大型弧門液壓啟閉機若干運行問題分析及處理

陸 明，謝 林，王鄖中

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都610051）

0 前言

某大型壩后式水電站泄洪閘部位設有7孔大型露頂雙吊點弧形閘門，每孔泄洪閘泵房內布置了1套液壓泵站用以操作容量2×4 000 kN液壓油缸實現啟閉閘門。該電站的水庫屬于日調節型水庫，運行人員操作時間緊迫，對液壓啟閉控制系統自動化可靠性要求高。每年汛期時，7孔弧形閘門啟閉次數達2 000余次，在頻繁啟閉過程中，液壓啟閉系統曾發生了一系列問題，現場檢修維護人員仔細分析故障現象，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。本文對液壓啟閉故障分析及處理經驗進行了總結，為后續液壓啟閉機運行維護管理提供借鑒經驗。

1 液壓啟閉機設計結構及系統原理

1.1 液壓啟閉機系統結構

該水電站弧門液壓啟閉機系統主要由電控系統、油泵電機組、回油箱、控制閥組、缸旁閥組、油缸總成、行程檢測裝置、系統保護與報警裝置以及液壓管路等組成。液壓泵站設兩臺油泵電機組，啟門系統壓力定值為21.5 MPa，閉門系統壓力定值為9 MPa，啟閉門速度均約為0.4 m/min（可調）。電控制系統由1臺控制柜組成，具有“遠方”“自動”“手動”3種控制方式，可現地操作，也可在電站中控室實現閘門啟閉全過程控制，并具有故障報警、事故報警停機功能。液壓系統采用2FRE16型電液比例調速閥對液壓缸進行同步性控制，超差停機定值為15 mm。

1.2 液壓原理

啟門過程：空載啟動2臺油泵電機組，延時10 s，電磁閥（DT1、DT3、DT5）、電液比例調速閥（BT1、BT2）同時通電，壓力油經方向插件（31.2）分兩路經電液比例調速閥（46.1、46.2）后進入左右液壓缸有桿腔，液壓缸無桿腔油液經溢流閥插件（25.3）、回油過濾器（14）流回油箱。

閉門過程：空載啟動1臺油泵電機組，延時10 s左右，電磁閥（DT1、DT2、DT4）、電液比例調速閥（BT1、BT2）同時通電，一路壓力油經方向插件（31.1）、節流閥（36）打開左右液壓缸液控單向閥（52.1、52.2）后，液壓缸有桿腔內油液分別經電液比例調速閥（46.1、46.2）后經溢流插件（25.2）流向無桿腔，另一路壓力油經方向插件（31.1）、順序閥（33）流入無桿腔，不足的無桿腔油液則通過單向閥（10）從油箱補油。

閘門糾偏控制：在閘門啟閉過程中，閘門開度及行程控制裝置全程連續檢測兩只液壓缸的行程偏差，左右液壓缸電液比例調速閥開度設定值均為（45%），右液壓缸比例調速閥保持開度恒定，不參與動作糾偏，當兩側油缸行程偏差值≥3 mm時，PLC模塊改變左液壓缸電液比例調速閥（46.2）的輸入電量值進而調整左液壓缸有桿腔油量，達到糾偏效果。圖1為液壓原理圖。

圖1 泄洪閘液壓啟閉機原理圖

2 液壓啟閉系統故障及分析處理措施

（1）閘門在操作過程中，控制系統報超差故障，異步停機，發生兩次不同原因的相同故障。

分析及處理：第1次檢查閘門左側油缸開度2 440 mm、右缸2 476 mm，兩缸偏差36 mm（超差停機定值15 mm），閘門實際位置明顯左側低于右側，判斷油缸開度傳感器正常，通過人工手動調整閘門兩側開度一致，再次進行自動落門過程中，左側比例調速閥開口一直進行關小糾偏動作，最終閘門無法糾正過來，導致超差報警。測試左、右側比例調速閥反饋值正常，檢查地溝蓋板發現左側油缸有桿腔一個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，O型圈被擠出，更換同型號密封圈后，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后易松動，后期安排了維護人員定期對所有液壓管路接頭進行檢查緊固。

