水口水電站泄洪閘門遠方自動控制研究

劉劍彬 福建水口發電集團有限公司

水口水電站溢洪道每孔設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閉時需要人員進行遠方自動控制，有利于提升工作效率，因此要加強技術研究，不斷提高泄洪水平。

一、水口水電站泄洪閘門遠方自動控制基本現狀

水口水電站于1993 年建成并投入運營，對于泄洪閘門遠方自動控制而言，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，對遠方自動控制工作產生不利影響。一是受到當時技術條件限制，雙吊點采用開環同步糾偏系統，閘門在啟閉過程中會發生偏斜，導致對側水封造成損壞。二是有的弧門面板上導軌表面不夠平整，換鉤質量得不到保障，所以啟閉時人員要進行監視。三是國產液壓泵存在容積效率低、啟閉速度不達標的問題。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方自動控制問題較多，為了適應發展需求，要創新技術理念，對設備進行改造升級，優化遠方自動控制效果[1]。

二、水口水電站泄洪閘門遠方自動控制優化措施

（一）改進液壓系統

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。將閉環糾偏控制系統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，發揮出拉桿的作用，解決了原液壓系統存在的問題，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。方案二油源系統電動機功率配置相比較于方案一小，所以提升了整體經濟效益。

優化內容。用閉環糾偏控制系統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。在調試過程中結合具體情況對閘門啟閉時的運行姿態作出適當調整，主要目的是減少對側水封的損傷。

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方式，空載缸雙缸同步只需要在行程末端進行糾偏，啟動閘門提升缸先動作，關閉閘門時下行缸先動作，有助于改善運行效果。

（二）設置閉環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進行控制，要在系統中設置雙比例調速閥并聯二通調速閥的閉環同步偏差控制回路，控制有桿進、出油量，可以達到閘門啟閉中雙缸同步糾偏目的。

通過分析發現，液壓缸和液壓系統中存在內外泄露和液壓管道液阻差的問題，是出現弧形雙吊點不同步的主要原因。另外設備在運行中會產生偏差，對弧形閘門雙吊點會產生一定影響。

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）設置防脫軌導輪裝置

通過設置防脫軌導輪裝置，可以提升空載液壓缸升降運行的平穩性。在傳統設計理念下，受到技術條件限制，導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定，甚至還會出現脫軌情況。

增加防脫軌導輪裝置，可以保證空載液壓缸升降運行過程中的穩定性。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向輪，將弧門面板作為導輪的滾動面，弧門面板非常平整，防止過程中出現搖擺問題。運行過程中控制好導輪和吊耳板之間的側向限位高度，有效預防脫軌現象。

（四）改進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，以及電液控制系統提供接力轉換信號。根據實際情況出發，選擇內置式行程檢測裝置，安裝在拉桿結構端部，用絕對型光電編碼器檢測元件。

（五）提升電氣同步技術

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，對偏差值進行分析，當大于20mm 時系統會自動調整，當偏差值小于10mm 時糾偏調整就會停止，如果兩只液壓缸行程偏差值大于30mm，液壓系統會自動停機并且發出報警信號。

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 時系統會自動調整，雙缸行程偏差值小于5mm 時糾偏調節停止，偏差值大于20mm 時系統自動停機并且發出報警信號。在行程末端的非串聯狀態，空載缸的同步偏差要根據液壓缸行程檢測裝置提供的偏差信號進行糾偏控制，可以滿足雙吊點翻鉤工作的要求。

（六）電氣控制設備的要求

遠程監控。為了保證液壓啟閉機可以實現遠方控制，要在電控柜內提前留有和計算機監控系統壩頂LCU 及其遠程I/O 連接的開關量和模擬量輸入輸出接口，設置與監控系統的通信接口。

現地控制要求。控制柜內設置一套PLC 用來控制閘門，具有調節、數據處理和通信等功能，可以有效滿足實際需求。結合泄洪閘門遠方控制要求來看，微處理器要具有較強抗干擾性和節能的特點，字長至少為16 位。CPU 存儲器要配置電池，保證數據的全面性和準確性，選擇使用壽命較長的電池，電池出現問題時會發生報警信號，便于人員及時更換。PLC 模塊發揮出自檢作用，對硬件和軟件進行監視。閘門開度檢測裝置要采用數據通訊方式與PLC 進行數據交換，對接口合理設置，保證滿足現場總線的連接要求，必要時采用通訊協議轉換器。

閘門水封噴淋裝置控制。在液壓啟閉機電控柜中設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會停止，關閉噴淋裝置，配有自動和手動切換的開關，方便工作人員來操作。

水口水電站泄洪閘門遠方自動控制優化需要從不同方面入手去做，優化系統運行效果，保證實現遠方自動控制目標，完善水口水電站泄洪系統。

三、結語

綜上所述，水口水電站泄洪閘門遠方自動控制研究具有重要現實意義，大大改善了實際運行效果。對目前泄洪閘門遠方自動控制情況進行分析，找到其中的問題，在此基礎上引入先進技術，不斷創新遠方自動控制模式，可以發揮出更大作用。提高水口水電站泄洪閘門遠方自動控制的重視程度，保證地區經濟可持續發展。