信號(hào)，該信號(hào)由“上限位開關(guān)動(dòng)作”和“左/右側(cè)開度大于全開定值”開出，將上限位開關(guān)防抖時(shí)間由30 ms增加至1 s，并將全開判據(jù)修改為左右側(cè)開度均大于全開定值，徹底解決了此問(wèn)題。

（4）啟門操作時(shí)，報(bào)“啟門壓力異?！?，“系統(tǒng)超壓動(dòng)作”，閘門未動(dòng)作。

分析及處理：檢查發(fā)現(xiàn)啟門過(guò)程中報(bào)出系統(tǒng)超壓報(bào)警是由于提門溢流閥的整定值為22.5 MPa，壓力開關(guān)整定值為24 MPa,兩者比較接近，提門時(shí)溢流閥的定值存在輕微漂移，導(dǎo)致壓力開關(guān)動(dòng)作。通過(guò)降低溢流閘整定值（由22.5 MPa改為21.5 MPa），啟閉機(jī)運(yùn)行正常。在定期工作中，模擬正常啟門流程工況，每年對(duì)溢流閥定值進(jìn)行校驗(yàn)，并標(biāo)記位置。

（5）偶發(fā)性的在啟門到位瞬間，一側(cè)油缸突然下滑，系統(tǒng)報(bào)超差故障，異步停機(jī)。

分析：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量啟閉試驗(yàn)，分析得出啟門到位后一側(cè)油缸瞬間下滑主要有兩種原因，①控制系統(tǒng)邏輯不合理，致使比例調(diào)速閥截?cái)嘤土鞒袚?dān)了液控單向閥鎖定油缸下腔油液的功能，這樣使得液控單向閥背后存在壓力不能可靠關(guān)閉，閘門啟門正常停止后，管路中仍然存在13～14 MPa的壓力。②啟門過(guò)程中，由于電磁閥采用的是滑閥結(jié)構(gòu)，這樣提門時(shí)系統(tǒng)油液將慢慢滲入控制油管，控制油管內(nèi)壓力值6～7 MPa，致使在啟門到位后，控制油管內(nèi)壓力值無(wú)法很快撤除，液控單向閥被打開，油缸出現(xiàn)突然下滑。

處理：①對(duì)啟門到位后的停門邏輯進(jìn)行修改,將比例調(diào)速閥BT1、BT2延后動(dòng)作，以保證停門時(shí)依靠液壓鎖截?cái)嘤土?。原控制邏輯“閘門啟門到位后（兩邊開度都大于目標(biāo)值），BT1、BT2、DT1失電,同時(shí)DT2得電，延時(shí)2 s后DT3、DT5失電，再延時(shí)3 s后DT2失電，油泵在DT1失電后5 s停止”修改為“閘門啟門到位后（兩邊開度都大于目標(biāo)值），DT1失電、DT2得電，再延時(shí)2.5 s后DT3、DT5、BT1、BT2失電，再延時(shí)2 s后DT2失電，油泵在DT2得電后5 s停止”。②在控制油路上額外增設(shè)一根泄油管，啟門時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)排除控制油路內(nèi)串入的液壓油。

3 結(jié)論

總體來(lái)說(shuō)，該水電站弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)投入運(yùn)行已將近5年，啟閉閘門操作已近萬(wàn)次，說(shuō)明從設(shè)計(jì)到制作安裝非常成功，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，通過(guò)上述方法分析處理都得到了較好地解決。本文總結(jié)了該水電站弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)異常情況的分析、處理，為液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的檢修維護(hù)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。