水利水電工程閘門控制技術與運行維護管理方法分析

陳澤勇

廣東省陽江市機電排灌管理總站 廣東 陽江 529500

引言

就目前狀況而言，水利水電工程閘門具有水位調節、流量管控等作用，可有效預防洪澇災害，推動地方農業生產。一旦水閘運行階段形成安全隱患，都將對周邊居民日常生活、區域經濟發展造成影響。故此應了解水閘的基本結構與類型，結合水利水電工程實際情況，做好水閘日常運行管理方法，并能掌握閘門控制技術方法的要求，及時解決水閘潛在運行隱患。

1 閘門基本結構與形式

閘門組成結構包含啟閉設備、埋固部分、主體活動3個部分。其中啟閉設備與門葉吊耳相連接，有利于靈活控制閘門，個別閘門利用水力進行啟閉控制。埋件部分由門楣、底檻、主軌、鉸座等組成，主要安裝于孔口旁邊，通過錨筋與建筑混凝土固牢，向水利水電建筑物傳遞水壓力等荷載，體現閘門的止水性能。主體活動部由支承行走部件、止水裝置、承重結構、吊耳等組成。閘門正常運行期間，閘室屬于主體，具有管控過閘流量、擋水作用，與上下游連接段、建筑物相連接。

選擇閘門基本形式過程中，需要綜合考慮多種因素，再依據閘門結構特征，全面分析有關資料，進行反復技術、經濟比較后選定。影響因素包含啟閉力、工程造價、閘門運行性質、地理位置、綜合運行條件等等。根據相關調查結果顯示，最常見閘門形式包含弧形與平面閘門。當水閘展開關門擋水作業時，閘室需承擔上下游水差形成的水平推力，極有可能導致水閘向下游方向滑動，形成重大安全隱患。為防止該現象的發生，設計閘室期間應重點檢驗閘室的抗滑穩定性，保障閘室運行的穩定性。

2 閘門的基本類型

作為水利水電工程的關鍵組成部分，閘門起到封閉孔口、局部開放孔口的作用，根據實際情況靈活調節上下游水位，排除沉沙、漂浮物等，促使閘門類型多種多樣。按照工作性質劃分閘門分成：事故閘門，出現運行事故時能自主關閉；檢修閘門，檢修期間負責擋水；工作閘門，處于動水作業環境。按照安裝位置分類：潛孔式閘門，主要設置于潛沒式泄水孔口，閘門關閉孔口時，門葉頂部未超過擋水處水位高度，應在四邊增設止水裝置；露頂式閘門，安裝于開敞式泄水孔口位置，閘門關閉狀態下門葉頂部高度超過擋水處水位。按照結構形式與構造特征分成：平面門葉鋼閘門，鋼閘門外表面呈平面擋水面板的形狀，又可分成升臥式、直升式、橫拉等；弧形閘門，外表呈現圓弧形，還可分成立軸式、繞橫軸轉動弧形閘門。按照原材料分成鑄鐵式、木質、木面板鋼構架、鋼筋混凝土閘門等[1]。

3 水利水電工程閘門控制技術方法

3.1 閘門遠程控制技術

為實現全程動態化管控水利水電工程的閘門，應融入現代化技術、計算機系統，搭建閘門遠程控制技術系統，設立閘站監控系統、液壓啟閉機系統，分別扮演著控制與執行的角色。系統運行期間，總調中心利用閘站監控系統下達命令，依次向PLC通信平臺、啟閉機系統等傳遞。閘門遠程控制系統運行時，閘站監控系統屬于關鍵，有助于調度中心遠程自動化控制排冰閘、節制閘、控制閘等，還能通過中心控制系統實時顯示閘門運行參數，一旦出現異常參數，系統能立刻報警處理。該系統分成遠程閘站、現地閘站監控系統，二者處于相互聯系且獨立的關系，主要體現于系統參數一致，但處于獨立運行狀態，能獨立監控與控制閘站的運行狀態。

