人字門船閘常見閘閥門運行故障分析與處理

宋端想

摘 要：在船閘水工結構中，閘閥門是船閘最重要的設施之一，也是船閘樞紐中最大的運轉件。但是，閘閥門運行受水頭荷載、水下障礙、啟閉機械、電氣系統和控制設備等諸多因素的影響，在運行過程中易產生故障。基于此，本文主要介紹蘇北運河最常見的人字門船閘的閘門、閥門運行中常見的故障，并提出具體的改進措施。

關鍵詞：人字門；閘閥門；運行故障

中圖分類號：U641.8 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0116-03

Analysis and Treatment of Operation Failure of Common

Gate Valve in Herringbone Gate Lock

SONG Duanxiang

Abstract： In the hydraulic structure of shiplock， gate valve is one of the most important facilities of ship lock， and it is also the largest operation part of ship lock hub. However， the operation of gate valve is affected by many factors， such as water head load， underwater obstacle， open and close machinery， electrical system and control equipment. Based on this， this paper mainly introduced the common faults of gate and valve in the most common miter gate locks in Subei canal， and put forward specific improvement measures.

Keywords： miter gate；gate valve；operation failure

1 研究背景

京杭運河蘇北段全長404km，現已全面建成國家二級航道，是我國重要的南北貨運大通道。自徐州藺家壩至長江六圩口，全線共設立10道梯級船閘，除解臺船閘、劉山船閘為復線船閘外，自宿遷境內皂河船閘至揚州長江口的施橋船閘已全面建成三線船閘，共計28座，閥門類型均為鋼質平板提升門，閘門采用人字門的船閘有20座。據統計，單閘平均年開放閘次達120 270次。這些船閘為江蘇及華東地區經濟社會發展做出了突出貢獻，但同時，高密度的運行對船閘閘閥門技術帶來了一定的壓力和考驗，經常出現一些小的故障，如閥門無法落到位、無法提閥、運行緩慢；閘門運行左右岸同步性差，或者閘門運行緩慢等。基于此，本文主要分析人字門船閘常見閘閥門的運行故障，并提出針對性的解決對策。

2 限位開關引起的閘閥門故障

限位開關作為船閘控制系統重要的外設儀器，負責閘閥門運行幅度控制及閘閥門運動位置檢測及反饋的任務，保障閘閥門門體動作的安全和啟閉機械液壓油缸行程的安全。但是，限位開關受本身質量良莠不齊及使用環境和使用壽命的影響，常出現觸點鎖死或者中繼氧化的故障[1]，導致閘閥門出現不同的故障現象，而養護技術人員單憑肉眼很難迅速辨識出故障根源，常需要按步驟進行故障診斷，對啟閉機系統、水下障礙和供配電系統進行逐一排查，這種方式較為浪費時間。

2.1 限位開關觸點鎖死引起閥門不動作

2.1.1 故障現象。閥門提落綠燈常亮，落閥到位，無法提閥。

2.1.2 故障排查。排除啟閉機故障和水下障礙后，可初步判斷故障來自電氣控制系統，進一步的排查步驟如下。①閥門關到位室，用值班室操作臺按鈕和手動控制柜操作提閥門，系統無動作；②用上位機的提閥門，組態軟件顯示閥門已提到位；③查看電氣柜信號燈，閥門落到位，指示燈和提閥到位指示燈都亮，可判斷故障來自中繼或行程開關；④查看控制柜內中繼，閥門提閥到位，中繼和落閥到位，中繼均得電吸合，排除中繼故障，進一步確定行程開關及限位開關故障；⑤查看現場閥門實際位置在落閥到位，行程開關的限位撞塊抵住落閥到位的開關搖臂，觸發落閥到位信號；⑥查看提閥到位開關，撥動搖臂，形態正常，提閥到位信號常在；⑦拆開提閥到位限位開關外殼，發現內部潮濕，觸點生銹，用萬用表檢測常開觸點，發現常開觸點常閉，導致限位檢測回路導通，提閥到位信號常在，無法提閥門。

2.1.3 故障分析。限位開關自身質量問題或者使用壽命到期，其密封圈老化，竄入水汽；或者限位開關外接線纜接口處密封措施不到位，雨水或者打掃衛生時水沿著線纜滲入限位開關內部，導致觸點生銹，形成回路。

