向家壩升船機活動橋及運行穩(wěn)定性研究

劉峰 姚明明

摘 要：活動橋是一種橋跨結構可以轉動的橋梁，其啟、閉操作比較迅速、容易，對河道造成的障礙最小。為滿足河道及陸地上的交通，活動橋需頻繁開啟、關閉，因此活動橋的穩(wěn)定、可靠性直接影響通行效率。本文結合向家壩升船機活動橋設計實例，介紹了活動橋的基本結構及控制方式，并以活動橋行程穩(wěn)定性這方面進行分析，探索活動橋控制系統(tǒng)中影響活動橋行程穩(wěn)定性的主要因素。

關鍵詞：升船機;活動橋;傳感器

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0086-02

向家壩水電站是金沙江梯級開發(fā)中的最后一個梯級，位于四川省與云南省交界處的金沙江下游河段。

向家壩水電站通航建筑物布置在樞紐左岸，采用全平衡齒輪爬升螺母柱保安式一級垂直升船機。升船機由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道幾部分組成，全長約1530米。

1活動橋的布置及組成

1.1活動橋的布置

活動橋布置在上閘首事故檢修閘門后、上閘首航槽頂部384.00 m高程平臺上，用于連接上閘首航槽兩側的交通。

1.2活動橋的組成

活動橋主要由活動橋、固定橋、活動橋鎖定裝置、活動橋啟閉油缸及泵站、活動橋及固定橋埋件、活動道閘裝置等設備組成。活動橋采用單臂仰開式，升船機在上游高水位過船時，活動橋繞一端的支鉸轉動向上開啟，以保證通航凈空要求，平時活動橋處于關閉狀態(tài)，橋面高程與壩面齊平，車輛、行人可通過。活動橋結構如圖1所示。

2活動橋的控制

2.1液壓裝置

活動橋的啟、閉由一套液壓裝置驅動。液壓裝置包括液壓驅動裝置及液壓鎖定裝置。液壓驅動裝置組成包括：二套液壓缸總成及支鉸軸承、支座、相應埋件、 行程檢測和指示裝置、行程限位裝置，一套液壓泵站、液壓管路系統(tǒng)。液壓驅動裝置安裝在活動橋左側下部，液壓泵站安裝在機房內(nèi)。液壓驅動裝置總體布置形式為雙作用點，缸體兩端球面支承，單作用液壓缸。液壓鎖定裝置安裝在鎖定支座側面，同液壓驅動裝置共用一套泵站。

2.2電氣控制設備

活動橋液壓裝置通過一套電氣控制設備控制，電氣控制設備主要組成包括：一套羅克韋爾PLC控制器、觸摸屏、電源模塊、通訊模塊、格雷碼轉換SSI模塊等。活動橋的控制方式可分為集控、現(xiàn)地和檢修三種模式，三種模式可由控制柜上把手切換。觸摸屏可實時顯示活動橋各項參數(shù)，以及檢修模式下單電磁閥控制。

3活動橋的控制流程

活動橋的左右油缸上各安裝一套拉線式行程傳感器，集控或現(xiàn)地發(fā)啟/閉橋令，液壓油泵啟動，相應電磁閥動作，活動橋開啟或關閉。在活動橋動作過程中，PLC實時采集左、右油缸傳感器行程值，當左右油缸行程偏差大于5mm時，控制系統(tǒng)通過比例電磁閥調(diào)整左側油缸流量，以實現(xiàn)控制其速度，從而達到與右側油缸同步的目的。

4 活動橋行程問題概述

4.1問題概述

活動橋行程準確及穩(wěn)定性直接影響到活動橋安全穩(wěn)定運行，但由于硬件質(zhì)量、外部環(huán)境、軟件可靠性等因素影響，活動橋運行過程中行程出現(xiàn)偏差導致無法正常運行。

活動橋在全開狀態(tài)下，由于自身重力及大風等因素影響，長時間開啟狀態(tài)下活動橋會有下滑現(xiàn)象，當活動橋下滑至穿銷孔壓住鎖定銷軸時，就會導致鎖定銷軸無法退出，因此在控制系統(tǒng)中設置了預提程序，其預提行程區(qū)間為-30 mm至30 mm。活動橋全開到位正常鎖定的穿銷區(qū)間為-10 mm到18 mm。當集控發(fā)落橋令時，若活動橋下滑，未處于全開到位穿銷區(qū)間，但處于預提區(qū)間，則啟動預提程序，將活動橋起升至穿銷區(qū)間。