液壓啟閉機系統以液體壓力為載體進行能量傳遞，從而達到控制閘門關閉與開啟的目的。系統作業原理為：液壓泵轉變原動機輸出的機械能，轉變成液體壓力能，通過液壓閥與油管道到達液壓缸，最終變成工作機的機械能，有序完成閘門啟閉動作。同時，閘門油缸搭配開度儀，起到全過程記錄與檢測閘門運行狀態的作用，還包含液位控制器、溫度傳感器、電壓力繼電器等，遠程控制油液溫度、壓力等。液壓啟閉機系統運行期間，標準電氣控制柜為主要中間設備，負責連接不同功能的變送器與傳感器，全面化轉換、采集與整理信號。其中電氣控制柜組成部分包含變壓器、PLC模塊、繼電器等結構。

3.2 弧形閘門測量控制技術

與其他閘門相比，弧形閘門安裝階段對測量精度、工藝等方面要求更高，需制定完整的弧形閘門測量控制技術方案，掌握測量控制網布設、閘門底坎安裝、錨栓架套膜安裝等要點。其中測量控制網布設屬于重點內容，需參考水利水電工程基本情況，充分確保閘門安裝質量。具體操作過程中，選擇三角測量法，依據施工等級確定排漂孔底板孔洞的位置，再借助測繪平差軟件獲取精準的平差結果，隨后展開校核作業，最大程度上縮小布設誤差。布設控制網時，技術人員先在地面用紅筆標記，有助于一邊校核一邊調整。另外，閘門測量控制技術中錨栓架套模安裝也屬于關鍵點，為調整大體積支鉸創建有利條件。錨栓架安裝位置檢測時，利用全站儀、鋼尺等測量工具，提高定位檢測的準確性。

3.3 閘門焊接變形控制技術

為充分發揮閘門的作用，維護水利水電工程運行的穩定性，需了解焊接規范、技術手段、先后順序等。通過焊接熱源加熱結構時，若受熱不均勻，將出現嚴重焊接變形問題，故此應掌握閘門焊接變形控制技術，明確相關注意事項，制定可行性較高的焊接方案。

3.3.1 焊接規范。要求閘門焊接前期準備階段，多方面評定焊接工藝，制定最適合的焊接工藝，減少焊接線的能量輸入，以此防止出現結構變形的問題。

3.3.2 焊接技術手段。多數情況下閘門焊接變形，多是由于加熱不均勻，加熱情況直接關系到焊接變形面積。若焊接操作方法、加熱程度、熱源等不相同，焊接變形程度也不盡相同。現階段，常見焊接包括手工電弧、氣焊接、埋弧自動焊接、氣體保護焊接等，其中氣體保護焊接與埋弧自動焊接方式不易發生變形問題。采用氣體保護焊接方式時，可選擇二氧化碳氣體，從根本上保證焊接加熱的均勻性，降低變形概率。

3.3.3 焊接先后順序。閘門焊接期間，先焊接距離形心軸較近的構件，逐步提高剛度，若發現形心軸兩側存有不同大小的焊縫，應先焊接焊縫數量較少的一側。針對較長的焊縫，采用斷續焊接方法。常規焊接流程：①隔板對接縫。從形心軸開始分別向兩側焊接，采取對稱焊接的方式。②后翼緣板位置。從閘門邊梁入手，再逐次焊接后翼緣板、縱梁翼緣。③面板焊縫，選用斷續焊接方式。④面板與后翼緣位置的焊縫。

4 水利水電工程閘門運行維護管理方法

4.1 閘門支承移動部件的管理維護

閘門運行維護期間，支承移動部件的管理維護屬于重點，需了解該部件的結構與作用，采取恰當的維護管理方法。在水利水電工程閘門結構中，支承移動部件能轉移閘門的水平荷載，向閘墩傳遞，還能維護閘門上下移動，沿著門槽軌跡運行，也被稱為行走的支承部件。該部件由反輪、主輪、側輪組成，需對三個部件進行分別檢查，避免由于支承移動部件因素而影響閘門運行質量。