2.1.4 解決辦法。更換限位開關，故障排除。

2.2 限位開關DC24V供電故障引起人字型閘門關閉到位時撞門

2.2.1 故障現象。人字形閘門關門時，左右岸閘門可同步可不同步，在關門到位時發生撞門現象，門體抖動，聲響巨大。

2.2.2 故障排查。在排除啟閉機故障和水下障礙后，進一步的排查步驟如下。①查看閘門啟閉機油缸的行程開關，前置限位器正常抵住擋塊，排除行程竿位置變動故障；②手動觸發前后限位開關搖臂時，常開觸點閉合，常閉觸點打開，限位動作正常，排除限位開關卡死不回彈的機械故障；③拆檢前置限位開關，用萬用表檢測觸點，未形成回路，限位開關觸點正常；④再用外用表檢測兩端DC24電壓，檢測發現觸點兩端電壓不足；⑤再測量關到位中繼，手動觸發搖臂，限位開關觸點閉合，中繼線圈電壓不足，可判斷限位開關供電電壓低，中繼不吸合，仔細觀察限位開關的線纜端頭，已經氧化發黑，致使回路接觸不良，壓降較大，中繼不吸合，故障來自限位開關供電線路。

2.2.3 故障分析。人字形閘門啟閉機油缸行程開關均為前后雙限位，一前一后布置。正常情況下，行程監測由前置的限位開關負責，基本觸發不到后置的開關。但是，當前置限位開關供電故障時，閘門關閉動作發生，限位擋塊雖觸發前置限位開關，但中繼不吸合，無反饋信號入PLC設備，油缸未收到行程到位的信號，繼續運行，直至行程竿擋塊觸發后置的限位開關，閘門才停止運行，此時閘門已經發生碰撞。

2.2.4 解決方法。檢查或更換DC24V供電線纜，限位開關得電正常，故障排除。

3 開度儀引起的閘閥門故障

開度儀是指用于檢測閘閥門啟閉機油缸活塞桿行程的測距儀。在蘇北運河船閘上，開度儀分為內置式和外置式兩種，內置式是安裝于閘閥門活塞桿內部的磁感應式測距儀，外置的有拉繩式測距儀和激光式測距儀。開度儀在船閘電氣系統中實時檢測閘閥門的開度狀態，從而完成左右側閘閥門的同步、變速運行。通過PLC將開度數據模擬在船閘操作系統組態畫面中[2]，可直觀反饋給操作人員。開度儀故障會嚴重影響閘閥門的運行，導致閘閥門運行速度異常，變快或變慢，兩側閘閥門不同步，泄水、漲水速度變快或變慢，易對閘室內的船舶造成較大的安全隱患。

3.1 開度數據顯示不準確導致閘閥門運行速度異常、左右岸不同步

3.1.1 故障現象。閘門運行速度突然異常，自開門起動到關門到位，慢—快—慢。變速丟失，反之亦然，左右岸不同步；閥門提起動作異常，閥門自落閥到位至提閥到位速度異常，動作緩慢或速度變快，導致閘室漲消水速度過快，易造成閘室船舶受水流沖擊，從而發生斷纜事故；或者漲消水速度過慢，影響船閘運行效率。

3.1.2 故障排查。①檢查操作系統組態畫面顯示情況；②開度一直沒有數據的情況下，檢測開度儀的輸電流信號；③如果輸出電流在可測得范圍內（4～20mA），可排除開度儀自身故障，繼續檢查接線情況及線纜情況；④若開度儀沒有電流輸出，則判斷開度儀自身故障。

3.1.3 故障分析。根據開度儀的形式分別判斷故障。一是內置式開度儀是安裝于閘閥門活塞桿內部的磁感應式測距儀，在廠內安裝，安裝于活塞桿內部，故障原因主要是該測距儀屬于接觸式儀器，其設備本體跟隨活塞桿有桿腔的運動而運動，而活塞桿連接閘門和閥門，運動時門體的跳動、震動或碰撞，產生的力會沿活塞缸傳導至儀表本體，磁感應線圈會受到損傷，導致測量不準確。而該儀表必須從活塞桿內拆除，無法對其進行日常維修。二是外置式開度儀。蘇北運河船閘采用較多的是激光測距儀，其原理是采用紅外光反射測距，儀表本體安裝于活塞桿尾部，反射板安裝于限位撞塊上，跟隨限位撞塊一同運動。紅外光從儀表本體射出，打至反射板上再反射回儀表本體，日常維護量小，僅需用干布擦拭儀表鏡頭灰塵即可。測量發生誤差時，通過儀表本體按鍵對儀表的4～20MA信號和距離重新標定，PLC程序對開度和測量值換算參數重新整定。

