靜磁柵位移傳感器開(kāi)度儀在紫坪鋪水利樞紐工程的應(yīng)用

崔 濤，史 壘

(四川省紫坪鋪開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司, 四川 成都 610036)

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靜磁柵位移傳感器開(kāi)度儀在紫坪鋪水利樞紐工程的應(yīng)用

崔 濤，史 壘

(四川省紫坪鋪開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司, 四川 成都 610036)

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)閘門開(kāi)度裝置常用油缸內(nèi)置鋼絲繩式旋轉(zhuǎn)編碼器，檢修維護(hù)不便,增設(shè)靜磁柵開(kāi)度裝置采用外置形式，既能精確反映行程且又維護(hù)方便，能與內(nèi)置鋼絲繩式開(kāi)度裝置互為備用，極大地增強(qiáng)了閘門運(yùn)行過(guò)程中的可靠性和安全性。

閘門開(kāi)度；靜磁柵傳感器； PLC；改良安裝；運(yùn)行

1 概 述

紫坪鋪水利樞紐是都江堰灌區(qū)和成都市的水源工程，以灌溉和供水為主，兼有防洪、發(fā)電、 環(huán)境保護(hù)、旅游等綜合效益。樞紐位于岷江上游河段下端，距都江堰市西北9 km，距成都市約60 km。樞紐為大(I)型水利樞紐工程，其永久主要建筑物按1 000年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、沖砂放空洞、1號(hào)泄洪排砂洞、2號(hào)泄洪排砂洞、溢洪道。最大壩高156 m，水庫(kù)總庫(kù)容11.12億m3，電站總裝機(jī)76萬(wàn)kW。工程于2006年底全部完建投入正常運(yùn)行。

樞紐主要通過(guò)機(jī)組、沖砂放空洞、泄洪排砂洞進(jìn)行泄洪和供水調(diào)節(jié)，根據(jù)紫坪鋪工程汛期調(diào)度方案要求，當(dāng)小于100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，沖砂洞全開(kāi)，一條泄洪洞局部開(kāi)啟，為了確保下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，控制總泄量不超過(guò)2 393 m3/s，這就要求泄洪洞工作閘門需要精確調(diào)度。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程特點(diǎn)

樞紐泄洪排砂洞工作閘為潛孔閘門，門葉布置在高程808 m(底坎為高程800 m)，閘門現(xiàn)地控制屏布置在高程886.10 m，通過(guò)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉閘門，閘門啟閉開(kāi)度是通過(guò)位于液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸內(nèi)的內(nèi)置式開(kāi)度儀反映。開(kāi)度儀為國(guó)內(nèi)某廠制造的卷簧式開(kāi)度儀，主要由鋼絲繩、卷簧、編碼器(PEPPERL+FUCHS的EAM63A4096/4096/B828TPX10S3PER多圈絕對(duì)式編碼器)等組成，鋼絲繩置于油缸活塞桿上，當(dāng)活塞桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)拉動(dòng)鋼絲繩帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)置數(shù)，優(yōu)點(diǎn)是直觀反映活塞桿運(yùn)行軌跡，線性度好，但平時(shí)閘門多為全關(guān)擋水，卷簧一直處于拉伸狀態(tài)，易于疲勞，如果在啟閉機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生卷簧斷裂，編碼器便不能同步監(jiān)測(cè)活塞桿的位置移動(dòng)，這在閘門啟閉過(guò)程中是極其嚴(yán)重的安全隱患。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，1號(hào)泄洪排砂洞工作門、沖砂放空洞工作門和3號(hào)進(jìn)水口快速閘門開(kāi)度儀均發(fā)生過(guò)鋼絲卷簧斷裂故障，導(dǎo)致閘門開(kāi)度指示錯(cuò)亂，不能正常反映閘門狀態(tài)，但經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)未發(fā)生安全事故。

為增強(qiáng)閘門運(yùn)行可靠性和安全性，故新增設(shè)一套外置式閘門開(kāi)度儀非常必要。

2.2 設(shè)備選型

經(jīng)調(diào)研，市面上外置式開(kāi)度儀主要有機(jī)械式、重錘式等形式，但結(jié)合紫坪鋪工程特殊性，泄水過(guò)程伴隨強(qiáng)大補(bǔ)氣氣流擾動(dòng)，又考慮到從工作門至現(xiàn)地控制屏間近80 m的長(zhǎng)距離對(duì)傳感器信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，最終選擇靜磁柵位移傳感器開(kāi)度儀。

2.3 工作原理及特點(diǎn)

靜磁柵傳感器是將高磁感強(qiáng)度稀土磁性材料定制成極性不同、寬度不一、間距不等的磁性條形碼，安裝到非磁性金屬材料(例如鋁合金、銅合金、不銹鋼等)制成的磁柵源內(nèi)，排布成表征連續(xù)直線絕對(duì)位移量的編碼磁感應(yīng)信息，提供給磁柵尺讀取。

