潘家口水庫主壩表孔閘門監(jiān)控系統(tǒng)故障處理

王再民，劉向東

（海委引灤工程管理局，河北 遷西 064309）

1 工程概況

潘家口水利樞紐位于河北省唐山和承德兩地區(qū)分界處的灤河干流上，是治理灤河的控制性工程，也是引灤工程的主要蓄水工程。主要任務(wù)為天津、唐山兩市及其下游工農(nóng)業(yè)供水，結(jié)合供水發(fā)電。該樞紐工程是目前華北最大的水利樞紐工程，工程等級(jí)一級(jí)。

主壩為混凝土低寬縫重力壩，共計(jì)56個(gè)壩段。其中，23～30號(hào)、33～44號(hào)壩段為溢流壩段，布置有18孔開敞式溢洪道，每孔設(shè)15 m×15 m弧形閘門；31，32號(hào)壩段為泄洪底孔壩段，布置有4個(gè)泄洪底孔，每孔設(shè)4 m×6 m弧形閘門。

為提高潘家口水利樞紐的現(xiàn)代科學(xué)管理水平，2003年安裝了潘家口主壩閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，2004年4月正式投入運(yùn)行，此后每年都進(jìn)行防汛演習(xí)。

2 主壩閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

潘家口主壩閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）由服務(wù)器監(jiān)控主機(jī)、交換機(jī)、現(xiàn)地控制單元（PLC）、手動(dòng)控制箱、傳感器、UPS等組成。系統(tǒng)配置了一臺(tái)服務(wù)器作為系統(tǒng)與管理處局域網(wǎng)的接入服務(wù)器（同時(shí)兼作數(shù)據(jù)庫服務(wù)和WEB查詢服務(wù)）。

系統(tǒng)配置了2臺(tái)閘門監(jiān)控主機(jī)，其中一臺(tái)設(shè)于主壩中控室內(nèi)，系統(tǒng)的主要監(jiān)控對(duì)象包括18個(gè)表孔溢流閘門及3個(gè)底孔工作閘門。另1臺(tái)設(shè)在主壩觀測(cè)樓控制室內(nèi)，接入服務(wù)器和UPS也設(shè)在觀測(cè)樓控制室內(nèi)。

系統(tǒng)配置了4套卡軌工業(yè)交換機(jī)，其中3臺(tái)分別設(shè)在1～7號(hào)表孔閘門、8～18號(hào)表孔閘門以及3孔底孔工作門的現(xiàn)地監(jiān)控單元機(jī)柜內(nèi)，另1臺(tái)設(shè)在觀測(cè)樓。4臺(tái)卡軌工業(yè)交換機(jī)每臺(tái)帶有2個(gè)光端接口，通過光纖聯(lián)結(jié)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，保證了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的高可靠性，監(jiān)控主機(jī)、服務(wù)器均采用銅芯超五類雙絞線接入交換機(jī)。

系統(tǒng)配置了3套現(xiàn)地控制單元，分別實(shí)施對(duì)1～7號(hào)表孔閘門、8～18號(hào)表孔閘門以及3孔底孔工作門的監(jiān)控。每孔閘門配置了1臺(tái)手動(dòng)控制箱，所有的輸入、輸出信號(hào)（包括傳感器），接在各自現(xiàn)地單元PLC的模塊內(nèi)。

系統(tǒng)在中控室中心站設(shè)置交流穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)地控制單元（PLC）提供可靠的電源。同時(shí)每臺(tái)現(xiàn)地控制單元均設(shè)置1臺(tái)1 h的不間斷電源，以保證停電時(shí)系統(tǒng)的正常工作。

3 表孔閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

表孔閘門控制內(nèi)容主要是：潤(rùn)滑水控制，翻板控制和閘門控制。分別通過1號(hào)和2號(hào)現(xiàn)地控制單元（PLC）進(jìn)行控制。在主壩中控室啟動(dòng)閘門監(jiān)控主機(jī)，打開系統(tǒng)操作界面，實(shí)施閘門自動(dòng)控制工作流程：送電→開潤(rùn)滑水→開翻板→開啟閘門→降落閘門→停止運(yùn)行→關(guān)翻板→關(guān)潤(rùn)滑水→斷電。

4 故障現(xiàn)象分析及解決措施

4.1 潤(rùn)滑水系統(tǒng)

表孔弧形閘門為露頂式閘門，安裝于金屬軌道上，兩側(cè)安裝有水封橡皮，并在軌道上端架設(shè)潤(rùn)滑水管路。在運(yùn)行時(shí)為了防止閘門上的止水橡皮損壞，每次啟閉閘門前都要接通潤(rùn)滑水，待金屬側(cè)軌充分潤(rùn)滑后再操作閘門。如果潤(rùn)滑水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，閘門就無法啟閉。

