溫州趙山渡引水渠系進水口檢修閘門改造及應用

徐順放，白美娥

（浙江珊溪經濟發展有限責任公司，浙江 溫州 325000）

溫州趙山渡引水渠系進水口檢修閘門改造及應用

徐順放，白美娥

（浙江珊溪經濟發展有限責任公司，浙江 溫州 325000）

以電動葫蘆在趙山渡引水渠系進水口檢修閘門改造中的應用為例，詳細介紹了檢修閘門啟閉設備改造的目標、容量選擇、同步控制和軌道的選擇與安裝，并對電動葫蘆的性能特征、操作原理和方法、保護裝置等進行闡述，以及對方案的應用領域進行了研究和探索，通過項目的實際運行數據表明，趙山渡引水渠系進水口檢修閘門改造有效的解決檢修閘門啟閉操作勞動強度大、工作繁瑣等問題，對類似工程應用有一定的借鑒意義。

渠系進水口；檢修閘門；技術應用

1 工程概況

趙山渡引水工程是溫州珊溪水利樞紐工程的重要組成部分，是以供水、灌溉為主，結合發電、防洪的綜合性水利工程，工程由引水樞紐和輸水渠系兩部分組成，主要建筑物為2級建筑物。設計年供水量7.30億m3，可滿足溫州市區、瑞安、平陽、蒼南、洞頭等地近期、遠期用水需求；城鎮防洪標準提高到20年一遇，防洪保護農田17.5萬畝；保護人口25萬人，為500萬城鄉居民提供優質的生活用水和工業用水，為溫瑞塘河水質的改善提供生態用水。

2 趙山渡進水口檢修閘門現況與存在問題

趙山渡引水渠系進水口設備主要包括金屬結構工作閘門及啟閉設備、檢修閘門及啟閉設備、回轉式攔污柵。正常蓄水位：22.00m，校核洪水位：23.37m，死水位：21.0m，設計流量為36m3/s，加大流量為39m3/s，工作閘門的上游側布置一道檢修閘門，孔口尺寸為5.5m×6.6m（寬×高），底板高程為16.0m，設計水頭6.0m，閘門門型為滑動式浮動疊梁鋼閘門，一扇門葉分為3節，單節高2.2m。檢修閘門采用2只30kN手拉葫蘆進行操作，手拉葫蘆掛置于啟閉機排架梁上。檢修閘門平時從門槽中提出放置于檢修平臺上，當工作閘門需維護、檢修時通過手拉葫蘆逐節吊至門槽內。

趙山渡引水工程原來設計是以農田灌溉為主要任務，而趙山渡引水工程從2001年5月運行以來主要任務是城市供水，因此趙山渡進水口閘門的工作情況發生變化，閘門操作頻率和操作精度都比工程建設之初的要求高出許多，在運行過程出現了一些不適應的地方，已無法滿足現在的供水需求。主要存在的問題：檢修閘門的啟閉設備采用的是兩只固定的手拉葫蘆，在運行過程中，檢修閘門啟閉操作勞動強度大、工作繁瑣，尤其是每節閘門拉出孔口后要將其移動至旁邊位置時，較不方便。隨著城市供水需求越來越大，對進水口檢修閘門啟閉設備的改造顯得尤為迫切。

3 檢修閘門啟閉設備改造方案

3.1 檢修閘門啟閉設備改造目標

（1）改手動操作為電動操作；

（2）使各節閘門在檢修平臺上移動方便；

（3）在緊急情況時能對工作閘門進行應急啟閉。

能實現上述3項功能的啟閉設備有電動葫蘆、橋式啟閉機、臺車式啟閉機等多種，其中電動葫蘆以布置簡單、操作靈活、軌道安裝方便等優點相比其他設備更適合趙山渡引水工程檢修閘門。

