水口水電站泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)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(mén)，采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，由于孔口尺寸比較大，所以啟閉過(guò)程中存在問(wèn)題，為了有效解決，研發(fā)出了接力式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，實(shí)際運(yùn)用效果比較好。泄洪閘門(mén)在開(kāi)啟或者關(guān)閉時(shí)需要人員進(jìn)行遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，有利于提升工作效率，因此要加強(qiáng)技術(shù)研究，不斷提高泄洪水平。

一、水口水電站泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制基本現(xiàn)狀

水口水電站于1993 年建成并投入運(yùn)營(yíng)，對(duì)于泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制而言，主要采用接力式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，在實(shí)際運(yùn)行中取得了良好成效，但是依然存在一些問(wèn)題，對(duì)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制工作產(chǎn)生不利影響。一是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，雙吊點(diǎn)采用開(kāi)環(huán)同步糾偏系統(tǒng)，閘門(mén)在啟閉過(guò)程中會(huì)發(fā)生偏斜，導(dǎo)致對(duì)側(cè)水封造成損壞。二是有的弧門(mén)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(shí)人員要進(jìn)行監(jiān)視。三是國(guó)產(chǎn)液壓泵存在容積效率低、啟閉速度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。四是油箱容積有限，在運(yùn)行過(guò)程中油溫會(huì)快速升高。由此可見(jiàn)，目前水口水電站泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制問(wèn)題較多，為了適應(yīng)發(fā)展需求，要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)理念，對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)，優(yōu)化遠(yuǎn)方自動(dòng)控制效果[1]。

二、水口水電站泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制優(yōu)化措施

（一）改進(jìn)液壓系統(tǒng)

方案一：每臺(tái)啟閉機(jī)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(wú)桿腔供油，一用一備工作。將閉環(huán)糾偏控制系統(tǒng)運(yùn)用到雙吊點(diǎn)同步偏差控制中去，每個(gè)吊點(diǎn)有2 套液壓缸，保證有桿腔和無(wú)桿腔的獨(dú)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(wèn)題，有效提高每個(gè)吊點(diǎn)2 缸反向運(yùn)動(dòng)的同步控制能力。

方案二：每個(gè)吊點(diǎn)的2 套液壓缸無(wú)桿腔采用可控的串聯(lián)方式，每臺(tái)啟閉機(jī)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(dòng)機(jī)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(diǎn)同步偏差控制，雙吊點(diǎn)同步偏差信號(hào)主要取自閘門(mén)。在調(diào)試過(guò)程中結(jié)合具體情況對(duì)閘門(mén)啟閉時(shí)的運(yùn)行姿態(tài)作出適當(dāng)調(diào)整，主要目的是減少對(duì)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(duì)液壓缸反向同步性能的控制效果。

方案二：每個(gè)吊點(diǎn)2 套液壓缸無(wú)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(dòng)閘門(mén)提升缸先動(dòng)作，關(guān)閉閘門(mén)時(shí)下行缸先動(dòng)作，有助于改善運(yùn)行效果。

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

為了對(duì)閘門(mén)啟閉運(yùn)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(mén)啟閉中雙缸同步糾偏目的。

通過(guò)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(wèn)題，是出現(xiàn)弧形雙吊點(diǎn)不同步的主要原因。另外設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生偏差，對(duì)弧形閘門(mén)雙吊點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一定影響。

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

（三）設(shè)置防脫軌導(dǎo)輪裝置

通過(guò)設(shè)置防脫軌導(dǎo)輪裝置，可以提升空載液壓缸升降運(yùn)行的平穩(wěn)性。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)行時(shí)無(wú)法保證穩(wěn)定，甚至還會(huì)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(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。在吊鉤與活塞桿吊頭連接軸兩端跨弧門(mén)面板上兩條吊耳板各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪，將弧門(mén)面板作為導(dǎo)輪的滾動(dòng)面，弧門(mén)面板非常平整，防止過(guò)程中出現(xiàn)搖擺問(wèn)題。運(yùn)行過(guò)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(cè)裝置

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

（五）提升電氣同步技術(shù)

閘門(mén)同步控制。在閘門(mén)啟閉過(guò)程中，全程中用行程檢測(cè)裝置檢測(cè)弧形閘門(mén)左右兩邊的行程偏差，對(duì)偏差值進(jìn)行分析，當(dāng)大于20mm 時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整，當(dāng)偏差值小于10mm 時(shí)糾偏調(diào)整就會(huì)停止，如果兩只液壓缸行程偏差值大于30mm，液壓系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)并且發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

空載缸同步控制。液壓缸行程檢測(cè)裝置檢測(cè)閘門(mén)啟閉全程中空載缸的行程偏差，偏差值大于8mm 時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整，雙缸行程偏差值小于5mm 時(shí)糾偏調(diào)節(jié)停止，偏差值大于20mm 時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)并且發(fā)出報(bào)警信號(hào)。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(cè)裝置提供的偏差信號(hào)進(jìn)行糾偏控制，可以滿(mǎn)足雙吊點(diǎn)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?jiǎn)㈤]機(jī)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，要在電控柜內(nèi)提前留有和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)壩頂LCU 及其遠(yuǎn)程I/O 連接的開(kāi)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。控制柜內(nèi)設(shè)置一套PLC 用來(lái)控制閘門(mén)，具有調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)處理和通信等功能，可以有效滿(mǎn)足實(shí)際需求。結(jié)合泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方控制要求來(lái)看，微處理器要具有較強(qiáng)抗干擾性和節(jié)能的特點(diǎn)，字長(zhǎng)至少為16 位。CPU 存儲(chǔ)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(zhǎng)的電池，電池出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)發(fā)生報(bào)警信號(hào)，便于人員及時(shí)更換。PLC 模塊發(fā)揮出自檢作用，對(duì)硬件和軟件進(jìn)行監(jiān)視。閘門(mén)開(kāi)度檢測(cè)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(duì)接口合理設(shè)置，保證滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的連接要求，必要時(shí)采用通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

閘門(mén)水封噴淋裝置控制。在液壓?jiǎn)㈤]機(jī)電控柜中設(shè)置閘門(mén)水封噴淋潤(rùn)滑裝置操作程序，在啟閉閘門(mén)之前先要開(kāi)啟噴淋裝置，閘門(mén)啟閉完成后液壓系統(tǒng)會(huì)停止，關(guān)閉噴淋裝置，配有自動(dòng)和手動(dòng)切換的開(kāi)關(guān)，方便工作人員來(lái)操作。

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

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水口水電站泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義，大大改善了實(shí)際運(yùn)行效果。對(duì)目前泄洪閘門(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制情況進(jìn)行分析，找到其中的問(wèn)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(dòng)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(mén)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制的重視程度，保證地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。