1）故障現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)出開通潤(rùn)滑水指令，電磁輸水閥不動(dòng)作；開通多孔潤(rùn)滑水后，只在閘門一側(cè)有潤(rùn)滑水流出，而且越遠(yuǎn)離加壓泵情況越明顯。

2）原因分析。水中含泥沙多，會(huì)堵塞閥芯，致使電磁輸水閥不動(dòng)作；管路太長(zhǎng)，水壓不夠，潤(rùn)滑水源取自主壩西側(cè)的300 m3水池，在高程202 m廊道31號(hào)壩段裝設(shè)了一臺(tái)型號(hào)為SG50-30的管道泵進(jìn)行加壓，表孔跨越多個(gè)壩段，總長(zhǎng)約為450 m，靠一臺(tái)加壓泵，所提供的水壓不足以應(yīng)付多孔潤(rùn)滑；管路存在內(nèi)部銹蝕、堵塞等現(xiàn)象，主管路和分支管路有多處拐點(diǎn)，導(dǎo)致過流損失，使孔口兩側(cè)出水量不均，造成供水不暢。

3）解決辦法。在潤(rùn)滑水的入口處加一層細(xì)細(xì)的過慮網(wǎng)，去除泥沙等顆粒較大的雜質(zhì)；加裝一臺(tái)加壓泵；對(duì)主管路和分支管路的內(nèi)部和外部進(jìn)行清污、除銹、防腐，并將管路重新布置，使其保持一條直線，減少潤(rùn)滑水的過流損失。

經(jīng)過處理，電磁閥動(dòng)作正常，潤(rùn)滑水流通暢，閘門啟閉靈活。

4.2 翻板系統(tǒng)

表孔弧形閘門為雙吊點(diǎn)式閘門，通過鋼絲繩把啟閉機(jī)和閘門連接，在啟閉機(jī)室留有鋼絲繩孔口，為了防止塵土和小動(dòng)物進(jìn)入室內(nèi)，也為了維護(hù)閘門的需要，在孔口處安裝了電動(dòng)蓋板，即為翻板。運(yùn)行時(shí)為了防止鋼絲繩碰到翻板而受損，在操作閘門前需先把翻板打開，在翻板沒有全開的情況下，不能操作閘門。

1）故障現(xiàn)象。運(yùn)行時(shí)控制翻板的熱繼電器經(jīng)常自動(dòng)斷開。

2）原因分析。熱繼電器額定電流偏小，翻板電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)電流較大，造成熱繼電器動(dòng)作。

3）解決辦法。更換較大額定電流的熱繼電器。更換后，熱繼電器再?zèng)]有誤動(dòng)作的情況。

4.3 閘門控制系統(tǒng)

閘門開啟或關(guān)閉時(shí)，在系統(tǒng)主操作界面，輸入閘門上升或下降高度值，即閘門開高值，閘門按指令開啟或關(guān)閉。

1）故障現(xiàn)象

a）主回路空氣開關(guān)合閘后，閘門按上一次的操作指令動(dòng)作。例如：上一次是閘門關(guān)閉指令，本次是要開啟閘門，則本次主回路空氣開關(guān)合閘后，閘門執(zhí)行關(guān)閉指令，在系統(tǒng)主操作界面會(huì)顯示“閘門上升故障”。

b）閘門上一次開啟（或關(guān)閉）時(shí)輸入了閘門開高值，如果因某種原因閘門并沒有實(shí)際開啟（或關(guān)閉），那么這個(gè)閘門開啟（或關(guān)閉）的操作指令系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存；在本次閘門開啟（或關(guān)閉）時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)按照上一次的閘門開高上升（或下降）。如果在系統(tǒng)主操作界面刪除上一次的閘門開高值，輸入新的閘門開高值，則閘門實(shí)際上升（或下降）的高度是兩次輸入值之和。

2）原因分析。這種現(xiàn)象為閘門的下一次開啟或關(guān)閉留下重大的安全隱患。這種情況表明：系統(tǒng)自動(dòng)保存上一次操作指令，本次操作時(shí)以上一次操作指令為默認(rèn)值，并予以執(zhí)行，這種情況同時(shí)也表明即使在系統(tǒng)主操作界面刪除上一次開高值，但系統(tǒng)主程序中并不能刪除上一次的指令，從而造成了開高累加。

3）處理辦法。在主程序中刪除自動(dòng)保存上一次操作指令命令，上一次操作指令在適當(dāng)延時(shí)之后可自動(dòng)清除并使系統(tǒng)復(fù)位。這樣，系統(tǒng)無論是在正常運(yùn)行或日常維護(hù)中所執(zhí)行的操作指令，在系統(tǒng)復(fù)位后均不再存在，在下一次操作中重新輸入命令，可以避免這種故障。