2019年12月2日，調(diào)控室集控發(fā)落橋令后，制系統(tǒng)未執(zhí)行預提流程，故障信息顯示鎖定解鎖超時故障。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)控制柜觸摸屏顯示活動橋綜合行程值為18 mm，而活動橋銷孔一側已壓住銷軸，活動橋鎖定銷軸無法退出。

4.2問題分析

活動橋油缸行程傳感器反應的活動橋行程值是正常穿銷區(qū)間，未達到預提條件，而活動橋的實際位置已下滑，且銷孔已壓住銷軸，活動橋的實際位置已不處于正常穿銷區(qū)間，需執(zhí)行預提程序。故可判斷，行程傳感器反應的位置與活動橋實際位置出現(xiàn)偏差，傳感器不能準確反應活動橋位置。查詢服務器數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)活動橋全關時行程有變小趨勢。

分析活動橋行程變小的可能原因：①傳感器的鋼絲繩固定不牢，長時間運行后出現(xiàn)松脫，導致行程縮短;②傳感器接線出現(xiàn)虛接、松動等導致信號間歇性丟失;③SSI模塊故障，導致讀取數(shù)據(jù)不準確;④傳感器本體故障。

4.3問題處理

4.3.1檢查傳感器鋼絲繩

活動橋傳感器本體固定在油缸缸體上，鋼絲繩拉出后穿過活塞桿支桿，并使用卡扣固定。處理方法：松開鋼絲繩卡扣，調(diào)整鋼絲繩拉出長度，將左、右油缸行程值調(diào)整至25 mm左右，擰緊卡扣螺絲，并用記號筆在鋼絲卡扣處做好標記。集控發(fā)落橋令，活動橋預提后退鎖定，正常關閉。

處理結果：運行一個月時間后，活動橋又出現(xiàn)行程縮小趨勢，檢查鋼絲強卡扣處的標記，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩未出現(xiàn)滑脫。因此可排除卡扣松脫的故障因素。

4.3.2檢查傳感器接線

檢查傳感器端至SSI模塊端的接線，未發(fā)現(xiàn)有端子松動。使用絕緣電阻表檢查信號電纜的線間及對地絕緣，絕緣阻值均正常，故可排除傳感器接線問題。

4.3.3檢查SSI模塊

活動橋油缸行程傳感器的編碼器輸出信號為格雷碼，格雷碼信號接入SSI模塊，SSI模塊將格雷碼轉換成二進制碼后通過控制網(wǎng)接入控制器CPU。若SSI模塊出現(xiàn)故障也可能會導致傳感器行程值出現(xiàn)偏差。

處理方法：檢查SSI模塊，外觀無明顯損壞。為排除SSI模塊內(nèi)部故障可能，更換SSI模塊。

處理結果：運行一個月左右時間后，查詢服務器數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)油缸行程值仍有變小的趨勢，因此可排除SSI模塊的問題。

4.3.4檢查傳感器本體

若傳感器本身精度及可靠性不足，長期運行過程中累積誤差增長過快就會導致測量值不準。而影響傳感器的精度及可靠性的因素有很多，傳感器本身的質(zhì)量、安裝精度、環(huán)境因素等。向家壩升船機活動橋油缸所使用的傳感器可能本身的可靠性就不足，且傳感器屬于露天安裝，工作環(huán)境存在大量油、水，而防護等級不滿足當前使用當前環(huán)境。

處理方法：更換可靠性及防護等級更高的傳感器，經(jīng)多方對比，最終選擇了可靠性及防護等級更高的傳感器，其防護等級達到了IP67，滿足向家壩升船機活動橋使用環(huán)境。

處理結果：運行一段時間后查詢數(shù)據(jù)，油缸行程值未發(fā)生變化，活動橋運行穩(wěn)定。

5控制系統(tǒng)優(yōu)化

傳感器在安裝、調(diào)試、運行等過程中，會出現(xiàn)一定的累積誤差，為消除誤差活動橋控制程序中設置了誤差補償值，其所需的補償值也可能會發(fā)生變化，因此將程序內(nèi)的補償值設置為變量，并在觸摸屏上組態(tài)輸入框，可在管理員權限模式下修改。若長時間運行后發(fā)生行程偏差，在計算出補償值后可直接在觸摸屏上輸入補償值，節(jié)省處理時間，提高工作效率。

6結語

向家壩升船機活動橋目前運行穩(wěn)定，但影響活動橋穩(wěn)定運行的因素很多，本文只是對活動橋的行程穩(wěn)定性一方面進行了分析，筆者結合自身的故障處理過程總結了一些方法。希望能對相關的行程問題處理提供參考和借鑒。

參考文獻：

[1]毛明令， 楊立， 丁正中， 等. 長江三峽水利樞紐升船機活動橋設計研究[J]. 河南科技， 2015，6： 47-49.