整個(gè)靜磁柵位移傳感器的磁柵源與磁柵尺平行安裝，保持適當(dāng)間隙無(wú)接觸相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁柵源為無(wú)源工作，磁柵尺只需提供24 V直流電源即可準(zhǔn)確輸出位移量電信號(hào)。位移傳感信號(hào)無(wú)需轉(zhuǎn)換,系統(tǒng)精確度可達(dá)0.01 mm/m，最小指示值0.001 mm，使用范圍為0～40℃，普通量程1～16 m，分辨率1 mm，位移信號(hào)通過(guò)RS485方式輸出到顯示器，顯示器端也同時(shí)以4～20 mA電流模擬量傳輸至閘控PLC。因其安裝精簡(jiǎn)維修方便，且具有防水、防振動(dòng)、防撞擊、防腐蝕等機(jī)械可靠性，可廣泛適用于閘門位移檢測(cè)。

2.4 工程應(yīng)用

紫坪鋪水利樞紐泄洪排砂洞開(kāi)度為8 m，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作行程11.3 m，全行程11.6 m，選用CS1102-11600MM-N33/N20-42型靜磁柵開(kāi)度儀，主要由靜磁柵尺、測(cè)量桿、傳感器、接近開(kāi)關(guān)和顯示器組成。開(kāi)度儀靜磁柵尺為長(zhǎng)1 230 mm，最大檢測(cè)行程為11 600 mm，防護(hù)等級(jí)為IP68，分辨率為1 mm，由厚5 mm 鋁合金型材制成腔體，下腔體為電子倉(cāng)，上腔體為靜磁柵源通槽，由抱箍式安裝座固定安裝在油缸上(見(jiàn)圖1)，同時(shí)也用作測(cè)量桿分段支撐通道。測(cè)量桿為工業(yè)級(jí)不銹鋼方管定制，長(zhǎng)12 990 mm，前部裝有萬(wàn)向關(guān)節(jié)軸承，利用抱箍與油缸活塞桿前部連接，工作時(shí)隨著油缸活塞桿上下運(yùn)動(dòng)，也相對(duì)靜磁柵尺上下移動(dòng)。

圖1 靜磁柵位移傳感器安裝示意

因傳感器安裝處與控制柜顯示器相隔距離較遠(yuǎn)，約達(dá)100 m，為減少信號(hào)衰減，采用RS485通訊方式傳輸，顯示器端為主站，靜磁柵尺為從站，通過(guò)屏蔽雙芯通訊電纜傳送給顯示器，顯示器同時(shí)輸出一個(gè)4～20 mA電流信號(hào)到閘門監(jiān)控系統(tǒng)PLC中AI模塊，經(jīng)寫入程序?qū)⒛M量信號(hào)轉(zhuǎn)換成閘門開(kāi)度后同步在PLC觸摸屏上顯示(見(jiàn)圖2)。

圖2 靜磁柵開(kāi)度儀顯示控制器接線

但是，在實(shí)際泄洪中，強(qiáng)大的補(bǔ)氣氣流造成開(kāi)度儀測(cè)量桿劇烈擾動(dòng)，導(dǎo)致開(kāi)度儀抱箍損毀，測(cè)量桿從油缸脫落。經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，未影響到正常泄洪。

發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)缺陷后，經(jīng)多次研討，最終確定出適應(yīng)于紫坪鋪工程特殊性的“新型”開(kāi)度儀和安裝工藝(見(jiàn)圖3、4)，將“改造后”的靜磁柵測(cè)量桿通過(guò)高強(qiáng)度萬(wàn)向軸承連接在弧形閘門支臂側(cè)面，靜磁柵尺也通過(guò)萬(wàn)向軸承連接在門槽頂部廊道的角鋼安裝底座，測(cè)量桿的長(zhǎng)度由原來(lái)的12 990 mm縮短至3 056 mm，大大減小了受風(fēng)面與焊接處的承重。閘門啟閉時(shí)連動(dòng)測(cè)量桿，行程信號(hào)送至獨(dú)立顯示器，通過(guò)其內(nèi)置程序進(jìn)行弧度比例換算到閘門豎直方向位移，并以4～20 mA信號(hào)送至PLC。

圖3 改造后靜磁柵開(kāi)度儀安裝示意(側(cè)面視圖) 圖4 改造后靜磁柵開(kāi)度儀安裝示意(正視圖)

2.5 工況運(yùn)行分析

歷經(jīng)汛期多次閘門泄洪操作，改造后的靜磁柵位移傳感器開(kāi)度儀運(yùn)行平穩(wěn)，擾動(dòng)量極小，通過(guò)運(yùn)行聯(lián)機(jī)對(duì)比，靜磁柵開(kāi)度顯示與閘門實(shí)際開(kāi)度幾乎一致、誤差小，完全能準(zhǔn)確反映當(dāng)前閘門開(kāi)度(見(jiàn)表1)。

表1 閘門開(kāi)度、靜磁柵開(kāi)度及其誤差之間關(guān)系

3 結(jié)束語(yǔ)

紫坪鋪水利樞紐工程泄洪洞工作閘CS1102-B型靜磁柵開(kāi)度儀經(jīng)過(guò)改造后的長(zhǎng)期運(yùn)行，傳感器性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠，并且有效的克服了內(nèi)置鋼絲繩式旋轉(zhuǎn)編碼器檢修維護(hù)不便和原靜磁柵開(kāi)度儀安裝工藝受強(qiáng)大補(bǔ)氣氣流擾動(dòng)等弊端，為閘門操作及安全泄洪提供了可靠的保障。

2015-08-31

崔濤(1991-)，男，四川江油人，助理工程師，從事水電站技術(shù)工作。

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