一般保養管理維護方法下，多采用涂抹適量潤滑油的方式，潤滑主輪、吊耳等部位，還能除塵防銹，維護閘門運行的穩定性。支承移動部件經過長時間運行，極有可能發生滾輪銹死的情況，多是由于滾輪潤滑不足，在其他因素的干擾下生銹，使其運行效率降低。解決此類問題時需及時清除鐵銹，加入足夠量的潤滑油。但滾輪位于門槽之間不易操作，難以保障潤滑效果，故此應在油孔位置增設加油嘴，連接啟閉機室的油箱，持續向油管輸入潤滑油，降低操作難度，此項裝置比較適用于黏度較低的潤滑油。若潤滑油較為黏稠，應增設自動加油器，通過絲扣連接加油器，旋轉過程中向油倉施入一定量的壓力，在壓力的作用下潤滑油自主移動[2]。

4.2 鋼制閘門的防銹維護管理

為取得良好的防銹效果，應先針對鋼制閘門展開全方位除銹作業，其中機械除銹方法較為常見，正確使用空氣壓縮機，向鋼閘門噴射適量的沙子，產生一定大小的摩擦力，達到除銹效果。進入防銹處理環節，可選擇油漆防銹方式，作業流程為：①涂抹一層厚度適中的環氧云鐵防銹漆，完全干燥后先后涂抹兩層瀝青漆，也需保障油漆完全干透后再涂抹下一層瀝青漆。②提前加熱瀝青漆，不需散熱直接涂抹至鋼制閘門，以此從根本上預防鐵銹。不僅如此，噴涂防銹蝕材料也可防銹，經濟性良好且操作方便，主要運用氟涂料、高氯化聚乙烯材料，此類材料耐腐蝕性能良好。

4.3 閘門開啟和關閉維護管理

閘門啟閉維護管理時，分成制定與選擇啟閉方案、操作管理兩個內容，需立足于水利水電工程實際運行需求，選擇恰當的操作的方案。啟閉方案的可行性與合理性，關系到閘門運行的安全性與管理效果，若啟閉方案不恰當，將影響下游河床，甚至威脅工程的安全性。水閘存在多個孔洞，則優先選擇對稱啟閉或者多節均勻啟閉的方法。若資金充足或者作業條件良好，也可選擇對稱與分節相融合的方法，操作要點：閘門開啟階段，先打開中孔再逐一打開兩側的孔洞，關閉順序則相反，整個操作階段杜絕出現不同步啟閉現象。分節啟閉操作要點：前提條件為保障啟閘幅度與落閘幅度一致，再分成的不同節進行啟閉操作，同時參考閘門下游水深的變化規律，科學設置分節高度，促使下游所產生的淹沒水躍范圍不超過消力池，過閘水流不存在旋渦、集中水流等。為有效提高閘門啟閉管理水平，有關部門應實行崗位責任制，細化每個崗位的主要職責與日常工作內容，以便于出現問題時能第一時間找到責任人，避免出現互相推卸責任的情況。

4.4 閘門日常維護要點

水利水電工程閘門運行維護過程中，日常維護與管理是保障其安全運行的關鍵，也是延長閘門運行壽命的關鍵。日常維護期需重視以下幾項工程，具體來說：①加強每天清理與檢查力度。啟閉階段一部分漂浮物等雜物逐漸向閘門擋水一側，若清理不及時閘門位置將出現震動、卡阻情況，誘發漏水問題，這就需求管理者制定閘門清理維護值班制度，委派相關人員定期清理雜物。②調整與檢測。閘門啟閉階段，要求輔助監測人員能端正工作態度，重點觀察閘門位置是否存在不平衡、傾斜、偏移等問題[3]。③清理淤泥。淤泥已成為阻礙閘門穩定運行的關鍵因素之一，若上游位置淤泥堆積嚴重，閘門產生較高的運行壓力，故此需不定期利用機械設備清理淤泥，如高壓水槍。不僅如此，啟閉機日常維護檢測也不可忽視，可采取特別檢查、定期檢查、一般性檢查等方法。特備檢查適用于發生重大自然災害，定期檢查為每年汛期到來前和汛期結束后的兩次全面化檢查，一般性檢查指每月定期檢查一次啟閉機。

5 結束語

伴隨著水利水電工程規模持續擴大，水閘愈加重要，應采取多樣化的水閘控制技術，明確水閘運行管理維護要點，構建安全化的運行環境。運行維護管理期間，掌握閘門日常維護要點，重視閘門的防銹維護管理，并能靈活運用閘門測量控制、遠程控制、焊接變形控制技術方法等。