4.4 系統(tǒng)顯示閘位與實(shí)際閘位不一致

閘門全關(guān)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置閘門位置下限值為－10 cm，即閘門鋼絲繩在松弛10 cm時(shí)，閘門關(guān)閉，但從外觀上看鋼絲繩是繃緊的?，F(xiàn)地人工手動(dòng)操作則沒有如此精確，從外觀上看鋼絲繩也是松弛的，即閘門關(guān)閉時(shí)，鋼絲繩有一定的富余量。

1）故障現(xiàn)象?，F(xiàn)地人工手動(dòng)操作閘門下降至全閉時(shí)，由于精確度降低，致使鋼絲繩的富余量較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過系統(tǒng)自動(dòng)控制時(shí)的設(shè)置值10 cm；再次手動(dòng)（或自動(dòng)）開啟閘門時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)一段時(shí)間使鋼絲繩繃緊，閘門還沒有動(dòng)作，而此時(shí)系統(tǒng)則顯示閘門已開啟，并顯示閘門開啟的高度。

2）原因分析。在閘門下降至全閉時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照下降至-10 cm來運(yùn)行，即系統(tǒng)默認(rèn)鋼絲繩富余量為10 cm，能滿足閘門再次開啟時(shí)的需要。實(shí)際運(yùn)行中手動(dòng)操作閘門關(guān)閉后，鋼絲繩的富余量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10 cm。閘門再開啟時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為短時(shí)間內(nèi)鋼絲繩已繃緊，閘門很快就處于開啟狀態(tài)，并開始采集閘位信息，實(shí)際上此時(shí)閘門還沒有動(dòng)作，因此系統(tǒng)得到的閘位信息并不是實(shí)際閘位。

3）解決辦法。根據(jù)實(shí)際情況，重新設(shè)置閘門關(guān)閉時(shí)下限位置計(jì)量值，適當(dāng)增加取值范圍，將手動(dòng)操作時(shí)的誤差充分考慮，使系統(tǒng)的顯示值與閘門實(shí)際閘位相符。

4.5 UPS電源故障

現(xiàn)地PLC機(jī)柜的供電，由機(jī)柜內(nèi)的2 kW的UPS提供，UPS配有蓄電池，在正常市電供電情況下，向蓄電池充電，在市電失電情況下，由蓄電池供電。潘家口主壩在通常情況下，由廠用電供電，電壓穩(wěn)定，特殊情況下，由壩上兩臺(tái)120 kW柴油發(fā)電機(jī)組供電。

1）故障現(xiàn)象。柴油發(fā)電機(jī)組供電時(shí)，3套現(xiàn)地PLC均失電，UPS也無法通過蓄電池向PLC供電，系統(tǒng)無法正常工作。

2）原因分析。UPS對(duì)市電的要求相對(duì)較高，柴油發(fā)電機(jī)組供電時(shí)，供電質(zhì)量較差，而2臺(tái)22 kW閘門啟閉電機(jī)的直接啟動(dòng)，使線路上電壓驟降，致使UPS不能正常工作，同時(shí)使PLC失電，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

3）解決辦法。在廠用電供電的情況下，可以正常使用UPS，柴油發(fā)電機(jī)組供電時(shí)，將UPS從線路上拆除，消除UPS對(duì)系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4.6 系統(tǒng)通訊故障

系統(tǒng)安裝4臺(tái)卡軌式工業(yè)交換機(jī)，每臺(tái)帶有2個(gè)光端接口，通過光纖聯(lián)結(jié)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，專網(wǎng)專用，以保證監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。

1）故障現(xiàn)象。在1號(hào)PLC通訊失敗的情況下，其余2臺(tái)PLC也無法通訊；2號(hào)或3號(hào)PLC通訊失敗，則其余2臺(tái)PLC可正常通訊。

2）原因分析。系統(tǒng)剛開始運(yùn)行時(shí)使用3臺(tái)交換機(jī)，利用管理局的局域網(wǎng)進(jìn)行連接，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)通訊不穩(wěn)定，加裝了一臺(tái)交換機(jī)，組成環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)專用。運(yùn)行中出現(xiàn)的這種故障可能是連接線路有誤，沒有形成實(shí)際的環(huán)網(wǎng)。

3）處理辦法。檢查通訊線路，確定線路是否有誤，修正線路，使其成為真正的環(huán)網(wǎng)，保證通訊暢通。

5 結(jié)語

從2004年潘家口主壩表孔閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)雖然出現(xiàn)了各種各樣的故障，但總體運(yùn)行基本正常，閘門啟閉靈活，開度準(zhǔn)確，大大提高了工程的自動(dòng)化管理水平，為水利樞紐發(fā)揮其應(yīng)有的作用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。