3.2 電動葫蘆的容量選擇

趙山渡引水工程進水口原來檢修閘門啟閉設備為兩只30kN的手拉葫蘆，其容量僅滿足檢修閘門的啟閉，不能滿足對工作閘門的應急啟閉。檢修閘門不僅僅要改成電動形式，還考慮兼顧滿足對工作閘門的應急啟閉，因此啟吊檢修閘門的設備容量必須增大。通過對啟閉力計算：在水庫水位不超過正常水位22.0m時，容量為2×100kN電動葫蘆能以超過額量5%工況對閘門進行啟閉；當水庫水位超過22.0m時，能夠關閉閘門或將閘門保持在某一開度，但不能將閘門從全關位置開啟。從進水口布置情況分析，庫水位在22.0m時閘門吊耳在水下1.1m，如果此時要將電動葫蘆吊鉤與閘門吊耳連接都已經很困難，更不存在開啟的可能性。而且水庫水位超過22.0m的情況都是可以提前預知并避免的，因此不考慮在超過正常水位22.0m時用電動葫蘆啟閉閘門，故電動葫蘆容量選定為2×100kN，啟閉行程9.0m。

3.3 電動葫蘆的同步控制

趙山渡引水工程進水口左右兩個吊點的兩只電動葫蘆分別在兩根獨立的工字鋼軌道上行走，與常見的使用條件有很大區別，通常兩只葫蘆布置在同一軌道，只要在兩只葫蘆間設一根同軸和一連接架裝置，就能夠保證設備的兩個吊點起升同步和行走同步。而當設備的兩個吊點布置在不同軌道時，僅靠連接裝置不足以讓兩只葫蘆同步地行走，需要通過電氣同步控制。容量為100kN的電動葫卷筒軸向的最大外形尺寸接近1700mm，如果雙吊點同軸布置則電動葫蘆與工作閘門啟閉機在空間上不能錯開，因此將設備布置與于卷筒軸向與軌道平行，這樣就無法布置同步軸，兩個吊點行走同步也需要電氣控制來實現。

采用一種新型移動式雙吊點電動葫蘆啟閉機，啟閉機包括卷揚裝置、行走機構、制動器、電機、滑動小車和電氣控制裝置，其特征是一套電氣同步控制雙吊點的兩個卷揚裝置，即兩個卷揚裝置分別通過電氣控制裝置內設遠程控制的GIS接口，兩臺電機的同步控制系統，能夠控制電機的實時速度，電機的速度可以通過上位機設定，用改進的PID控制算法，用C語言編程去實現兩臺電機的速度同步，并達到一定的控制精度。兩臺葫蘆采用一套電氣控制系統，克服了電氣動作誤差，從而保證兩臺葫蘆同步準確可靠升降起吊重物。

3.4 軌道的選擇及安裝

電動葫蘆的軌道選用I45a工字鋼，軌道安裝的頂高程為30.94m，軌道通過錨桿固定在啟閉平臺下方，并在啟門排架上游1.5m處安裝鋼結構排架用以固定軌道，軌道及電動葫蘆安裝見圖1。