3.1.4 解決方法。①開度儀自身無故障的情況下，重新連接線纜，通過PLC編程軟件和組態軟件糾正顯示偏差，故障排除；②開度儀自身故障，更換開度儀，重新連接PLC系統進行調試。

3.2 開度儀引發閘閥門運行故障的思考

內置式開度儀因其安裝在油缸內部，易受閘閥運轉時外部因素干擾而發生故障，日常無法對其進行維護，一旦發生故障，只能返廠維修，造成斷航。目前，蘇北運河船閘正在逐步淘汰此類開度儀。外置式開度儀主要是激光測距儀，因其安裝在油缸外部，同樣容易受閘閥門運轉的外部因素干擾，如底座緊固件松動、反射板跳動，致使紅外光反射偏轉。而經過技術改良可以克服此類情況的發生，如選擇漫反射類型激光發生器，選擇定制的反射板。閘閥門運行過程中發生類似情況，養護人員首先要檢查組態畫面中開度儀的數據顯示，進而排除是否是開度儀自身故障，然后再根據不同類別的開度儀選擇對應的處理措施。

4 二次控制回路故障引發閘閥門故障

船閘電氣系統的電路分別由一次拖動回路和二次控制回路組成[3]。其故障的發生也存在區別。一次拖動回路線路簡單明了，其故障較為明顯，容易判別；二次控制回路線路較為復雜，引發的閘閥門運行故障五花八門，發生故障不易判別，最常見的故障是閘閥門運行明顯緩慢。

4.1 故障現象

閘門開門正常，關門動作緩慢，閥門落閥正常，提閥緩慢。

4.2 故障診斷

①檢查閘閥門運行速度控制設備，檢查泵站的速度控制設備。蘇北運河船閘啟閉機泵站有變頻器控制電機和比例泵兩種形式，分別檢查其是否正常。②檢查泵站油量、油溫是否正常，電機轉動是否正常。③檢查泵站電磁閥，分別對應測量閘門關門時閘門開門電磁閥是否得電，閥門提閥時落閥電磁閥是否得電。④逐一拆卸電磁閥供電插頭，閘門關閉時拆下開門電磁閥供電插頭，閘門關門運行速度明顯加快，判定為關門電磁閥同時得電，從而引發故障；閥門提閥時拆卸落閥電磁閥供電插頭，提閥速度明顯提高，判定提落閥電磁閥同時得電，引發故障。

4.3 故障分析

蘇北運河船閘的泵站工業設計較為緊湊美觀，閘門的關門和開門電磁閥緊靠在一起布局，閥門的落閥和提閥電磁閥同樣緊靠在一起布置。電磁閥供電插頭受泵站震動會出現松動的現象，觸點回退從而使閥件殼體整體帶電，導致關閘門運行時，關閘門中繼得電閉合的同時開閘門中繼也得電閉合，從而導致開門油路和關門油路同時打開，液壓油同時進入有桿腔和無桿腔，閘門關門運行背壓大，而導致速度緩慢，閥門故障原因同上。

4.4 故障解決

重新制作電磁閥供電插頭，壓接牢靠，故障排除。

5 結語

人字門船閘閘閥門常受外部因素影響而發生故障。對于因水下障礙和啟閉機械等直觀原因引起的故障，船閘養護人員可以第一時間排查和處理；對于供配電系統或者控制系統故障引起的閘閥門停擺，也常能按技術規程快速給予辨識和解決；而對于像限位器、開度儀這類細小設備常會疏于保養，故障發生時也常常難以第一時間從此類小的設備零件上進行排查。對于像閥件供電插頭松動回退、按鈕觸點接觸不良和接線端子松動等不明顯的故障現象，難以憑肉眼直接觀察。這就要求養護人員認真落實船閘日巡查制度，改變設備巡查中能聽不看，能看不動手的惰性思維，要善于從細小處發現問題，用萬用表等檢測設備進行檢測，不能依靠主觀進行判斷，從而準確辨別細微差別，防患于未然，確保蘇北運河船閘安全暢通。

參考文獻：

[1]蘇禹.船閘電氣隱性故障分析及解決方法[J].江蘇交通科技，2011（3）：28-29.

[2]張雷.PLC控制技術在船閘電氣控制系統中的應用[J].中國水運，2009（5）：3-4.

[3]京杭運河江蘇省交通運輸廳蘇北航務管理處.船閘電氣故障維修手冊[Z].2017.