第2次按照第1次方法，人為調整閘門至正常狀態后，再次進行落門時，左側油缸開度未動作，右側動作正常，閘門再次發生超差。經檢查，左缸比例調速閥線圈發熱嚴重，反饋信號異常，閥體電磁鐵及反饋單元的閥芯在全關位置卡死，PLC模塊無論對其增大或減小開度指令，閥體實際一直處于全關位置，更換閥組后，閘門運行正常。閥組卡死主要原因是油液不干凈，定期更換回油過濾器濾芯以及對回油箱內的油液進行過濾，并按照每2年1次頻率清掃回油箱，以保證油液滿足運行要求。

（2）某閘門執行全關操作結束，閘門全關后，油泵電機組未停運。

分析及處理：閘門實際已全關，但是控制系統顯示左右開度均為6 mm，現地對開度重新置零后全關信號到達，油泵電機組停止運行。鑒于控制系統中設置的5 mm的全關判斷值較為苛刻，優化落門控制邏輯，將閘門全關判定值5 mm改為10 mm，同時在PLC全關判斷輸出點中添加10 s延時，既保證了閘門能全關又實現了油泵電機組及時停運。

（3）電站中控室遠方發啟門令后，某閘門開至中間某個開度后（尚未達到設定目標開度值），油泵電機組自動停止操作，監控系統及現地檢查無任何報警信號，再次發啟門操作令后，正常啟門至設定目標開度值。

分析及處理：現場檢查未發現接線有錯誤的地方，檢查設備未有任何異常，檢查遠方啟門程序條件有：系統在“遠控”方式（%I0.3.1.0）、遠方停門令未開入（%I0.3.22.0）、未到達工作位（%M102）、未發生綜合故障（ZGZ2）、未開出閉門信號（%M121）、未到全開（%M100）、系統變量未動作（%M0），發現程序中有兩個條件未在觸摸屏上做事件記錄，有兩個雖有事件記錄，但其在程序中沒有加延時保持，存在瞬間動作而觸摸屏未能捕捉到的情況。通過增加遠方啟門流程監視程序后，捕捉到故障點為“閘門全開（新增監視）”信號，該信號由“上限位開關動作”和“左/右側開度大于全開定值”開出，將上限位開關防抖時間由30 ms增加至1 s，并將全開判據修改為左右側開度均大于全開定值，徹底解決了此問題。

（4）啟門操作時，報“啟門壓力異?！?，“系統超壓動作”，閘門未動作。

分析及處理：檢查發現啟門過程中報出系統超壓報警是由于提門溢流閥的整定值為22.5 MPa，壓力開關整定值為24 MPa,兩者比較接近，提門時溢流閥的定值存在輕微漂移，導致壓力開關動作。通過降低溢流閘整定值（由22.5 MPa改為21.5 MPa），啟閉機運行正常。在定期工作中，模擬正常啟門流程工況，每年對溢流閥定值進行校驗，并標記位置。

（5）偶發性的在啟門到位瞬間，一側油缸突然下滑，系統報超差故障，異步停機。

分析：通過現場大量啟閉試驗，分析得出啟門到位后一側油缸瞬間下滑主要有兩種原因，①控制系統邏輯不合理，致使比例調速閥截斷油流承擔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啟門過程中，由于電磁閥采用的是滑閥結構，這樣提門時系統油液將慢慢滲入控制油管，控制油管內壓力值6～7 MPa，致使在啟門到位后，控制油管內壓力值無法很快撤除，液控單向閥被打開，油缸出現突然下滑。

處理：①對啟門到位后的停門邏輯進行修改,將比例調速閥BT1、BT2延后動作，以保證停門時依靠液壓鎖截斷油流。原控制邏輯“閘門啟門到位后（兩邊開度都大于目標值），BT1、BT2、DT1失電,同時DT2得電，延時2 s后DT3、DT5失電，再延時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值），DT1失電、DT2得電，再延時2.5 s后DT3、DT5、BT1、BT2失電，再延時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一根泄油管，啟門時能夠實現排除控制油路內串入的液壓油。

3 結論

總體來說，該水電站弧門液壓啟閉機投入運行已將近5年，啟閉閘門操作已近萬次，說明從設計到制作安裝非常成功，針對運行過程中出現的一些問題，通過上述方法分析處理都得到了較好地解決。本文總結了該水電站弧門液壓啟閉機異常情況的分析、處理，為液壓啟閉機的檢修維護提供了寶貴的經驗，對類似工程具有一定的借鑒意義。