圖1 趙山渡渠系軌道及電動葫蘆安裝圖

4 啟閉設備技術要求

4.1 電動葫蘆技術特性

主要技術參數與機構工作級別見表1。

表1

4.2 起升機構

（1）電動葫蘆在起升過程中其吊具不應發生左右方向上位移。

（2）電動葫蘆的兩只吊點分別在兩根平行的軌道上行走，其起升同步和行走同步均通過電氣實現。

4.3 保護裝置

4.3.1 負荷檢測及限制裝置

（1）電動葫蘆起升機構設有負荷檢測裝置和負荷限制裝置。

（2）負荷檢測裝置優先選用性能良好的電子荷重傳感器，在電動葫蘆的電控柜內配有數碼顯示裝置，檢測裝置的傳感器精度不低于0.5%，系統精度不低于5%。

（3）負荷檢測裝置及其線路具有防潮、抗干擾性能。

（4）裝置應配置二次顯控儀表，并具有二個獨立的荷載超限報警接點及一路4～20mA的荷載模擬量輸出。

4.3.2 高度指示器

（1）高度指示器應能在電控柜內以數字全程顯示閘門左、右側開度，讀數精度1cm。在斷電情況下能跟蹤閘門高度位置。

（2）傳感器選用絕對型旋轉編碼器，傳感器的檢測范圍應大于總揚程，傳感器的檢測精度：電氣分辨率≤1mm，精度誤差≤3mm。

（3）高度指示器具有糾正顯示和調零功能。

（4）高度指示器及其線路具有防潮、抗干擾性能。

（5）裝置應配置二次顯控儀表，并具有閘門左、右側全開、全關各二付獨立位置接點及閘門左右側共二路4～20mA的開度模擬量輸出。

4.3.3 行走指示器

（1）行走指示器應能在電控柜內以數字全程顯示閘門左、右側行走位置，讀數精度1cm。在斷電情況下能跟蹤閘門行走位置。

（2）傳感器選用絕對型旋轉編碼器，傳感器的檢測范圍應大于總揚程，傳感器的檢測精度：電氣分辨率≤1mm，精度誤差≤3mm。

（3）行走指示器具有糾正顯示和調零功能。

（4）行走指示器及其線路具有防潮、抗干擾性能。

（5）裝置應配置二次顯控儀表，并具有閘門左、右側行走前后到位位置各二個獨立接點及閘門左右側共二路4～20mA的行走位置模擬量輸出。

4.4 電氣設備

4.4.1 現地控制柜的硬件配置

電動葫蘆應配套提供現地控制柜，柜內應設置荷載儀、高度儀、行走指示儀、空氣開關、接觸器、熱繼電器及按鈕、信號燈。

空氣開關、接觸器、熱繼電器等元件應選用ABB、施耐德等品牌。

4.4.2 閘門的控制方式

當按下閘門提升或下降按鈕時，同時開啟左、右側電動葫蘆接觸器，人工監視閘門左、右側高度；當左、右側高度差達到糾偏值時，按下停止按鈕同時停止左、右側電動葫蘆，然后點動一側電動葫蘆提升或下降按鈕進行糾偏；糾偏完成后，再次按下閘門提升或下降按鈕同時開啟左、右電動葫蘆接觸器，并監視閘門左、右側高度。按此循環運行直至閘門上升或下降到位后按下停止按鈕同時切斷左、右側電動葫蘆接觸器。

當按下閘門行走按鈕時，同時開啟電動葫蘆左、右側行走電機接觸器，人工監視閘門左、右側行走位置；當左、右側行走位置差達到糾偏值時，按下停止按鈕同時停止電動葫蘆左、右側行走電機，然后點動一側行走電機行走按鈕進行糾偏；糾偏完成后，再次按下行走按鈕同時開啟電動葫蘆左、右側行走電機接觸器，并監視閘門左、右側行走位置。按此循環運行直至閘門行走到位后按下停止按鈕同時切斷電動葫蘆左、右側行走電機接觸器。

4.4.3 信號輸入與輸出

現地控制柜應能通過高度儀、行走指示儀、荷載儀采集并顯示閘門高度、行走位置、閘門荷載值；電源監視、閘門全開、閘門全關、行走到位、接觸器合閘、熱繼電器動作等信號應具有信號燈指示；應設置閘門提升、下降、停止、左側提升、左側下降、右側提升、右側下降、前進、后退、停止、左側前進、左側后退、右側前進、右側后退等按鈕。

4.5 安全衛生

電動機應設防雨罩,外露的且可能造成不安全的旋轉零部件均設置防護罩。

5 結語

趙山渡引水渠系檢修閘門的啟閉設備由手動葫蘆改為電動葫蘆運行4年多，克服了以往檢修時用手動葫蘆的動作誤差、費時、費力、不靈活、工作效率低等問題，電動葫蘆結構簡單，同步準確，使用安全可靠，解決了許多引水調度平時碰到的難題，同時也減輕了維護工作量，該工程應用實例為今后相類似的工程提供借鑒意義。

[1]浙江省水利水電勘測設計院.趙山渡引水工程初步設計報告[R].

[2]水利部，電力工業部，東北勘測設計研究院.SL74-95水利水電工程鋼閘門設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，1995.

[3]SL-94水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術規程[S].

TV663

B

1672-5387（2017）05-0097-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.05.025

2017-03-08

徐順放（1977-），男，工程師，研究方向：水利工程。